MEMS傳感器的優(yōu)化與動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

通過上式可以通過壓差來計(jì)算流量，為了平衡擴(kuò)張和壓縮作用以及盡量減少能量損失，當(dāng)θ＝7°，φ＝0.13，ζ＝0.02，且流量Q為61.1L/min，即在該管徑下流速為1m/s時(shí)，對(duì)異徑管尺寸進(jìn)行優(yōu)化為：a＝0.4r0，b＝0.8r0，a＝2.9264，b＝3.1109，α+β＝6.0373，α/β＝0.9407

將上述優(yōu)化解代入液壓實(shí)例中，管徑r0＝18mm，油液密度ρ＝870kg/m3，則對(duì)應(yīng)：

該壓差值范圍附近易于應(yīng)用MEMS差壓傳感器進(jìn)行測量，圖3為在該結(jié)構(gòu)參數(shù)傳感裝置在流速為1m/s條件下的流場仿真情況，可以看到異徑管錐形部分內(nèi)外流道的壓力變化，外流道內(nèi)的壓力逐漸降低，內(nèi)流道內(nèi)的壓力逐漸升高，在異徑管后續(xù)直管段內(nèi)外壓力穩(wěn)定，形成一定壓力差。

圖3 內(nèi)部流場壓力分布情況

3、MEMS傳感器的靜態(tài)標(biāo)定

3.1 MEMS芯體標(biāo)定

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，選取了一種壓阻式MEMS微型壓差敏感芯體，在組裝傳感器之前，采用了FLUKE 718 10G型壓力校準(zhǔn)儀（Pressure Calibrator）對(duì)芯體進(jìn)行標(biāo)定。FLUKE 718 10G型壓力校準(zhǔn)儀通過其自帶的一個(gè)主氣泵和一個(gè)微調(diào)氣泵可以輸出穩(wěn)定的－12～30psi（－83～207KPa）氣壓，精度達(dá)到±0.05%滿量程。實(shí)驗(yàn)所用的MEMS芯體額定工作壓力量程為6KPa（安全工作壓力十倍于滿量程），在10.00＋/－0.01V激勵(lì)電壓下，用FLUKE壓力校準(zhǔn)儀標(biāo)定結(jié)果如下：

圖4 MEMS芯體的標(biāo)定

由圖可以看出，在額定工作壓力量程范圍內(nèi)，芯體所受的壓差與輸出信號(hào)呈良好的線性關(guān)系，傳感器輸出信號(hào)隨壓力上升和下降過程中線性重合度非常好。多次標(biāo)定結(jié)果顯示傳感器有良好的重復(fù)性，這為以后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性提供了有力保障，同時(shí)也說明所選壓阻式MEMS微型壓差敏感芯體的性能滿足實(shí)驗(yàn)要求。

3.2 MEMS傳感器的標(biāo)定

新型MEMS傳感器的標(biāo)定是通過渦輪流量計(jì)來實(shí)現(xiàn)的。采用串聯(lián)在系統(tǒng)中的CLG15耐高壓渦輪流量計(jì)（名義精度為0.5%）和SO64C-1型流量測試儀進(jìn)行標(biāo)定。

打開電源，開啟液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)，在實(shí)驗(yàn)中對(duì)MEMS傳感器進(jìn)行在線標(biāo)定。待系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)后，調(diào)節(jié)變頻器頻率，先以5Hz增長幅度從25Hz調(diào)整到80Hz，再以5Hz降低幅度從80Hz調(diào)整到25Hz，同步記錄下流量測試儀SO64C-1測量到的流量和采集系統(tǒng)采集到的電壓信號(hào)。

圖5 新型MEMS傳感器流量――輸出電壓特性圖

圖5中靠下面的那一條線為變頻器頻率上升過程中流量傳感器輸出曲線，上面一條為頻率下降過程中的新型流量傳感器輸出曲線。從圖中可以看出兩條曲線的線性度較好，差別較小，即說明新型MEMS傳感器線性度較好，遲滯較小。同時(shí)還可以得到整個(gè)曲線的擬合直線以及公式，如圖6所示。

圖6 新型MEMS傳感器流量――輸出電壓趨勢(shì)線