智能中央空调系统中需要高产量、高性能、低量程的压力传感器,2017年,H. S. Zou等人报道了采用体Si下薄膜(TUB)的微机械技术的高性能低量程差压传感器。在以单圆片为基础的TUB结构中,压力所引起的应力高度集中在体Si梁一岛结构处以便压阻的读出,此处在体硅结构下面所形成的薄而均匀的多晶硅隔膜可以承受压力。梁一岛增强结构可以减少偏移以获得高线性的输出。在体硅岛下面所形成的微柱可作为超限保护的止动器。对1.2mm x 1.2mm大小的传感器芯片进行设计和圆片制造,测试结果表明,在1.2kPa的压力测量范围,其输出为22mV,具有好的线性度±0.05% FS和100倍过压力的保护能力。

2018年,A. V. Tran等人报道了采用交叉梁膜和半岛形相结合的新传感膜结构的低压力传感器。基于优化灵敏度设计,采用有限元分析方法,预测了在不同压力下压电电阻以及膜的挠度所产生的应力。模拟结果表明,和其他传统的隔膜类型相比,采用该新传感膜结构的传感器可以显著提高灵敏度,而膜偏转和非线性误差显著减小。采用体Si微机械工艺研制出低压力传感器,测试结果表明,在室温下,压力范围为0~5kPa,其灵敏度为257mV/kPa,全量程的非线性为-0.28%。在压力变送器应用中,经常在极端条件下使用,静态压力比压差的正常工作范围高出数百倍,为此压力变送器所用压阻压力传感器必须具有抗超压的能力。

2016年,T. Tokuda等人报道了采用三维刻蚀和晶圆级叠层加技术并具有内置超压保护的新型压力传感器。传感芯片结构由传感器隔膜、两个具有非球面的表面结构的止动器上下两个玻璃板组成;在止动器非球面的表面上制备蜂巢式图形以防止传感器隔膜粘在它上面。采用灰度光刻、晶圆级表面键合以及Bosch工艺和非Bosch工艺相结合等方法实现该新结构。该传感器能够有效地抵抗60MPa的过压,比正常工作范围内的压力100kPa高出600倍;此外,还可获得芯片的压差和静态压力的高精度测量值。

压力测量系统是石油化工、生物医学、电厂等工业领域中生产过程和管理的重要设备。MEMS压力智能传感器具有低成本、小尺寸、易制造的特点,广泛应用于工业压力测量系统中。由于硅传感器固有的对温度的交叉敏感性,有必要对热漂移进行温度补偿以提高其精度。2014年,G. W. Zhou等人报道了基于神经网络的硅压阻压力传感器的温度补偿系统。系统硬件包括以下模块:压力传感器、温度传感器、信号调节模块、微控制单元、液晶显示器、通信模块、电源模块和接口电路。开发了一种利用神经网络进行温度补偿的程序,并选择反向传播神经网络和径向基函数神经网络两种算法来训练三层神经网络。实验结果表明,在0~20 MPa压力内,-20~60℃下,与初始数据相比传感器的最小二乘线性度从1.0819% FS改善到0.19% FS,其精度由0.739 5% FS改善到0.2% FS。主流智能MEMS压力传感器的设计特点是具有微控制器(uC)或数字信号处理器(DSP),其中加入压力传感器的补偿算法,进而实现了数字通信。

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