采用环形感压薄膜的MEMS电容薄膜真空规设计

感压薄膜的结构改良能有效改善MEMS电容薄膜真空规的压力-电容输出特性。为解决MEMS电容薄膜真空规宽量程与高灵敏度相矛盾的问题,设计一种环形结构的感压薄膜,利用有限元的方法分析对比5种环形结构的感压薄膜在不同压力下的变形与应力分布情况。分析认为,同心圆结构的感压薄膜具有最优异的性能,同等感测面积情况下真空规的压力-电容线性输出测量上限能从圆片结构的1.1×103 Pa延伸到同心圆结构的1.2×104 Pa,圆片结构感压薄膜的真空规在1～800 Pa区间内的压力-电容输出非线性度为3.9%,灵敏度为10.1 fF·Pa–1;同心圆结构感压薄膜的真空规结构在1～8 000 Pa区间内的非线性度为3.6%,灵敏度为1.3 fF·Pa–1。     

预加张力对电容薄膜真空计感压膜片变形的影响

针对电容薄膜真空计感压膜片在预加张力情况下的均布载荷-挠度特性,选择冯·卡门方程和Beams方程作为感压膜片理论模型,并结合ANSYS Workbench软件中的静力学模块进行非线性有限元仿真分析。结果表明:预加张力对感压膜片挠度的影响十分明显,膜片挠度随着预加张力的增加而下降;随着均布载荷和预加张力的增大,感压膜片挠度下降幅度减弱。同一均布载荷下,预加张力越大,其影响比例越大。当均布载荷不断增加、感压膜片挠度增大,预加张力引起的挠度变化在不断减弱,影响比例逐渐下降;感压膜片受1 Pa均布载荷发生初始变形时,13 MPa的预加张力对膜片挠度影响为93%;当均布载荷超过800 Pa时,预加张力所带来的挠度影响不到整个感压膜片挠度变化的35%;均布载荷为1 000 Pa、预加张力为7 MPa时,其影响比例为17.9%。利用实际电容薄膜真空计产品对仿真结果进行了初步验证。     

差压式MEMS电容薄膜真空规的设计与测试

提出了一种基于MEMS技术的差压式电容薄膜真空规设计方案。通过有限元分析软件建立了仿真模型,对感压薄膜尺寸和电极间距离进行了优化。根据优化结果,完成了真空规的研制和性能测试。测试结果表明,测量范围下限5 Pa,上限1 000 Pa,灵敏度优于10 fF/Pa,测试曲线可以实现分段线性。     

基于Au-Si共晶键合的高灵敏MEMS电容薄膜真空规设计

为了解决真空腔电极引线导致的真空漏气,进一步拓展真空规的测量下限,提出了一种基于Au-Si共晶键合的绝压式MEMS电容薄膜真空规设计方案。阐述了该新型MEMS电容薄膜真空规的制作工艺流程、用浓硼掺杂法制备感压薄膜技术,采用阳极键合协同Au-Si共晶键合技术实现真空腔的密封。通过理论计算和构建有限元模型,针对不同宽厚比,对感压薄膜的整体尺寸进行了优化。在最优尺寸参数下,相比于固定电极在测量腔的结构,新型MEMS电容薄膜真空规的灵敏度提高了9.5倍,高达38 fF/Pa。真空规测量范围在1~1000 Pa之内。     

一种“绝对型”电容薄膜真空计的研制

介绍用磁控溅射制作的从大气往真空约覆盖5个量程的“绝对型”电容薄膜真空规，以及与该真空规配套的真空计的电路。该真空计测量范围为1．3～105Pd，真空规与电容信号检测电路置于同一金属壳内，以避免外界干扰。规的恒温胜温度波动小于±0．1℃，有效地降低了温度的影响。电路的非线性小于0．4％，高真空下北输出漂移小于0．1％，在13～105Pa各量程内，最大校准误差小于读数的4％。     

X射线衍射法测量电容传声器的膜片张力

为满足电容传声器膜片张力的直接测量需求,利用X射线衍射法对处于不同张力大小的电容传声器膜片进行测量,并与静电激励谐振法的张力计算值进行比较。结果表明,两者呈现相同的趋势并具有较好的一致性。通过传声器频率响应计算得到的谐振频率包含了电容传声器膜片后空腔等结构部件的影响,其测量值略高于膜片自由振动的谐振频率,因此X射线衍射法的测量结果略低于根据谐振频率计算的张力值。最后通过系列试验进一步验证了膜片张力对电容传声器电声特性的影响。     

温度对电容薄膜真空计测量影响的实验研究

采用了一支满量程为1333Pa的绝压式电容薄膜真空计,在金属膨胀式真空标准装置上对其进行温度变化的影响实验研究,包括在开和未开控制单元的规管恒温和温度补偿功能两种情况下环境温度变化的实验,并在实验过程中记录了电容薄膜真空计的零点漂移情况。其中,在打开控制单元的规管恒温和温度补偿功能的条件下,电容薄膜真空计测量准确度非常好。而在未打开控制单元的规管恒温和温度补偿功能的条件下,在10^-2～10^-1Pa两个量级上电容薄膜真空计的示值与标准值有较大偏差,最大偏差为36％;而在1～10^2Pa量级上电容薄膜真空计测量准确度也非常好。     

小型电容薄膜真空规的设计

商用电容薄膜真空规存在体积大、重量重等问题,无法满足深空探测中真空测量需求,因此设计了一种小型电容薄膜真空规.设计中采用倒T型结构固定极板和防热变形结构,防止测量过程中温度变化导致的规管部件热变形;采用面积相同的双电极结构,消除测量过程中外界杂散电容和温度变化引起的测量信号偏差.小型电容薄膜真空规整体尺寸为φ42×24 mm,重量小于200 g,测量下限为10-2 Pa,测量不确定度预计小于5％,能适应较宽的工作温度范围,可以满足深空探测需求.     

电容薄膜真空规的正确使用

电容薄膜真空规的使用情况直接关系到产品的可靠性。本文从五个方面,详细分析了电容薄膜真空规在正确使用中的注意事项,从而保证了它的准确度及稳定性,提高了其使用寿命。     

静电力平衡式MEMS电容薄膜真空计检测电路研究

静电力平衡式MEMS电容薄膜真空计量程宽、稳定性高,具有广阔的应用前景。测量电路是保证静电力平衡式MEMS电容薄膜真空计性能的关键因素。采用交流激励式检测方法,设计了一种微小电容检测电路,并利用软件仿真和实验测试进行验证。结果表明,该电路能够快速检测微小电容并将其转换为直流电压信号,分辨率为0.33 V/pF。此外,抗驱动电压干扰测试表明,该电路能够在1～100 V范围的直流驱动电压下正常工作,电容测量的输出电压最大标准差为0.010 249 V,并且具有优异的稳定性。     

火星探测小型电容薄膜真空计的性能研究

目前在用电容薄膜真空计存在体积大、重量重等问题,无法满足深空探测中真空测量需求,因此设计了一种具有外形尺寸小、重量轻、工作温度范围宽等特点的小型电容薄膜真空计。在已经建立的金属膨胀式真空标准装置上对小型电容薄膜真空计的线性、稳定性、重复性等各项性能进行了反复的实验研究。实验结果表明,小型电容薄膜真空计具有良好的线性,重复性和稳定性的计算结果均能满足火星探测要求。     

A design for an immersable pressure-capacitance gauge

An immersable pressure-capacitance gauge has been designed which has a linearity over a pressure range, is non-magnetic and has twice the sensitivity of a single diaphragm     

基于ANSYS的电容式测压器的数值模拟

针对目前火炮膛压测试中传感器安装结构与测压器小体积之间的矛盾,设计了一种壳体电容式压力传感器.介绍了测压器的结构及基本原理,并利用有限元分析软件ANSYS对测压器的壳体进行了静态及瞬态分析,由静态分析的结果对壳体电容进行最小二乘法拟合,拟合相关系数为0997 5,并绘制出电容式测压器的静态灵敏度曲线,在模拟膛压发生器上进行动态实验,采用上升沿校准的方法对膛压曲线进行分析.结果表明:该测压器具有良好的非线性,静态灵敏度随压力载荷的增加而增加;该设计方案是可行的,值得推广.     

定加热温度下热声发动机声功输出特性研究

对定加热温度下行波热声发动机驱动阻容负载进行了数值模拟,分析讨论了声阻和容抗对声功输出的影响。以氦气为工质,在充气压力为3 MPa、加热温度为923 K的条件下,对不同气库体积的热声系统进行了模拟;此外,还采用负体积气库模拟了阻抗虚部为正值的情况。计算结果表明,容抗值较大时,在负载相位角约为-45°(或45°)时,声功率存在一个极大值;当容抗值较小时,声功率会出现两个极大值和一个极小值,且在负载阻抗相位角约为-45°(或45°)时为极小值;此外,声功输出最大值与效率最大值对应的阻抗并不相同。     

变压器频率特性改良与变压精准度的优化设计

为解决变压器匝间电容劣化影响变压器电压转换准确度的问题,分析了变压器绕组寄生电容对变压器输出误差的影响,以理论分析与电路仿真相结合的方式提出了寄生电容影响因子和谐振频率点消除或调整的方法,提出了等效负电容生成电路。进行了等匝数比变压器改良前后的输出比对测试试验,验证了方法的正确可行性,具有良好的建议价值与应用价值。     

绝缘油介质损耗与体积电阻率测试仪空杯电容值的计算

绝缘油介质损耗与体积电阻率测试仪的试验油杯是仪器的重要组成部分,以空气为介质的油杯电容值影响仪器的测量准确度和校准结果。为了得到准确的油杯电容值,依据油杯几何结构,采用圆锥体电容与圆柱体电容并联分布的物理模型,推导获得理论计算公式,并进行建模仿真比较。结果表明,所述理论计算方法有较高准确度,可用于指导测试仪的设计和校准工作。     

三角波激励ECT测量电路

电容层析成像系统测量电路须有极高灵敏度及动态测量范围。提出一种采用三角波代替传统正弦波作为激励信号的方法,利用C/V转换电路的微分特性,使其输出为方波信号且幅值与被测电容值呈线性关系。瞬态仿真表明,电路的稳定时间缩短为0.65μs;此外,因其不需要相敏解调的环节,电容测量速率大幅提高,将其用于12电极ECT测量,可使测量速度提高到3124帧/s。实测结果表明,该电路的测量灵敏度峰峰值达0.8 V/pF,动态测量范围可达到69 dB。     

薄膜电容真空计电源的研究

介绍了利用交流电桥和相敏检波（PSD）原理设计的薄膜电容真空计电源的电路实施方案、主机电路结构和实测性能，对其中关键的小电容测量方法进行了深入的研究，在8h内测量，电容差值的漂移可小至10－3pF。主机结构采用微机控制和真空计模块化设计，可构成复合真空计或用于组装其他真空计。初步测试结果表明，这种真空计用单规管可以实现从大气至1Pa，覆盖五个数量级的真空度测量。