MEMS傳感器的優化與動態試驗

通過上式可以通過壓差來計算流量，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，對異徑管尺寸進行優化為：a＝0.4r0，b＝0.8r0，a＝2.9264，b＝3.1109，α+β＝6.0373，α/β＝0.9407

將上述優化解代入液壓實例中，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 內部流場壓力分布情況

3、MEMS傳感器的靜態標定

3.1 MEMS芯體標定

在進行實驗研究時，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）對芯體進行標定。FLUKE 718 10G型壓力校準儀通過其自帶的一個主氣泵和一個微調氣泵可以輸出穩定的－12～30psi（－83～207KPa）氣壓，精度達到±0.05%滿量程。實驗所用的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性關系，傳感器輸出信號隨壓力上升和下降過程中線性重合度非常好。多次標定結果顯示傳感器有良好的重復性，這為以后實驗數據的可靠性提供了有力保障，同時也說明所選壓阻式MEMS微型壓差敏感芯體的性能滿足實驗要求。

3.2 MEMS傳感器的標定

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

打開電源，開啟液壓實驗臺，在實驗中對MEMS傳感器進行在線標定。待系統穩定運轉后，調節變頻器頻率，先以5Hz增長幅度從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。同時還可以得到整個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――輸出電壓趨勢線