采用无电极谐振音叉的石英真空传感器设计

提出了一种基于气体输运现象的双参数谐振石英真空传感器(QRVS).与传统QRVS不同,在(zyw)-18°15′切型的石英音叉片本体无任何电极设置,构成“无电极型谐振音叉”;采用频率和等效串联电阻值的双参数谐振敏感机制,且音叉厚度t与两叉臂间距g之比为t/g =10.为了增大叉臂与真空中残存气体的机械摩擦阻尼,在叉臂的前端制备了4枚通透沟槽.为了抑制寄生振动模式,提高品质因数Q值和叉臂根部的机械疲劳寿命,在两叉臂的边缘分别制作了半圆形台阶,在支撑隔离区加工了2～5枚矩形槽.典型样品实测数据表明:真空测量范围为10-3～ 105 Pa,分辨率为3×10-3 Pa,准确度为10％F.S,稳定性为1.5 ×10-3Pa,达到了设计要求.     

单片式压电谐振型石英压力-温度传感器设计

提出了一种采用石英力敏谐振器(QFSR)-石英热敏谐振器(QTSR)的单片式压电谐振型石英压力-温度传感器(QPTS),设计了单片式QPTS结构、石英压力传感器的无应力封接方案以及新型压力-伸缩力变换器.单片式QPTS由QFSR和QTSR构成,均采用AT切型,厚度切变模式工作,不同的是QTSR的长边取向与石英X轴的夹角为60°.无应力封接方案使用石英、单晶硅、非晶态SiC、硼硅酸盐玻璃和柯伐合金的组合,并且利用石英化学刻蚀和物理修饰技术以及半导体的新工艺使QFSR和QTSR改性.其中,非晶态SiC层的制作是为了实现应力的缓冲:虽然硅和石英材料的热膨胀系数不匹配,可是二者之间的非晶态SiC层却能够良好地吸收其热应力,成为无应力结构.     

硅-蓝宝石压力传感器芯片调整电阻的设计

介绍了硅-蓝宝石压力传感器芯片外延硅层上调整电阻的设计和应用,通过设计调整电阻来实现芯片的电桥平衡,达到了调整其输出特性、改善传感器性能、提高芯片适用性的目的。     

石英晶体谐振式绝对压力传感器研制

介绍了一体化石英谐振式压力传感器的研制,采用石英晶体材料制做弹性膜片,用音叉式石英力敏谐振器检测压力,减少了传感器的体积,降低了制造工艺难度。研制的传感器量程为0~120 kPa,中心频率为(40±4)kHz,精度为0.05%。     

宽温区工作压力传感器热力学研究

介绍了硅-蓝宝石压力传感器的钛合金-蓝宝石复合弹性膜片在宽温区工作时温度变化材料不匹配引起的结构热应力,对弹性膜片的受热情况进行了分析,对不同结构形式传感器热稳定性影响程度进行了对比,利用P型掺杂硅温度特性减少结构热应力影响、降低传感器的热零点漂移.通过膜片结构选择和设计、材料选择、工艺优化和控制等可以使硅-蓝宝石压力传感器在-55~350℃宽温度范围内工作时热漂移不大于0.015%FS/℃,提高了宽温区工作时传感器的热稳定性.     

硅--蓝宝石绝压传感器陶瓷密封结构设计与分析

介绍了硅—蓝宝石绝压传感器中氧化铝陶瓷—钛合金的真空密封参考腔小型化结构设计,探讨了异质材料不匹配引起的陶瓷断裂问题,对陶瓷—钛合金封装结构的应力情况进行了计算和分析,通过中间缓冲层设计、减小陶瓷承受的结构残余应力,消除了由陶瓷断裂导致的密封失效;选择热胀系数相近的可伐中间层材料,对比不同厚度缓冲层产生的残余应力,优化中间层结构,采用LTCC加工技术与真空钎焊工艺结合制作了陶瓷—可伐—钛合金密封组件,并通过了高、低温度试验考核:组件密封漏率小于1×10-10 Pa·m3/s,密封可靠,满足绝压传感器使用寿命的要求.     

有限元仿真在硅-蓝宝石高温压力传感器双膜片设计上的应用

本文介绍了在硅-蓝宝石高温压力传感器设计中,运用E型膜片弹性变形原理和传感器压阻效原理,对双E型膜片进行设计,为满足研制实际需求,采用ANSYS M echan ical模块对双膜片力学模型仿真分析,绘出膜片径向应力切向应力的线性分布,合理构建膜片结构的相关参数,将压阻元件布局在应力分布的最佳区域上,研制的传感器满量程输出≥100mV,线性度提高为≤0.01%,传感器精度0.1%。