波纹膜片对结构型高温压力传感器性能影响的研究

格式：pdf
大小：2.36 MB
文档页数：10

下载文档原格式

波纹膜片性能分析

０引言
心直径Ｄ＝．ｍ，３４ｍ膜片厚度ｈ＝．３ｍ波高Ｈ：．１ｍｍ，００ｍ，０１波纹间距为１０ｍ，．５ｍ边缘余量为１５ｍ波纹型面为正弦形．ｍ，
波纹，材料为３６．１Ｌ波纹膜片的几何模型如图１所示。波纹膜片的主要参数如表１所示。
关键词：波纹膜片；有限元分析；压力传感器
中图分类号：Ｐ１Ｔ２２文献标识码：Ａ文章编号：０２—１４（００ｏＯＯ０１０８１２１）４一Ｏ９— ２
ＤｅｉｎｏｉｌｔｎＰｌｔｏｍ０ｔｒｏｒｓｕｅＳｎｏｓｇｆＳｍｕａｉａｆｒＳｆｗａｅｆｒＰｅｓｒｅｓｒｏ
摘要：利用ＡＳＳ有限元分析软件对波纹膜片性能进行了计算机模拟分析。对波纹膜片的几个主要参数对性能的ＮＹ
影响进行了分别的介绍。文中主要针对工作直径为１ｍ的膜片进行讨论，据波纹膜片性能的分析结果，化波纹膜９ｍ根优片的结构设计，而改善了波纹膜片对压力传感器性能的影响，高了波纹膜片的设计效率和设计质量。进提
２１００年
仪表技术与传感器
ＩｓｒｍｅｔＴｃｎｑｅａｄＳｎｏｎｔｕｎｅｈ．
波纹膜片性能分析
郭长旭，士信张治国庞，
（．阳工业大学，宁沈阳１沈辽１０２；．阳仪表科学研究院，宁沈阳１０３２沈辽１０４）１０３
ｏｈｏｕｅ．Ｓｖｒｌｅａａｔｒｈｔａｅｔｔｅｐｒｒｎｅｏｏｒｇｔｄｄａｈａｍａｅｂｅｎｒｄｃｄｎｔｅｃｍｐｔｒｅｅａｙｐｒｍｅｅｓｔａｆｃｅｏｍａｃｆｒｕａｅｉｐｒｇｈｖｎｉｔｕｅ．Ｔｅｆｌｗｎｋｈｆｃｅｏｈｏｌｉｇｏｉｒｒｉｉｄａｈｏｋｎｉｍｅｅｆ１ｍｍｉｐｒｇｏｉｃｓｉｎ，ｏｔｚｇｔｅｓｃｕａｅｉｎｏｏｒｇｔｄｄａｓｐｉｍａｌａｍｅｔｅｗｒｉｇｄａｔｒｏ９ｙｔｄａｈａｍｆｒｄｓｕｓｓｐｉｉｔｔｒｄｓｇｆｃｒｕａｅｉ — ｏｍｉｎｈｕｒｌｐｒｇ，ｂｓｄｏｈｎｌｓｓｒｓｌｏｅｐｒｒａｃｆｃｒｕａｅｉｐｒｇ，ｔｅｅｙｉｒｖｎｈｅｏｍａｃｆｃｒｕａｅｈａｍａｅｎｔｅａａｙｉｅｕｔｆｔｅｆｍｎｅｏｏｒｇｔｄｄａｈａｈｏｍｈｒｂｍｐｏｉｇｔｅｐｒｒｎｅｏｏｒｇｔｄｆｄａｈａｒｓｕｅｓｎｏｓｏｈｆｃ，ｇｅｔｎｒａｉｇｔｅｃｒｇｔｄｄａｈａｍｅｉｎｅｉｉｎｙａｄｄｓｇａｉ．ｉｐｒｇｐｅｓｒｅｓｒｎｔｅｅｅｔｒａｌｉｃｅｓｎｏｒａｅｉｐｒｇｄｓｇｆｃｅｃｅｉｑｌｔｍｙｈｕｎｎｕｙＫｅｒｓｃｎｏｕｅｉｐｒｇ；ｎｔｌｍｅｔａａｙｉ；ｒｓｕｅｓｎｏｙｗｏｄ：ｏｖｌｔｄｄａｈａｍｆｉｅｅｎｌｓｓｐｅｓｒｅｓｒｉｅｎ

波纹膜片的设计方法研究

波纹膜片的设计方法研究聂绍忠【摘要】波纹膜片是一种环状同心波纹的圆形膜片,是差压传感器的核心零件.针对传统膜片设计计算方法存在的计算工作量大、误差大、周期长、费用高、难以计算膜片在受力状态下的应力分布情况等缺点,以经典的膜片压力特征方程为理论依据,辅以有限元分析方法,对膜片进行设计.对基于该方法设计的膜片进行一系列的测试和验证.结果表明,与传统设计方法相比,该方法不仅缩短了膜片的设计周期、提高了设计精度,而且满足了传感器对膜片的特性要求,对于类似膜片的设计具有一定的参考意义.%Corrugated diaphragm is a circular diaphragm shaped into ring concentric ripples,which is the core part of the diffevential pressure sensor.The traditional design and calculation methods of this kind of diaphragm feature the defects of heavy computational work load,large error,high cost and long cycle etc.,and it is difficult to calculate the stress distribution of the diaphragm under the stressed state.Therefore,a method is presented to design the diaphragm by adopting the classical diaphragm pressure characteristic equation as the theoretical basis,and finite element analysis as a supplement. A series of tests and verification on the diaphragm which is designed according to this method are performed,the results show that compared with the traditional design methods,this method shortens the design period of the diaphragm,improves the design accuracy,and fully meets the characteristic requirements of the diaphragm for sensors.This method has some reference significance for the design of similar diaphragm.【期刊名称】《自动化仪表》【年(卷),期】2018(039)001【总页数】5页(P91-95)【关键词】差压传感器;波纹膜片;有限元;应力分布;弹性储能;载荷【作者】聂绍忠【作者单位】重庆四联测控技术有限公司,重庆401121【正文语种】中文【中图分类】TH12;TP211+.20 引言膜片是差压传感器的核心弹性元件，不仅起保护作用，而且其性能对差压传感器的特性影响较大。

高温环境下的半导体压力敏感器设计与优化

高温环境下的半导体压力敏感器设计与优化引言：随着科技的不断进步和应用的广泛需求，高温环境下的半导体压力传感器的应用越来越广泛。

在高温环境下，传统的压力传感器往往无法正常工作，因此设计和优化高温环境下的半导体压力传感器变得至关重要。

本文将介绍高温环境下半导体压力传感器的设计原理，以及优化方法。

一、高温环境对压力传感器的挑战在高温环境下，半导体材料的特性会发生变化，如热电阻的增加、电阻温度系数的变化等，这对半导体压力传感器的设计和工作产生了挑战。

此外，高温环境下的温度、湿度和压力等参数均高于常温环境，传感器需要能够在极端的环境条件下准确地测量和传输压力信号。

二、设计原理1. Materrial Selection（材料选择）：高温环境下的半导体压力传感器首先需要选择合适的材料。

常见的半导体材料如硅、碳化硅、氮化硅等在高温环境下具有良好的稳定性和可靠性。

此外，为了提高传感器的精度和灵敏度，可以使用纳米材料或复合材料来增强压力传感器的性能。

2. Sensing Element Design（感测元件设计）：高温环境下，应选择合适的感测元件来实现压力的测量。

常见的感测元件有电阻式、电容式和热电阻式等。

在设计中，应根据具体需求选择合适的压力传感器结构，如薄膜式、硅式或井形结构等。

3. Signal Conditioning Circuit（信号调理电路）：为了准确地测量和传输压力信号，需要设计合适的信号调理电路。

信号调理电路可以包括电桥、放大器、滤波器和模数转换器等。

此外，为了降低噪声和提高信号质量，可以使用差动放大器、自适应滤波器以及数字滤波算法来对信号进行处理。

三、优化方法1. 温度补偿：由于高温环境下材料特性的变化，压力传感器在测量过程中可能受到温度的影响。

为了准确地测量压力信号，可以通过温度补偿方法来消除温度的影响。

其中一种方法是使用温度传感器来测量环境温度，并利用这个温度值来进行压力传感器输出的补偿。

压力传感器封装中的波纹膜片结构研究

压力传感器封装中的波纹膜片结构研究王俊杰;秦会斌【摘要】针对压力传感器隔离式封装中的波纹膜片这一关键部件，采用有限元分析的方法研究了波纹膜片的厚度、波纹深度和波纹数目分别对最大压力约0.1 MPa下的压力传感器输出信号的影响，优化了波纹膜片结构的参数选择。

通过对封装了不同波纹膜片的样品的测试与比较表明，较小的膜厚与波纹深度、较多的波纹数目有助于提高压力传感器的性能，从而验证了波纹膜片结构优化的正确性。

%Corrugated diaphragm is one of the most important isolated packaging parts for pressure sensor. The impacts of thickness, depth and number of corrugation of corrugated diaphragm on output signal of pressure sensor with the maximum pressure value of approximately 0.1 MPa are researched by ifnite element analysis. Structure parameters of corrugated diaphragm are optimized. Corrugated diaphragm structure optimization is veriifed by results of testing and comparing samples using different corrugated diaphragms. The results showed, performances of pressure sensor can be improved by smaller thickness and corrugation depth, more number of corrugations.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】4页(P1-3,20)【关键词】压力传感器;封装;波纹膜片;有限元分析【作者】王俊杰;秦会斌【作者单位】杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所，杭州310018;杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所，杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TP212.1当前，扩散硅压力传感器由于其高灵敏度、良好的线性度和高可靠性等优点被广泛应用于如航空航天、深海探测和炸药爆破等领域中[1]。

压力传感器封装中波纹膜片的结构优化

摘
要：对压力传感器隔离封装中的关键部件一波纹膜片，用有限元分析的方法，采分别得到了２４，，
６个波纹的膜片的弹性特性，并根据封装要求选择了６波纹的膜片。通过比较不同波数的膜片对压力传感器输出信号的影响，验证了膜片结构优化的正确性。最后，使用６波纹的膜片进行封装，得到了性能稳定的压力传感器，并测试得到了其主要的静态参数。关键词：压力传感器；波纹膜片；封装；限元分析有
付兴铭，六喜，谭姚媛，刘胜
（．汉光电国家实验室，１武湖北武汉４０７；２华中科技大学微系统研究中心。北武汉４０７；３０４．湖３０４３上海飞恩微电子有限公司。海２１０）．上０２３
ｉｒｓｕｅｓｎｏｃｇｎｇｎｐｅｓｒｅｓｒｐａｋａｉ
ＦＵｎｇｍｉｇ，ＴＡＮｕｘ，ＹＡＯａ。ＬＵｈｎＸｉ．ｎＬｉ．ｉＹｕｎＩＳｅｇ，
，
（．ｕａａｏＭＬｂｒｔｒｏｔｅｔｏｉ，ｈｎ４０７，ｈｎ；１ＷｈｎＮｆｎａｏａｏｙｆｒＯｐｏｌｒｎｃＷｕａ３０４Ｃｉａｉｃｅｓ
２ＩｓｔｔｆＭｉｒｓｓｅ，ａｈｎｉｅｓｔｆＳｉｎｅ＆Ｔｅｈｏｏｙ，ｕａ３０４，ｉａ；．ｎｔｕｅｏｃｏｙｔｍｓＨｕｚｏｇＵｎｖｒｉｏｃｅｃｉｙｃｎｌｇＷｈｎ４０７Ｃｈｎ

高温压力传感器设计与制造研究

高温压力传感器设计与制造研究随着工业自动化程度的逐渐提高，压力传感器作为工业自动化控制系统诸多传感器之一，也越来越得到广泛应用。

而针对高温环境下，传感器的精度、灵敏度、合理的加工工艺等都面临着较大的挑战。

因此，如何针对高温工况下的压力传感器设计及制造成为了工业界的一个重要问题。

一、高温压力传感器的研究背景传感器是一种用来转化物理量、化学量等一些特定变量到电信号的装置，在近年来特别是在随着人工智能和机器学习技术的不断发展，传感器在工业制造、安全监测等方面得到了广泛的应用。

而压力传感器作为测量压力的传感器，广泛应用于汽车工业、工程制造等领域。

而在工业制造方面，高温环境是传感器的典型应用场景之一。

例如，在开采石油、天然气及光伏的工艺产生的钟摆现象中，高温压力传感器是一种重要且必要的测量和控制工具。

高温压力传感器能够准确地读取和记录设备中产生的压力。

因此，高温压力传感器的研究和开发对于提高工业生产效率、减少事故风险以及保障生产安全具有重要意义。

二、高温压力传感器的设计从传感器的结构来看，高温环境对高温压力传感器的设计和制造产生了一定的影响。

高温压力传感器的设计需要解决的问题之一是如何提高传感器的精度。

高温工作环境会增加传感器的失真，造成误差。

为解决这个问题，压力传感器的设计一般分为两个部分：机械部分和电学部分。

在机械部分，压力监测要素要把受力传递到传感器，因此需要有足够的刚度和高温强度。

对于高温应用而言，模量降低会导致传感器存在刚度问题。

一种比较通用的解决方案是用隔离体降低压强穿刺电缆带来的误差。

呈现输比的方案不会随着温度的上升而变化。

在电学部分，高温压力传感器的电学性能需要得到保障。

电学性能包括电气噪声、线性度、灵敏度、稳定性等。

高温附加的噪声和第二次影响将使得下降电气的信号接近几乎不可能，因此需要使用高温条件下具有稳定性的电源和放大器。

三、高温压力传感器的制造对于高温工作环境下的传感器而言，材料的选择便成为了压力传感器制造的关键之一。

《基于PDMS薄膜介电层电容式柔性压力传感器的研究》范文

《基于PDMS薄膜介电层电容式柔性压力传感器的研究》篇一一、引言随着物联网和智能穿戴设备的飞速发展，对高灵敏度、高可靠性及良好柔韧性的压力传感器需求日益增长。

电容式柔性压力传感器因具有高灵敏度、快速响应、结构简单等优点，逐渐成为研究热点。

本文将探讨一种基于PDMS（聚二甲基硅氧烷）薄膜介电层的电容式柔性压力传感器，对其结构、性能及潜在应用进行深入研究。

二、材料与结构PDMS薄膜因其优异的绝缘性、柔韧性和化学稳定性，被广泛应用于柔性电子器件中。

本文所研究的电容式柔性压力传感器采用PDMS薄膜作为介电层，上下电极采用导电材料制备。

传感器结构简单，主要由PDMS薄膜、上下电极及基底等部分组成。

三、工作原理该电容式柔性压力传感器的工作原理基于电容器的原理。

当传感器受到压力作用时，PDMS薄膜发生形变，导致上下电极之间的距离发生变化，从而改变电容器的电容值。

通过测量电容值的变化，可以推算出所施加的压力大小。

此外，PDMS薄膜的柔韧性使得传感器能够适应各种曲面的压力测量。

四、性能分析1. 灵敏度：本文所研究的电容式柔性压力传感器具有较高的灵敏度，能够准确测量微小的压力变化。

2. 稳定性：PDMS薄膜的化学稳定性和机械稳定性使得传感器具有良好的长期稳定性。

3. 响应速度：传感器具有快速的响应速度，能够实时反映压力变化。

4. 柔韧性：由于采用PDMS薄膜作为介电层，传感器具有良好的柔韧性，可适应各种曲面的压力测量。

五、实验研究通过制备不同厚度的PDMS薄膜，探究其对传感器性能的影响。

实验结果表明，适当厚度的PDMS薄膜能够提高传感器的灵敏度和稳定性。

此外，还研究了传感器在不同环境下的性能表现，如温度、湿度等。

实验结果显示，该传感器在各种环境下均表现出良好的性能。

六、应用领域基于PDMS薄膜介电层的电容式柔性压力传感器具有广泛的应用前景。

在医疗健康领域，可用于监测生理信号，如脉搏、呼吸等；在智能穿戴设备中，可用于实现人机交互、姿势识别等功能；在工业领域，可用于监测设备的振动、压力等参数。

薄膜压力传感器性能研究及软件补偿

h s a 吧 e e 刃 n 0 , e tt n Z t咖e ;g b e 仪人a o A h 一 a i N i n i w t n3 ds t e吧 ar i
a s e , ue gS 2f ads a n r e i can o t P r s tr o m h eP n i i i 0 l n P y gP co o tgt m ri t o tn i p t t r i n fm re h e sc i . o t C e st a e l ai Vru P f m n o esi rr a c Pnao e o h e e ege o e s o c e m t nmt d a be snd hs v nd i a 0 i t h c r rt o t tn m P s e e o Te c r n ot h a i c f e i f cd g e aC s e t i h h i l rs s r h e r s u n. s P s ad m s f i t o Pn t m t di o j u h i 1 n o te c cm e a e o st o Pt m e t i e n se h n i e
rs ac i ers n h fm rs t c b 电e T cm e a te r e ne ns i i t i e i a e r . o Pnt h zo t s i e el sn i o se e
o ew a m l m ri r h iP a d n ea ci t s f t i s a f es, i s r r o t s h Ph h t l l i st w c o h P e e h m e , e o Pn o r s iv r · a t z e e te r n s cm esf P i n oeo 输, d e e t P a rd i i t a n e i s C n 5 n h r m ru i g o t f

压力传感器波纹膜片设计的力学性能分析

压力传感器波纹膜片设计的力学性能分析刘亚伟;胡梦飞;杨露露;胡国俊;吕品【摘要】利用ANSYS有限元软件,对压力传感器波纹膜片的有关结构参数与力学性能的关系进行了分析:对均布载荷和集中载荷作用下,波纹膜片中心位移的有限元解与解析解进行了比较,验证有限元模型和结果的精度;根据ANSYS分析结果,对不同型面结构的波纹膜片,比较波纹形状对膜片力学性能的影响;讨论了正弦型波纹膜片的膜片厚度、波纹高度、波纹数目对其性能的影响,为波纹膜片结构的优化设计提供依据.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2018(037)008【总页数】3页(P40-42)【关键词】压力传感器;波纹膜片;有限元分析【作者】刘亚伟;胡梦飞;杨露露;胡国俊;吕品【作者单位】合肥工业大学工业与装备技术研究院,安徽合肥230009;合肥工业大学工业与装备技术研究院,安徽合肥230009;合肥工业大学工业与装备技术研究院,安徽合肥230009;中国电子科技集团公司第三十八研究所微电子封装研究中心,安徽合肥230000;合肥工业大学工业与装备技术研究院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TP2120 引言在工业领域中，压力传感器必须采用隔离封装结构将压力芯片和待测介质分隔以保护芯片不被外界介质腐蚀。

不锈钢波纹膜片在一定压力下具有近于直线的弹性特性曲线和良好的耐腐蚀性能[1]，广泛应用于压力传感器的隔封装结构中。

本文采用ANSYS有限元分析软件，对均布载荷和集中载荷作用下，波纹膜片中心位移的有限元解与解析解进行了比较，以验证有限元模型和结果的精度；对波纹膜片的有关结构参数与力学性能的关系进行了分析，为波纹膜片结构的优化设计提供依据。

1 波纹膜片有限元与解析解比较1.1 波纹膜片结构参数在隔离封装的压力传感器中，波纹膜片的常用材料为316L不锈钢[2]，设其弹性模量E=1.9×1011Pa，泊松比μ=0.3。

膜片半径为9 mm，工作半径R=7.5 mm，边缘余量为1.5 mm，平中心半径为1.5 mm，膜片厚度h=0.03 mm，波高H=0.22 mm，波纹间距为1 mm，波纹型面为正弦型。

耐高温合金薄膜压力传感器的设计及仿真分析

耐高温合金薄膜压力传感器的设计及仿真分析谭苗苗(北京联合大学机电学院，北京100020)摘要:研制高温恶劣环境适用的压力传感器具有重要的工程实际意义。

文中设计了以蓝宝石为弹性膜片，溅射合金薄膜为应变电阻的耐高温压力传感器。

通过有限元软件计算分析了弹性膜片的应力应变分布，并对膜片厚度进行了优化设计。

关键词：高温压力传感器;合金薄膜;仿真中图分类号:TP 391.7 文献标志码:A文章编号=1002-2333(2017)06-0033-02 Design and Simulation Analysis of High Temperature Alloy Thin Film Pressure SensorTAN Miaomiao(College of Mechanical and Electrical Engineering,Beijing Union University,Beijing 100020, China)Abstract:The development of high temperature pressure sensor has im portant practical significance.This paper designs a high temperature pressure sensor including sapphire elastic diaphragm and alloy film strain resistance.By using finite element software,the stress and strain distribution of the diaphragm is analyzed,and the thickness of diaphragm is optimized.Key words：high temperature pressure sensor;alloy film;sim ulation0引言火箭发射时，发动机产生大量高温高压燃气流(温度通常在3000 K左右)从火箭尾部喷管向外喷射，其燃气流尾焰对外产生的压力、温度、作用时间等，直接导致了火箭燃气流对发射装置以及环境产生更加严重的破坏。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

Journal of Sensor Technology and Application 传感器技术与应用, 2017, 5(2), 31-39 Published Online April 2017 in Hans. /journal/jsta https:///10.12677/jsta.2017.52005
1 2
The 49th Research Institute of China Electronics Science and Technology Group Corporation, Harbin Heilongjiang College of Automation, Harbin Engineeting University, Harbin Heilongjiang
2. 传感器的工作特点
本文介绍的高温压力传感器是可用于-50℃和 220℃温度范围的结构传感器，是由波纹膜片作为压力位移转换元件。如图 1 所示，其中左右两铁芯均有一个初级线圈 W1 (又称激磁线圈，匝数 N1)和一个次级线圈 W2 (也称输出线圈，匝数 N2)，衔铁(由膜片带动的)置于两铁芯的中间铁芯和衔铁的对应面切成 45 度的斜面，使输入压力变化转变为气隙的水平位移变化。由差动变压器输出特性公式(1)可知：传感器线圈匝数及气隙变化(Δδ)间的关系。当激励电源、线圈匝数和初始气隙(δ0)一定时，输出与激励电源(USC)、传感器输出与气隙变化成正比。
关键词
波纹膜片，圆弧形外波纹，高温压力传感器
Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
式中： Δδ—膜片中心点的位移； E—材料的弹性模量； P—作用在膜片上的最大压力； D—膜片的工作直径； μ—材料的泊松比； W—膜片厚度。结构设计中，首要考虑传感器工作压力范围、受压方向、工作温度、振动、冲击、耐腐蚀性等环境特点，尤其是满足温度(−50～220)℃的要求，采用耐高温半奥氏体沉淀硬化不锈钢(0Cr15Ni7Mo2Al)，既具有良好的成型性，又具有高强度的特性[5]，材料的温度系数小，减小膜片的温度附加误差，满足传感
Open Access
1. 引言
高温压力传感器是应用在高温环境下对压力介质进行有效测量的传感器，如应用于石油勘探的高温压力测量；各种汽车、飞机发动机腔体内的高温压力测量等。目前，高温压力传感器的种类繁多，包括 SOI 单晶硅、SIC、溅射薄膜压力传感器等，差动变压器式高温压力传感器，因其灵敏度高，长寿命，在高温压力领域占有一席之地。差动变压器式压力传感器属于结构型传感器，主要由波纹膜片、铁芯、线圈及衔铁四个主要部分组成，工作时，被测压力作用在敏感元件即波纹膜片上，波纹膜片产生变形，推动衔铁，使其与铁芯之间的气隙发生改变，引起线圈回路的磁阻变化，即能把被测压力变化转换为传感器的互感电压变化。常用的弹性敏感元件包括平膜片、波纹膜片、波纹管等形式。在相同的压力下，波纹膜片相对于平膜片可产生更大的线性位移，相对于波纹管体积小，应用灵活。波纹膜片设计是否科学，直接影响传感器的性能[1]。在工程设计时，常常遇到线性度和灵敏度之间的相互矛盾，而且波纹膜片诸多参数相互制约关系异常复杂，必须进行综合考虑[2] [3]。传统设计方法是靠经验，需经过多次制作样品及实验验证，花费大量的人力、物力，设计定型周期长。采用先进的有限元设计分析方法，可以考虑波纹膜片的综合影响因素，整体分析波纹膜片的应力应变及位移特性，快速优化膜片的结构参数[4] [5]，能在最短的时间内实现最优的设计。
th th th
Received: Apr. 12 , 2017; accepted: Apr. 26 , 2017; published: Apr. 30 , 2017
Abstract
The corrugated diaphragm structure parameters affect the performance of the integration of high temperature pressure sensor is analyzed, by designing various conditions and optimizing technologic processes, good linear and sensitive corrugated diaphragm is produced, high temperature transducer works in temperature span 220˚C, the experimental results show that Linear is less than 0.2% FS, hysteresis is less than 0.2% FS, has the characteristic of good linearity, good sensitivity and small hysteresis.
32
谢胜秋等
线圈N1 波纹膜片线圈 N2 铁芯衔铁
支柱波纹膜片 P
Figure 1. Diagram of structure principle 图 1. 传感器结构原理图
U sc = −U sr
N 2 ∆δ N1 δ 0
(1)
当膜片不受压力作用，即载荷为 0 时，膜片无位移变化，衔铁处于中间位置，两边气隙相等，δ1 − δ2 = 0，输出电压 Usc = 0。当膜片受到压力作用时，膜片中心便产生与压力成正比的位移，带动衔铁向上移动，δ1、δ2 便发生变化(δ1 变大，δ2 变小)，输出(Usc)取决于 δ1、δ2 的变化，即衔铁的位移，实现了输入压力 P 到输出电压 Usc 的转换。该结构中膜片与衔铁构成传感器的一体可动部件，决定了测试回路的气隙变化，对压力测量而言，波纹膜片作为可动部件的关键元素，与外界被测介质直接接触，不但具有耐温性、耐蚀性等环境适用性，同时承受负载压力，具有密封隔离的强度要求；而主要功能是感知外界的压力变化，对传感器的线性度、灵敏度、温度特性、稳定性等具有显著影响，因此膜片的研制对传感器特性而言是至关重要的。
谢胜秋等
摘
要
分析了一体化高温压力传感器中波纹膜片的结构参数对其性能的影响，详述了通过对带有圆弧形外波纹的波纹膜片的综合设计和工艺优化处理，研制出线性度好、灵敏度高的波纹膜片，使结构型高温传感器可工作在220℃环境，经试验测试结果表明：传感器的线性小于0.2% FS，迟滞小于0.2% FS，具有线性度好、灵敏度高和迟滞小的特点。
Corrugated Diaphragm of Structural Research on the Effects of High Temperature Pressure Transducer Performance
Shengqiu Xie1, Hongquan Zhang2*, Dongyuan Yao1
∆δ E PD 1 − µ 2
(
)
W = 2.25 × 105 × 103 D
−1.52
(2)
33
谢胜秋等
(a) 波纹膜片未受压示意图
(b) 波纹膜片受压示意图
Figure 2. Compression of the corrugated diaphragm state diagram 图 2. 波纹膜片受压状态示意图
3. 波纹膜片的特性及设计
波纹膜片是一种压有环状同心波纹的圆形薄膜，结构示意图 2 所示。其特性参数包括有效直径为 D，波高为 H，膜厚为 W，中心尺寸 d，波距 l，波纹数等[6]，可以根据不同的使用目的进行参数设计。膜厚与工作直径、波纹深度对性能的影响，有些专著中给出了一些定性分析依据[7]。波纹高度对膜片特性的影响很大，加大波纹高度一方面增加初始变形的刚度，同时可使特性接近线性，波纹高度宜在(0.7~1.0) mm 间。如需要线性压力膜片，常用深波纹，而要求衰减特性的压力膜片，常用浅膜片。膜片厚度和有效直径，对膜片特性也有一定影响，随着厚度的增加，膜片的刚度将增加，有效直径 D 增大，将导致刚度下降，从而使中心位移增加，利用改变膜片的厚度和直径的方法以达到预期的量程 [8]。根据文献[1]，当中心点位移 Δδ 与直径 D 的比值 Δδ/D 满足：0.004 < Δδ/D < 0.02 时，膜片之间的有关参数满足经验公式如下：aphragm, Circular Outer Corrugation, High Temperature Pressure Transducer
波纹膜片对结构型高温压力传感器性能影响的研究
谢胜秋1，张洪泉2*，姚东媛1
1 2
中国电子科技集团公司第四十九研究所，黑龙江哈尔滨哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨
收稿日期：2017年4月12日；录用日期：2017年4月26日；发布日期：2017年4月30日
*
通讯作者。
文章引用 : 谢胜秋 , 张洪泉 , 姚东媛 . 波纹膜片对结构型高温压力传感器性能影响的研究 [J]. 传感器技术与应用 , 2017, 5(2): 31-39. https:///10.12677/jsta.2017.52005
34
谢胜秋等
器对弹性、强度的要求，将材料参数 E = 2.04 × 1011 Pa，μ = 0.3，工作最大载荷 P = 1.8 × 106 Pa，尺寸要求 D = 25 mm，代入式(2)，线性度考虑，设定位移变量为小于 0.5 mm 时，Δδ = 0.476 mm，计算得 W。考虑波高对膜片的性能影响，加大波纹高度一方面增加初始变形的刚度，同时可使特性接近线性，考虑膜片加工的工艺性和膜片的线性度要求，取波高数值 0.9 mm。将固支位置设计到外缘波膜片的法向方向，使膜片的应力区限制在固支区内，减小传感器的体积。