电容式微型真空传感器在真空绝热板消费中的应用研究_1.docx

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1、电容式微型真空传感器在真空绝热板消费中的应用研究电容式微型真空传感器在真空绝热板消费中的应用研究wangtao导语：本文介绍一种基于电容式微型真空度检测系统。系统利用PIC系列单片机对真空绝热板真空进展实时测量，试验数据说明精度可达0.01Pa，完全知足测量的要求。1、引言随着科学技术的开展，建立节约型社会已经成为人们的共鸣，节能材料开场大量被使用。例如，电冰箱节能措施之一是靠加强绝热，其手段往往是加厚绝热层。对于厚度一样的绝热材料，导热系数越小，隔热效果越好。对于电冰箱节能而言，增加隔热层厚度，无疑会起到节能效果，却加大了电冰箱体积或者减少了使用空间。因此，寻找更低导热系数的绝热材料，成为电

2、冰箱隔热节能的最正确途径。近年来，欧洲一些兴旺国家率先在节能建筑和冷藏设备等消费中使用真空绝热板Vacuuminsulationpanel，以到达节能的目的。真空绝热板是由多层金属、高阻隔薄膜和玻璃纤维芯材、吸气剂构成。通过最大限度进步内部真空度来隔绝热传导，到达保温、节能的目的。VIP真空绝热板是保温材料的晋级换代产品，实现了保温材料厚度减半，节能省电一半的效粜。但是，真空绝热板的真空度测量是个难题。由于材料不能开孔，真空腔狭窄，普通的测量方法不能使用。利用微机电技术制作的微型真空规可以有效地解决这一难题。用微型真空规与IC电路集成制作的微型埋入式真空板真空测量元件，装在真空板中，在产品出厂

3、检验时使用，进而保证隔热板产品的真空质量。2、系统组成及原理2.1电容式微型真空传感器电容式传感器主要是利用硅膜片在压力的作用下产生变形，使得两极板之间的间隔发生变化，进而使电容产生变化，以此作为测量的根底。电容式微型真空传感器的构造如图1所示。图1电容式微型真空传感器构造示意图传感器是由玻璃衬底、下电极、绝缘层、硅膜片上电极、上层密封用的玻璃组成，其中下电极溅射在玻璃衬底上，电极上生长一层绝缘层。硅膜那么是利用硅片的双面光刻、扩散和各向异性腐蚀技术形成的。该电容式真空传感器有两个腔体，上面的腔体是一个真空腔；下面的腔体是键合形成的，这个腔体不是密封的，腔内气体与外界气体相通。电容器的两平板间

4、的间隔可由硅片腐蚀的深度控制，硅膜片与玻璃电极之间的间隙很小，这也是硅电容式传感器灵敏度高的原因。2.2CVC测试系统电路本系统采用带增量调制器的电容一电压转换器，它可以获得可调节的信号带宽和检测精度。其电路如图2所示。图2带增量调制器的电容-电压转换器电容一电压转换器把电容值的差C1C2转换成电压形式。然后电压经过相关双采样以消除低频噪声，最后经过增量调制器进展低通滤波后输出。输出信号Vy与电容差C1C2成正比。两个鼓励信号Vs对电容C1和C2充电，所以注入到前置放大器的电荷是：qVsC1C2前置放大器的输出为：经过测试，此电路能有效地抑制各种噪声的影响，获得较好的精度。2.3信号放大电路输

5、出信号整体基准电压相对较小，必须进展信号放大，方便收集与传输，以便更好的进展后期信号处理。输出信号的放大处理电路如图3所示。图3输出信号放大处理电路R4、R5、R6和TL084CN构成放大器，在本系统的实验测试中，需要该局部的运算放大器放大150倍左右，因此选择R4=62，R5=1k，此时：2.4PIC16F87X系统工作电路本系统采用PIC16F87X工作电路，如图4所示。其中两个47K的电阻与复位键Reset组成复位系统，电容C1、C2均为22pF，与32k的晶振组成振荡系统电路。系统的工作经过如下：图4PIC16F87X系统工作电路3、测量数据及分析1电容式微型真空传感器测试被测环境的真

6、空度后，产生一个与真空度相对应的微小的电容值；2电容值经过电容电压CVC转换测量电路，转换为电压信号；3电压信号经过PIC16F876A进展处理及显示。根据测量的数据，可以得出102103Pa范围内真空度与输出电压的关系曲线，如图5所示。可以看出随着真空度的增高，输出电压值增大，真空度越高电压变化越小。这是由于真空度越高，真空传感两个腔体之间的压力差越小，传感器的硼硅膜变化越小，电容值变化也越小，随之电压变化越小。图5直线局部是真空度与输出电压线性拟合曲线，从图中可以看到，两曲线之间的误差值很小，这讲明所测电压与真空度成近似线性的关系，因此传感器的电容值与真空度成线性关系，其性能良好。图5真空度与输出电压的关系曲线及线性拟合曲线经测试，该真空传感器真空度测量可达102Pa，完全知足真空绝热板真空测量的要求。电容式微型真空传感器是利用MEMS技术制作的微器件。该器件用来测量真空度，具有体积小、灵敏度高和可批量制作等优点，具有产业化的潜力。由于电容式微型真空传感器与其它微型电容传感器的制作的加工方法和设备是一样的，因此在产业化中很轻易形成规模消费。还可开发用于真空设备、航空航天装置等高精度测试所需的器件，也可用在医疗、玩具这样一些普通精度测量中，其市场潜力宏大。0