CN103076132B - 一种可降低误差的传感器及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可降低误差的传感器及其测量方法，传感器结构包括：第一基板、第二基板、第三基板、加热电阻、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。测量压力方法：加热电阻通电加热第一基板的空腔，其空腔内空气热胀加压到第二基板膜片；降低加热电阻的加热功率；测量第二基板的膜片上的压力。通过上述步骤，第二基板的膜片可以维持在机械迟滞曲线的卸载线上，能够避免膜片位置的不确定性问题，遏制机械迟滞偏移造成的误差，改善压力传感器的测量精度。

Description

一种可降低误差的传感器及其测量方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及解决气体压力传感器机械迟滞性误差的结构和方法。

背景技术

气体压力测量在工业仪表、医疗器具、气压表、高度计、压力开关、充气设备等许多工业设备中应用非常广泛。传统的气压传感器，例如水银气压表、空盒气压表等，其体积大、精度低的缺陷限制了应用范围。随着微机电MEMS技术的发展，MEMS压力传感器的技术也得到了发展和显著提高，传感器体积越来越小，测量精度也得到了很大提高。然而对于测量高精度气压时，压力传感器自身的机械迟滞误差就不能忽视。施加在传递压力的膜片上的压力从高至低降到压力值F时，和压力从低至高升到压力值F时，虽然最终的压力值相同，但由于机械的迟滞性，膜片在相同应力作用下的弯曲挠度是不同的，即传感器的膜片载荷的加载线与卸载线不完全重合。对于压力传感器，由于待测量的压力微小变化趋势是随机的，难以确定测得的电压信号是否对应真实的压力值，这就造成所测量的膜片形变对应的压力与实际的压力有偏差，采集到的压力信号精度不高。

发明内容

本发明提出一种可降低误差的测量压力的传感器及其测量方法，其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷，降低由于机械迟滞性造成的误差，提高压力的测量精度。

本发明的技术解决方案：其特征是结构由第一基板、第二基板、第三基板、加热电阻、通孔、第一基板的膜片、第一基板的空腔、第二基板的膜片、第二基板的空腔组成；测量方法步骤为：(1)对第一基板的膜片上的加热电阻施加加热功率；(2)降低加热电阻上的加热功率；(3)测量第二基板的膜片上的压力。

本发明的有益之处在于：相比于已有技术，本发明传感器使用第一基板空腔为可与外界气体对流的半封闭结构，通过加热电阻对第一基板的空腔内气体加热，气体受热膨胀产生气体压强加压于第二基板的膜片，使驱动膜片弯曲在迟滞曲线的卸载线上，避免膜片位置的不确定问题，提高传感器的测量精度；利用通孔的构造，不但实现稳定状态下第一基板膜片内外气体的压强相等的目的，而且微小的通孔既可以连接空腔内和外界的气体，又可以增大气体对流阻力，有效控制第二基板的膜片弯曲，使其维持在迟滞曲线的卸载线上；利用加热电阻控制温度的方法，调节方便、灵活，精度较高；加热电阻分布在通孔两端，有利于均匀加热第一基板及空腔内的气体，避免局部过热的问题；第二基板空腔设置为密封的真空腔，可以测量外部气体的绝对压力，测量范围更大，应用领域更广；本发明的传感器由3个基板组成，结构简单，可圆片级封装，降低成本。

附图说明

图1为传感器结构的示意图。

图2为传感器第一基板的俯视示意图。

图中的1是第一基板、2是第二基板、3是第三基板、4是加热电阻、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。

具体实施方式

对照附图1，传感器由第一基板1、第二基板2、第三基板3、加热电阻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组成。其中第一基板1与第二基板2连接，第二基板2与第三基板3连接，第二基板的空腔9位于第二基板2和第三基板3连接处，该空腔为密闭的真空腔；第一基板的空腔7位于第一基板1和第二基板2连接处，通孔5连接第一基板空腔7内的气体与外界气体。

对照图2，第一基板的膜片6上有加热电阻4、通孔5，加热电阻4分置于通孔5两端，便于均匀加热第一基板空腔7内的气体。

测量方法为：首先对第一基板的膜片6上的加热电阻4施加加热功率，使用脉宽调制的方法对加热电阻施加功率，脉冲波形的占空比依次按10％、30％、70％、90％的方式逐渐增加；然后降低加热电阻4上的加热功率，加热温度达到设定温度时，第一基板的膜片6弯曲达到或超过迟滞曲线的峰峰值位置上后停止加热，第一基板空腔7内的气体温度逐渐下降，同时与外界气体进行气体对流，第二基板膜片8形状缓慢回复。在预定的时间后，第二基板膜片8形状回复到卸载线上后，通过信号处理电路测量第二基板膜片8上的压力。

Claims (2)

1.一种可降低机械迟滞性误差的气体压力传感器，其特征在于该气体压力传感器结构由第一基板、第二基板、第三基板、加热电阻、通孔、第一基板的膜片、第一基板的空腔、第二基板的膜片、第二基板的空腔组成，其中第一基板和第二基板连接，第二基板和第三基板连接，加热电阻和通孔位于第一基板的膜片上，加热电阻位于通孔两端，第一基板与第二基板连接形成第一基板的空腔，该空腔通过通孔与外界空气相连，第二基板和第三基板连接形成第二基板的空腔，该空腔为密闭的真空腔；通过加热电阻对第一基板的空腔内气体加热，驱动第二基板的膜片弯曲在迟滞曲线的卸载线上。

2.采用如权利要求1所述的气体压力传感器测量气体压力的方法，其特征在于测量步骤为：(1)对第一基板的膜片上的加热电阻施加加热功率，其中使用脉宽调制的方法对加热电阻施加功率，并且脉冲波形的占空比依次按10％、30％、70％、90％的方式逐渐增加；(2)降低加热电阻上的加热功率，第一基板的膜片弯曲达到或超过迟滞曲线的峰峰值位置上后停止加热；(3)待第二基板膜片形状回复到卸载线上后，通过信号处理电路测量第二基板膜片上的待测的气体压力。