MEMS傳感器的優(yōu)化與動(dòng)態(tài)試驗

通過(guò)上式可以通過(guò)壓差來(lái)計算流量，為了平衡擴張和壓縮作用以及盡量減少能量損失，當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，則對應：

該壓差值范圍附近易于應用MEMS差壓傳感器進(jìn)行測量，圖3為在該結構參數傳感裝置在流速為1m/s條件下的流場(chǎng)仿真情況，可以看到異徑管錐形部分內外流道的壓力變化，外流道內的壓力逐漸降低，內流道內的壓力逐漸升高，在異徑管后續直管段內外壓力穩定，形成一定壓力差。

圖3 內部流場(chǎng)壓力分布情況

3、MEMS傳感器的靜態(tài)標定

3.1 MEMS芯體標定

在進(jìn)行實(shí)驗研究時(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型壓力校準儀（Pressure Calibrator）對芯體進(jìn)行標定。FLUKE 718 10G型壓力校準儀通過(guò)其自帶的一個(gè)主氣泵和一個(gè)微調氣泵可以輸出穩定的－12～30psi（－83～207KPa）氣壓，精度達到±0.05%滿(mǎn)量程。實(shí)驗所用的MEMS芯體額定工作壓力量程為6KPa（安全工作壓力十倍于滿(mǎn)量程），在10.00＋/－0.01V激勵電壓下，用FLUKE壓力校準儀標定結果如下：

圖4 MEMS芯體的標定

由圖可以看出，在額定工作壓力量程范圍內，芯體所受的壓差與輸出信號呈良好的線(xiàn)性關(guān)系，傳感器輸出信號隨壓力上升和下降過(guò)程中線(xiàn)性重合度非常好。多次標定結果顯示傳感器有良好的重復性，這為以后實(shí)驗數據的可靠性提供了有力保障，同時(shí)也說(shuō)明所選壓阻式MEMS微型壓差敏感芯體的性能滿(mǎn)足實(shí)驗要求。

3.2 MEMS傳感器的標定

新型MEMS傳感器的標定是通過(guò)渦輪流量計來(lái)實(shí)現的。采用串聯(lián)在系統中的CLG15耐高壓渦輪流量計（名義精度為0.5%）和SO64C-1型流量測試儀進(jìn)行標定。

打開(kāi)電源，開(kāi)啟液壓實(shí)驗臺，在實(shí)驗中對MEMS傳感器進(jìn)行在線(xiàn)標定。待系統穩定運轉后，調節變頻器頻率，先以5Hz增長(cháng)幅度從25Hz調整到80Hz，再以5Hz降低幅度從80Hz調整到25Hz，同步記錄下流量測試儀SO64C-1測量到的流量和采集系統采集到的電壓信號。

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

圖6 新型MEMS傳感器流量――輸出電壓趨勢線(xiàn)