接触式电容压力微传感器的分析与设计

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与一般的电容压力传感器和其它类型压敏器件相比,接触式电容压力传感器(TMCPS)有着明显的优点,如较好的线性,高的灵敏度和大的过载保护能力等。尽管对它的研制已经有十多年的历史,但有关它的压敏薄板变形机理研究方面的文献却很少。本文使用有限元软件分析了压敏薄板的变形。分析的结果显示,当压敏薄板与器件基地接触后,压敏薄板的变形趋于线性,可以当作小变形来对待。 由于接触的发生,接触式电容压力传感器会出现较大的迟滞现象。范德华力和静电力是产生迟滞的主要因素。为了研究吸附力对器件输出特性的影响,小变形理论和一种解决接触问题的近似方法被用来模拟薄板的变形,迟滞特征以及吸附力对其它特性的影响。作者对Hamaker常数,接触面电势差,接触面等效间距,压力加载速度和一些结构参数作了较为详细的分析。文中也给出了一些减少迟滞的方法。 为了实现更好的线性,作者设计(发明)了一种新型的接触式电容压力传感器(DDTMCPS)。这种新的结构含有两层压敏薄板。与现有的接触式电容压力器件相比,此种器件可以实现更好的线性和更大的线性工作范围,同时也有较高的灵敏度和现有接触式电容压力器件所具有的其它优点。新增加的第二层薄板有着很重要的作用。它可以调制第一层薄板的受压变形,进而可以对器件的性能进行优化。第二层薄板的厚度选择是实现好的性能的关键。根据它的结构特点,作者建议使用硅焊接工艺来制作此种新型传感器。
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