一種可降低誤差的傳感器及其測量方法
2023-07-04 09:50:41 2
專利名稱：一種可降低誤差的傳感器及其測量方法
技術領域：
本發明涉及傳感器技術領域，尤其涉及解決氣體壓力傳感器機械遲滯性誤差的結構和方法。
背景技術：
氣體壓力測量在工業儀表、醫療器具、氣壓表、高度計、壓力開關、充氣設備等許多工業設備中應用非常廣泛。傳統的氣壓傳感器，例如水銀氣壓表、空盒氣壓表等，其體積大、精度低的缺陷限制了應用範圍。隨著微機電MEMS技術的發展，MEMS壓力傳感器的技術也得到了發展和顯著提高，傳感器體積越來越小，測量精度也得到了很大提高。然而對於測量高精度氣壓時，壓力傳感器自身的機械遲滯誤差就不能忽視。施加在傳遞壓力的膜片上的壓力從高至低降到壓力值F時，和壓力從低至高升到壓力值F時，雖然最終的壓力值相同，但由於機械的遲滯性，膜片在相同應力作用下的彎曲撓度是不同的，即傳感器的膜片載荷的加載線與卸載線不完全重合。對於壓力傳感器，由於待測量的壓力微小變化趨勢是隨機的，難以確定測得的電壓信號是否對應真實的壓力值，這就造成所測量的膜片形變對應的壓力與實際的壓力有偏差，採集到的壓力信號精度不高。
發明內容
本發明提出一種可降低誤差的測量壓力的傳感器及其測量方法，其目的旨在克服現有技術所存在的上述缺陷，降低由於機械遲滯性造成的誤差，提高壓力的測量精度。本發明的技術解決方案其特徵是結構由第一基板、第二基板、第三基板、加熱電阻、通孔、第一基板的膜片、第一基板的空腔、第二基板的膜片、第二基板的空腔組成；測量方法步驟為(I)對第一基板的膜片上的加熱電阻施加加熱功率；(2)降低加熱電阻上的加熱功率；(3)測量第二基板的膜片上的壓力。本發明的有益之處在於相比於已有技術，本發明傳感器使用第一基板空腔為可與外界氣體對流的半封閉結構，通過加熱電阻對第一基板的空腔內氣體加熱，氣體受熱膨脹產生氣體壓強加壓於第二基板的膜片，使驅動膜片彎曲在遲滯曲線的卸載線上，避免膜片位置的不確定問題，提高傳感器的測量精度；利用通孔的構造，不但實現穩定狀態下第一基板膜片內外氣體的壓強相等的目的，而且微小的通孔既可以連接空腔內和外界的氣體，又可以增大氣體對流阻力，有效控制第二基板的膜片彎曲，使其維持在遲滯曲線的卸載線上；利用加熱電阻控制溫度的方法，調節方便、靈活，精度較高；加熱電阻分布在通孔兩端，有利於均勻加熱第一基板及空腔內的氣體，避免局部過熱的問題；第二基板空腔設置為密封的真空腔，可以測量外部氣體的絕對壓力，測量範圍更大，應用領域更廣；本發明的傳感器由3個基板組成，結構簡單，可圓片級封裝，降低成本。
圖1為傳感器結構的示意圖。
圖2為傳感器第一基板的俯視示意圖。圖中的I是第一基板、2是第二基板、3是第三基板、4是加熱電阻、5是通孔、6是第一基板的膜片、7是第一基板的空腔、8是第二基板的膜片、9是第二基板的空腔。
具體實施例方式對照附圖1，傳感器由第一基板1、第二基板2、第三基板3、加熱電阻4、通孔5、第一基板的膜片6、第一基板的空腔7、第二基板的膜片8、第二基板的空腔9組成。其中第一基板I與第二基板2連接，第二基板2與第三基板3連接，第二基板的空腔9位於第二基板2和第三基板3連接處，該空腔為密閉的真空腔；第一基板的空腔7位於第一基板I和第二基板2連接處，通孔5連接第一基板空腔7內的氣體與外界氣體。對照圖2，第一基板的膜片6上有加熱電阻4、通孔5，加熱電阻4分置於通孔5兩端，便於均勻加熱第一基板空腔7內的氣體。測量方法為首先對第一基板的膜片6上的加熱電阻4施加加熱功率，使用脈寬調製的方法對加熱電阻施加功率，脈衝波形的佔空比依次按10 %、30 %、70 %、90 %的方式逐漸增加；然後降低加熱電阻4上的加熱功率，加熱溫度達到設定溫度時，第一基板的膜片6彎曲達到或超過遲滯曲線的峰峰值位置上後停止加熱，第一基板空腔7內的氣體溫度逐漸下降，同時與外界氣體進行氣體對流，第二基板膜片8形狀緩慢回復。在預定的時間後，第二基板膜片8形狀回復到卸載線上後，通過信號處理電路測量第二基板膜片8上的壓力。
權利要求
1.一種可降低誤差的傳感器，其特徵是結構由第一基板、第二基板、第三基板、加熱電阻、通孔、第一基板的膜片、第一基板的空腔、第二基板的膜片、第二基板的空腔組成。
2.如權利要求1所述的可降低誤差的傳感器，其特徵在於第一基板和第二基板連接，第二基板和第三基板連接。
3.如權利要求1所述的可降低誤差的傳感器，其特徵在於加熱電阻和通孔位於第一基板的膜片上，加熱電阻位於通孔兩端。
4.如權利要求1所述的可降低誤差的傳感器，其特徵在於第一基板與第二基板連接形成第一基板的空腔，該空腔通過通孔與外界空氣相連。
5.如權利要求1所述的可降低誤差的傳感器，其特徵在於第二基板和第三基板連接形成第二基板的空腔，該空腔為密閉的真空腔。
6.一種可降低誤差的測量方法，其特徵在於測量方法步驟為:(I)對第一基板的膜片上的加熱電阻施加加熱功率；(2)降低加熱電阻上的加熱功率；(3)測量第二基板的膜片上的壓 力。
全文摘要
本發明公開了一種可降低誤差的傳感器及其測量方法，傳感器結構包括第一基板、第二基板、第三基板、加熱電阻、通孔、第一基板的膜片、第一基板的空腔、第二基板的膜片、第二基板的空腔。測量壓力方法加熱電阻通電加熱第一基板的空腔，其空腔內空氣熱脹加壓到第二基板膜片；降低加熱電阻的加熱功率；測量第二基板的膜片上的壓力。通過上述步驟，第二基板的膜片可以維持在機械遲滯曲線的卸載線上，能夠避免膜片位置的不確定性問題，遏制機械遲滯偏移造成的誤差，改善壓力傳感器的測量精度。
文檔編號G01L9/00GK103076132SQ20121058548
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者李維平, 劉清惓, 黃標, 周曉, 佘德群 申請人:南京高華科技有限公司