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耐高温动态压力传感器与实验分析研究

热合曼·艾比布力 王鸿雁 薛方正 黄琳雅 皇咪咪 于明智 赵立波

热合曼·艾比布力, 王鸿雁, 薛方正, 等. 耐高温动态压力传感器与实验分析研究[J]. 实验流体力学, 2017, 31(2): 44-50. doi: 10.11729/syltlx20170028
引用本文: 热合曼·艾比布力, 王鸿雁, 薛方正, 等. 耐高温动态压力传感器与实验分析研究[J]. 实验流体力学, 2017, 31(2): 44-50. doi: 10.11729/syltlx20170028
Rahman·Hebibul, Wang Hongyan, Xue Fangzheng, et al. High temperature dynamic pressure sensor and experimental analysis[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(2): 44-50. doi: 10.11729/syltlx20170028
Citation: Rahman·Hebibul, Wang Hongyan, Xue Fangzheng, et al. High temperature dynamic pressure sensor and experimental analysis[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(2): 44-50. doi: 10.11729/syltlx20170028

耐高温动态压力传感器与实验分析研究

doi: 10.11729/syltlx20170028
基金项目: 

国家自然科学基金 51375378

国家重点研发计划 2016YFB1200103-04

详细信息
    作者简介:

    热合曼·艾比布力 (1963-), 男, 新疆乌鲁木齐人, 讲师。研究方向:汽车运用工程。通信地址:新疆交通职业技术学院汽车与机电工程学院 (831401)。E-mail:rahman1963@163.com

    通讯作者:

    王鸿雁, E-mail: xinnya@126.com

  • 中图分类号: TP212

High temperature dynamic pressure sensor and experimental analysis

  • 摘要: 采用微机械电子系统(Micro Electro-Mechanical Systems,MEMS)和硅隔离(Silicon on Insulator,SOI)技术制作出了量程为25MPa的倒杯式耐高温压阻力敏芯片,敏感电阻条与硅基底之间采用二氧化硅隔离,解决了在大于120℃高温下力敏芯片工作稳定性和可靠性的难题。设计了齐平式机械封装结构,避免了管腔效应影响,提高了传感器的动态响应频率。对研制出的耐高温动态压力传感器进行了静态性能和动态性能的标定实验,静态实验温度为250℃,得到了传感器基本性能参数,分析了传感器的不确定度,得出该传感器的基本误差为±0.114%FS(Full Scale,全量程),不确定度为0.01794mV,计算得到了传感器的热零点漂移和热灵敏度漂移指标,由动态性能实验得到传感器的响应频率为555.6kHz,实验表明所研制的MEMS压力传感器在高温下具有良好的精度和固有频率。
  • 图  1  力敏芯片版图结构示意图

    Figure  1.  Schematic of pressure sensitive chip

    图  2  惠斯通全桥测量电路

    Figure  2.  Wheatstone full bridge detection circuit

    图  3  力敏芯片主要制作流程

    Figure  3.  Production process of pressure sensitive chip

    图  4  力敏芯片的截面和表面形貌

    Figure  4.  Cross section and surface topography of the pressure sensitive chip

    图  5  传感器结构示意图

    Figure  5.  Mechanical schematic of the sensor structure

    图  6  传感器实物 (不含外壳)

    Figure  6.  Sensor photo (without shell)

    图  7  静态性能输入输出曲线

    Figure  7.  Input-output fitting curve of static performance

    图  8  零点漂移曲线

    Figure  8.  Zero drift curve

    图  9  动态响应曲线

    Figure  9.  Dynamic response curves

    表  1  传感器标定数据

    Table  1.   Calibration data of sensor

    压力/MPa 输出信号/mV
    第1次 第2次 第3次 平均值
    正行程 反行程 正行程 反行程 正行程 反行程 正行程 反行程
    0 0.58 0.59 0.59 0.58 0.59 0.58 0.587 0.583
    5 13.45 13.43 13.44 13.44 13.43 13.45 13.440 13.440
    10 26.17 26.15 26.16 26.15 26.15 26.15 26.160 26.150
    15 38.92 38.92 38.93 38.93 38.92 38.92 38.923 38.923
    20 51.67 51.65 51.67 51.65 51.66 51.67 51.667 51.657
    25 64.45 64.46 64.45 64.47 64.46 64.46 64.453 64.463
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-12-20
  • 修回日期:  2017-02-25
  • 刊出日期:  2017-04-25

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    2021年8月13日