压电射流角速度传感器敏感机理的有限元分析

采用有限元法分析了压电射流角速度传感器的敏感机理。利用ANSYS-FLOTRANCFD软件,通过建模、划分网格、加载和求解等途径,计算了在输入不同角速度时二维腔体中由喷嘴喷出气体的流场。结果表明,腔体在静止状态下,气流速度相对于腔体中心轴对称分布,两热电阻丝处的气流速度相等,两热电阻丝上的电流相等,电桥电路输出为零;在有角速度输入时,射流速度相对于腔体中心轴不再对称,两热电阻丝处的气流速度之差随着角速度而变化,引起两热电阻丝上电流之差也随之变化,电桥输出一个对应于角速度的电压。有限元计算法为压电射流角速度传感器的优化设计开辟了有效的研究途径。

热电器件界面性能的研究现状

近年来,基于塞贝克效应的热电技术不断取得进展,热电器件已在多个领域得以运用。然而热电器件的各连接界面存在诸多挑战。尤其是热电材料与电极的界面处在实际运用中面临电阻、热阻高,接头处易老化失效等问题。这使得热电器件的转化效率远低于理论值,可靠性不足以支持其工业化运用,热电材料的器件化进程严重滞后于新型热电材料的开发进度。为此,本文重点归纳总结了热电器件中热电材料与电极连接界面的电传输、热传输、连接性能的评估指标及相关理论,并详细介绍了各指标的测定方法和一些常见的优化策略,以期扩展热电器件的界面研究,提升热电器件的综合性能,扩大热电器件的应用范围。

三丝结构气流式水平姿态传感器的研究

该文确定了三丝结构中加热热电阻丝和检测热电阻丝的最佳排列方式。采用有限元法,利用AN-SYS-FLOTRAN CFD软件,通过建模、划分网格、加载和求解等途径,计算了在不同倾斜状态下几种三丝结构敏感元件内流场的分布。计算结果表明,当β(β为加热热电阻丝和检测热电阻丝构成的平面与基准面夹角)改变时,温度场和流场都发生变化。两个检测热电阻丝处气流速度差Δv与倾角关系曲线也随β发生变化;当β=0°时,线性范围最小,斜率最小;当β=30°时,线性最好,斜率较大;β=60°时,线性范围较窄,斜率最大。当β=0°时,传感器线性范围最小,灵敏度最小;当β=30°时,传感器的线性最好,灵敏度比较大;β=60°时,线性范围较窄,灵敏度最大。综合比较,取β=30°为最佳方案。

全方位气体摆式倾角传感器的结构原理

介绍了全方位气体摆式倾角传感器的敏感原理,并对几种敏感元件的结构设计方案进行了详细的分析。在影响传感器主要性能的基础上,比较了不同敏感元件的优劣,找出最合适的敏感元件结构设计,最后通过对实际制作的全方位倾角传感器进行测试,表明所介绍的全方位气体摆式倾角传感器的灵敏度达到0.1°,方位角测量范围达到360°,倾斜角度测量范围可达到25°,达到了预期的设计目的。

自然对流对气流式角速度传感器的影响

解释了自然对流对气流式角速度传感器的影响机理。利用ANSYS-FLOTRAN CFD软件,通过建模、划分网格、加载和求解等途径,计算了在输入不同角速度时气流式角速度敏感元件内的流场。结果表明,由于自然对流的存在,无角速度输入时两热电阻丝处的气流速度之差Δv随倾斜角的不同发生改变,检测电桥输出一个零位电压ΔU,平均绝对偏差为16 mV,在传感器灵敏度为40 mV.[(°)/s]-1时,误差达到0.4(°)/s,导致零位重复性变差;由于自然对流的存在,有角速度输入时两热电阻丝处的气流速度之差Δv也随倾斜角的不同发生,不同角速度情况下,不同倾斜角引起的检测电桥电压ΔU平均相对偏差为2.4%,误差达到0.03(°)/s,引起灵敏度不稳定;自然对流对气流式角速度传感器的零位重复性的影响较大,对灵敏度的稳定性影响较小。该文为消除自然对流对气流式角速度传感器的影响,提高传感器的零位重复性和灵敏度的稳定性提供了理论和实验依据。

压电泵振动模态的有限元分析

采用有限元法,利用ANSYS软件,通过建模、划分网格、加载和求解等途径,计算出压电射流角速度传感器压电泵的前3阶振动模态。结果表明,采用基频作为工作频率最理想,与实测值比较,有限元法计算值相对误差小于6.1%,优于能量法计算值。该方法为压电射流角速度传感器压电泵的优化设计提供了重要的依据。

加速度对气体摆式倾角传感器影响机理的探讨

解释了加速度对气体摆式倾角传感器的影响机理。采用有限元方法,利用ANSYS-FLOTRANCFD软件,通过建模、划分网格、加载和求解等途径,计算了在不同加速度作用下传感器敏感元件内的温度场和对流场。计算结果和实验数据表明:加速度作用于气体摆式倾角传感器与倾角作用于气体摆式倾角传感器类似,同样会改变两热源处的气流速度之差,引起两热电阻丝上电流之差的变化,电桥输出一个对应于加速度的电压。

电臂尺寸和安装条件对热电模块力学性能的影响

针对热电制冷模块中热电臂尺寸对模块整体热应力场的影响,以C-31106型热电制冷模块为研究对象,建立由31对热电偶组成的热-电-力学耦合多物理场模型.采用有限元仿真方法,考虑钎料层的存在并引入表征黏塑性材料的Anand修正本构方程,建立3种安装条件下的热电模型,分析不同电流下热电臂高度和截面边长对热电模块温度场和力学性能的影响规律.结果表明,当热电臂处于最佳高度时,在给定范围内热电臂截面边长越大,越有利于提高热电模块力学可靠性,当工作电流为2.6 A,截面边长从0.99 mm增加到1.09 mm时,冷、热端的最大von Mises应力分别减小了74.67%和22.60%.对模块冷端和热端分别采用固定约束和机械压装的安装方式可有效提高热电模块的力学可靠性,当采用上述安装方式时,冷、热端的最大von Mises应力相比两端只采用固定约束的安装方式分别减小了48.76%和74.02%.

微机械全方位水平姿态传感器的研究

提出了一种能敏感全方位水平姿态的微机械传感器。采用微机械工艺制作的正八边形敏感元件敏感全方位水平姿态;通过前置信号电路和数字电路构成信号处理电路,实现倾角电压信号的提取,全方位信号合成和全方位倾角信号的灵敏度补偿。测试结果表明,分辨率优于0.1°,方位角测量范围可达360°,倾斜角度测量范围可达到20°。该传感器不仅体积小,且结构紧凑,工艺简单,敏感元件输出一致性好,适于批量生产。

基于热管散热的多级热电制冷器性能分析

为了研究几何结构对多级热电制冷性能的影响,建立了基于热管散热的多级热电制冷器有限时间热力学模型,提出模块利用系数和协调性能系数两个性能评价指标,并采用数值模拟的方法研究了热电偶比例系数和级数对热电制冷器性能的影响,得到了不同几何结构下装置性能指标随工作电流的变化规律。结果表明:比例系数为2的六级热电制冷器的制冷温差和制冷量可分别达到135.3℃和0.34 W;较小的比例系数和工作电流,可以有效实现制冷能力和经济性能的统一。设计制作了基于热管散热的四级热电制冷器样机,当环境温度分别为16℃和26℃时,实测冷端温度分别为-76℃和-69℃。

抗加速度干扰的气流式水平姿态传感器的研究

提出了一种能够抗加速度干扰的气流式水平姿态传感器。根据气流式倾角敏感元件和气流式倾角敏感元件的输出特点,建立了抗加速度干扰的数学模型;根据抗加速度干扰的数学模型,设计了抗加速度干扰的程序,实现了载体振动、角振动和摇摆等在运动状态下抗加速度干扰的目的,抗加速度干扰能力在95%以上。该传感器不仅能够进行静态倾角测量,而且能够抗动态情况下加速度对摆式倾角传感器的干扰。

微机械气流式姿态传感器敏感机理有限元分析

该文对微机械气流式水平姿态传感器敏感机理进行了三维的有限元分析。利用ANSYS-FLOTRANCFD软件,通过建模、划分网格、加载和求解等途径,计算了微机械气流式水平姿态传感器敏感元件密闭腔体中气流速度在不同倾斜状态下的分布。阐明微机械气流式水平姿态传感器的敏感机理,为气流式水平姿态传感器的优化设计开辟了更精确的研究途径。

压电振动陀螺振动梁节点的有限元分析

采用有限元法分析了压电振动陀螺振梁的振动模态,利用ANSYS分析软件,通过建模、划分网格、加载和求解等途径,计算了不同结构的横振动矩形梁的最小振动位置,从而为该型陀螺结构支撑点的选取以及传感器最终性能参数的优化设计提供了有参考价值的数据。

加速度对三维密闭腔体的温度场和流场影响的有限元分析

利用Ansys软件,通过分析加速度对三维密闭腔体的温度场和流场的影响,对气流式加速度传感器的优化设计进行探讨。采用有限元方法,通过建立三维实体模型、划分网格、加载和求解等途径,进行有限元仿真。结果表明:在流体梯度大的地方,网格划分得密一些,有助于节约计算时间和提高计算精度;利用Ansys软件的切片功能,观察不同加速度下三维密闭腔体内部的温度场和对流场的分布,与二维建模相比较,三维建模得到的计算结果更加全面和准确,为气流式加速度传感器的优化设计提供可靠的依据。

热敏电阻的排列对传感器灵敏度的影响

采用有限元方法,借建立微机械气流式全方位水平姿态传感器敏感元件的三维模型,计算了热敏电阻在不同排列方式和不同倾斜状态下,敏感元件内温度场和流场的分布。结果表明:当两两相对的检测热敏电阻之间的距离d改变时,温度场和流场都发生变化;两两相对的检测热敏电阻处气流速度之差?v与倾角关系曲线也随d发生变化。其中,d为900μm是热敏电阻的最佳排列方式。

二维压电射流陀螺的研究

提出了一种二维压电射流陀螺。采用双垂直热电阻丝,敏感二维角速度;通过简支边支撑压电泵振子,提高了陀螺的灵敏度;采用叠片状圆台凹槽型喷嘴,提高了该陀螺的稳定性和重复性;利用软件补偿处理,提高了陀螺的温度性能和线性度。实验表明,该陀螺的灵敏度提高近一倍,零位变化量从10%下降到≤0.2%,工作温度从–10^+40℃扩展到–45^+65℃,非线性度从1%下降到≤0.5%,灵敏度的变化量从10%下降到≤0.6%。

转动腔体中射流特性的有限元分析

论述了采用有限元法分析转动腔体中射流特性。利用ANSYS-FLOTRAN CFD软件,通过建模、划分网格、加载和求解等途径,计算了在输入不同角速度时二维腔体中由喷嘴喷出气体的流场。结果表明,腔体静止时,射流速度沿腔体中心轴对称分布,腔体中心轴上的速度最大,两侧流速逐渐减小,近壁处为零;腔体转动时,在哥氏力的作用下,射流中心发生偏转,流场相对于腔体中心轴不再对称分布,腔体中各点处的流速分布随角速度而变化,压电射流角速度传感器利用这一特性敏感角速度。

Nb掺杂对微波制备TiCoSb Half-Heusler合金热电性能的提升

TiCoSb Half-Heusler合金固有的高导热性,以及传统制备方法制备周期长、成本高等缺点限制了其商业化应用。采用微波合成与急速热压烧结相结合的方法成功制备了低热导率的Ti_(1-x)Nb_(x)CoSb Half-Heusler合金,大大缩短了制备周期,同时提高了TiCoSb Half-Heusler合金的致密度。研究了Ti位Nb取代对Ti_(1-x)Nb_(x)CoSb Half-Heusler热电材料的相组成、成分分布及热电输运性能的影响。在功率因子增加和晶格热导率降低的共同作用下,Ti_(1-x)Nb_(x)CoSb样品的热电优值(ZT)得到显著优化。在725 K时,Ti 0.93 Nb 0.07 CoSb样品的最大ZT值为0.1,比相同工艺下制备的TiCoSb纯相样品高两个数量级。

气流式角速度陀螺的温度场和压强有限元分析

针对气流式角速度陀螺敏感元件内的温度场和压强进行了有限元分析。采用有限元方法,利用ANSYS-FLOTRAN CFD软件,按实际尺寸建立二维实体模型,通过划分网格、加载和求解等途径,计算了敏感元件内部的温度场和压强。计算结果表明,在平行放置的两热电阻丝的加热作用下,热阻丝周围的射流气体温度升高,密闭腔体内部的温度场产生梯度;靠近喷嘴出气口两侧位置的压强比其他位置压强的均值高68%。二维实体建模分析方法为气流式角速度陀螺的实用化研究做了有益的尝试,提供了理论依据。

微机械气流式全方位姿态传感器的敏感机理

采用有限元法,解释了微机械气流式全方位水平姿态传感器的敏感机理。通过建立敏感元件的三维模型,计算了敏感元件内气流速度在不同倾斜状态下的分布。结果表明,热源周围两两相对的热敏电阻处的气流速度之差随着倾斜角度的变化而改变;随着倾斜角度的增加,两热敏电阻处的气流速度之差加大,流过两热敏电阻的电流之差加大,电桥失去平衡,输出一个与倾斜角度相对应的电压。有限元计算方法为该传感器的优化设计开辟了有效的研究途径。