基于模糊控制原理的电容薄膜真空计数据优化算法研究

电容薄膜真空计广泛应用于中、低真空的测量,为了提高电容薄膜真空计的测量准确性,将算法应用于电容式薄膜压力计的数据处理中。分段拟合方法可以根据每个数据段上的数据特性,使每个数据段上的误差数据曲线拟合得更加准确。然而,这种方法会在边界点处出现数据点跳跃间断的问题,这对实际使用有很大影响。文章设计了一种基于模糊控制原理的数据处理算法,以消除气压测量值在分界点处的跳跃间断问题。经过模糊控制算法的处理,电容薄膜真空计的测量精度得到了提高,气压测量数据曲线在全范围内具有良好的连续性。

静电力平衡式MEMS电容薄膜真空计检测电路研究

静电力平衡式MEMS电容薄膜真空计量程宽、稳定性高,具有广阔的应用前景。测量电路是保证静电力平衡式MEMS电容薄膜真空计性能的关键因素。采用交流激励式检测方法,设计了一种微小电容检测电路,并利用软件仿真和实验测试进行验证。结果表明,该电路能够快速检测微小电容并将其转换为直流电压信号,分辨率为0.33 V/pF。此外,抗驱动电压干扰测试表明,该电路能够在1~100 V范围的直流驱动电压下正常工作,电容测量的输出电压最大标准差为0.010 249 V,并且具有优异的稳定性。

一种“绝对型”电容薄膜真空计的研制

介绍用磁控溅射制作的从大气往真空约覆盖5个量程的“绝对型”电容薄膜真空规，以及与该真空规配套的真空计的电路。该真空计测量范围为1．3～105Pd，真空规与电容信号检测电路置于同一金属壳内，以避免外界干扰。规的恒温胜温度波动小于±0．1℃，有效地降低了温度的影响。电路的非线性小于0．4％，高真空下北输出漂移小于0．1％，在13～105Pa各量程内，最大校准误差小于读数的4％。

MEMS型电容薄膜真空计研究进展

目前常用的电容薄膜真空计体积大、重量重,不能满足深空探测、临近空间探索、战略武器、战地医疗等特殊领域的真空测量需求。基于MEMS技术的电容薄膜真空计,能够使传感器、信号处理和控制电路等结构微型化,突破了传统电容薄膜真空计外形及质量限制,具有体积小、重量轻、功耗低、便于集成化等优点,成为真空测量仪器研究的热点,能更好地满足特殊条件下的真空测量需求。文章对MEMS型电容薄膜真空计的发展现状、技术特点等进行了探讨研究,并对其发展前景提出展望。

一种电容薄膜真空计检测电路的设计

针对电容薄膜真空计的电容检测精度要求高以及非线性的问题,文中设计了一种基于二极管桥的检测电路。该电路检测电容薄膜真空计的测量电容与参考电容的差值,能有效抑制共模噪声的干扰,并采用负反馈的方法对非线性进行补偿。仿真表明负反馈的方法能够有效降低真空计的非线性,在仿真数据上非线性度从7.27%降低到0.662%。实际测试结果表明该电路能准确地检测电容,电路灵敏度为1.85 V/pF,非线性度为0.4%,电路稳定性较好。

火星探测小型电容薄膜真空计的性能研究

目前在用电容薄膜真空计存在体积大、重量重等问题,无法满足深空探测中真空测量需求,因此设计了一种具有外形尺寸小、重量轻、工作温度范围宽等特点的小型电容薄膜真空计。在已经建立的金属膨胀式真空标准装置上对小型电容薄膜真空计的线性、稳定性、重复性等各项性能进行了反复的实验研究。实验结果表明,小型电容薄膜真空计具有良好的线性,重复性和稳定性的计算结果均能满足火星探测要求。

温度对电容薄膜真空计测量影响的实验研究

采用了一支满量程为1333Pa的绝压式电容薄膜真空计，在金属膨胀式真空标准装置上对其进行温度变化的影响实验研究，包括在开和未开控制单元的规管恒温和温度补偿功能两种情况下环境温度变化的实验，并在实验过程中记录了电容薄膜真空计的零点漂移情况。其中，在打开控制单元的规管恒温和温度补偿功能的条件下，电容薄膜真空计测量准确度非常好。而在未打开控制单元的规管恒温和温度补偿功能的条件下，在10^-2～10^-1Pa两个量级上电容薄膜真空计的示值与标准值有较大偏差，最大偏差为36％；而在1～10^2Pa量级上电容薄膜真空计测量准确度也非常好。

MEMS电容薄膜真空计关键技术研究

为了实现真空测量仪器的小型化,开展了MEMS电容薄膜真空计的研制。首先研制了差压式结构,以验证感压薄膜的性能,之后研制了绝压式结构,通过不断优化迭代,最后完成绝压式MEMS电容薄膜真空计样机研制。性能测试结果表明,真空计的测量范围为0.2~103 Pa,分辨率0.1 Pa,全量程准确度0.1%FS。对研制过程中解决的关键技术,如“平整大宽厚比感压薄膜制备”“非蒸散型吸气剂薄膜制备”“传感器封装”等进行了介绍,并对未来工作进行了展望。

MEMS型电容薄膜真空计的关键技术研究进展

近二十年以来,仪器的小型化发展以及微机电系统(MEMS)技术工艺的发展带动了电容薄膜真空计的发展。其中,MEMS型电容薄膜真空计能将电路和敏感元件集成在同一芯片上,具有体积小、能耗低的优点,能广泛的运用在工业测量、深空探测等领域,是真空计量仪器研究热点之一。然而,体积小伴随着的测量范围窄、输出线性度不高、长久密封困难和残余气体影响问题都制约着真空计的商品化发展。针对上述的技术瓶颈,研究者提出了不同的技术方案来克服。文中总结相关的研究报道后对问题的缘由以及相应解决措施进行了分类整理与分析,对文献报道的MEMS型电容薄膜真空计进行了对比分析。最后,对MEMS型电容薄膜真空计的发展前景提出了展望。

预加张力对电容薄膜真空计感压膜片变形的影响

针对电容薄膜真空计感压膜片在预加张力情况下的均布载荷-挠度特性,选择冯·卡门方程和Beams方程作为感压膜片理论模型,并结合ANSYS Workbench软件中的静力学模块进行非线性有限元仿真分析。结果表明:预加张力对感压膜片挠度的影响十分明显,膜片挠度随着预加张力的增加而下降;随着均布载荷和预加张力的增大,感压膜片挠度下降幅度减弱。同一均布载荷下,预加张力越大,其影响比例越大。当均布载荷不断增加、感压膜片挠度增大,预加张力引起的挠度变化在不断减弱,影响比例逐渐下降;感压膜片受1 Pa均布载荷发生初始变形时,13 MPa的预加张力对膜片挠度影响为93%;当均布载荷超过800 Pa时,预加张力所带来的挠度影响不到整个感压膜片挠度变化的35%;均布载荷为1000 Pa、预加张力为7 MPa时,其影响比例为17.9%。利用实际电容薄膜真空计产品对仿真结果进行了初步验证。

电容薄膜真空计测量误差修正方法研究

电容薄膜真空计是利用变极距平行平板电容器间接测量压力的仪器,未经过修正的真空计存在较大的测量误差。对电容薄膜真空计进行了校准试验,研究了测量误差与校准曲线的关系。提出了一种修正电容薄膜真空计测量误差的方法,并与仪器标定通用的修正因子法进行了对比分析。结果表明,该方法对误差曲线的修正作用优于单一修正因子法,能在全量程范围内起修正作用。研究结果为提高电容薄膜真空计的测量精度奠定了技术基础。

电容薄膜真空计测量结果与温度关系的实验研究

利用直接比较法装置,对满量程为133Pa 的电容薄膜真空计进行实验.系统研究了在15. 0 ℃■26. 1 ℃范围内的测量结果与温度之间的关系,考察了在不同温度下零点漂移的情况.在实验中,将690 A 型满量程为133 Pa的电容薄膜真空计作为参考.研究表明,在不同的温度下,两种电容薄膜真空计均有良好的线性,并且与23 ℃情况下的偏差基本与温差成正比.而零点漂移与温度的关系不明显,但总体上呈现随着温差的增加,零点漂移更严重的趋势.

MEMS电容薄膜真空计及其性能研究

基于微机电系统(MEMS)技术研制了一种新型电容薄膜真空计,结合测量电路,对真空计的整体性能进行了研究。结果表明,MEMS电容薄膜真空计具有良好的稳定性,测量范围为0.2~1050 Pa,分辨率为0.1 Pa,准确度达到0.1%FS。封装后的MEMS电容薄膜真空计质量为5.0 g,体积为4.1 cm^(3),整机功耗为2 W左右,具有质量轻、体积小、功耗低、成本低的特点,在空间应用以及工业生产应用中比传统的机械式电容薄膜真空计更具优势。

MKS-690A电容薄膜真空计精度调整方法研究

MKS-690A是美国MKS公司高精度电容薄膜真空计,精度达万分之五,常被用作国际间比对的传递标准。针对该标准电容薄膜真空计精度降低问题,在探讨其内部结构、工作原理后,给出利用现有设备对其进行精度调整的方法。实际检测证明:该方法简单实用,可操控性强,可为国内其他单位所借鉴。

电容薄膜真空计的温度特性研究

电容薄膜真空计(Capacitance Diaphragm Gauge,CDG)是一种常用的粗低真空测量传感器,具有较高的测量精度和稳定性。温度是影响真空计量准确性的重要因素之一,环境温度的变化会导致CDG的测量结果发生较大的偏移。为探究温度对CDG测量结果的影响情况,开展了温度环境实验,考察了保温型与非保温型CDG在-30℃~50℃环境中测量结果的变化情况。实验结果表明,保温型CDG在额定温度0℃~45℃环境中测量结果较为稳定,温度高于或低于该区间范围时,测量结果会发生一定程度的偏移;温度对非保温型CDG造成的影响较大,利用温度-压力误差曲面可以修正CDG误差,提高真空计测量精度。

双电容结构对电容薄膜真空计输出特性的影响

单电容结构电容薄膜真空计输出结果常受到工作环境的不利影响,计划设置双电容结构改善这一情况。为研究双电容结构对电容薄膜真空计电容输出特性的影响,根据电容计算理论和FEA(Finite Element Analysis),基于COMSOL Multiphysics软件构建双电容结构有限元模型。通过理论计算和模拟仿真分别得到在不同载荷条件下测量电容和参考电容的理论值和模拟值,分析不同结构的电容随载荷变化情况。结果表明:双电容结构对电容薄膜真空计电容输出特性有一定优化作用。对比单电容结构,双电容结构电容薄膜真空计的优势为,在感压薄膜挠度变化小于其厚度时,线性度提高0.6%,灵敏度降低0.6 pF/Pa;在感压薄膜变形接近固定极板时,线性度提高3.6%,灵敏度降低0.001 pF/Pa。

电容薄膜真空计用金属膜片电容传感器设计

金属膜片电容传感器是高精度电容薄膜真空计的关键部分。为满足其国产化需求,以国内研发的某镍基合金膜片材料为基础,研究电容薄膜真空计用金属膜片电容传感器。首先,基于通用有限元分析软件,建立金属膜片电容传感器中感应膜片的计算模型;然后,采用非线性大挠度理论对不同预应力下的感应膜片变形进行计算,并与理论计算结果进行对比,对比结果表明,该计算模型具有较高精度;最后,分析预应力与感应膜片非线性误差关系,并对影响电容薄膜真空计测量特性的预应力、感应膜片与固定极板的初始极距等关键参数进行设计,以满足高精度真空测量的要求。

新型MEMS电容薄膜真空计设计与仿真数据分析

为解决MEMS电容薄膜真空计的小量程与高灵敏度相矛盾的问题,基于MEMS技术,设计了一种新型结构的薄膜真空计,能够感应到微小的压强变化,实现0.001~1 Pa范围的真空度测量。在一定范围的真空度都具有测量的可行性,基于MEMS技术的电容薄膜真空计而言,新型薄膜真空计才能够体现出线性度强、变化率大的优势。文中主要针对薄膜真空计不同参数进行了讨论,通过有限元仿真分析,模拟出在压力作用下的变化趋势,并对器件的尺寸和参数进行了优化设计,实验验证了设计的薄膜真空计在0.001~1 Pa范围内有良好的测量效果。

用于真空压力测量的电容式薄膜真空计

本专利所涉及制造的是一种用于真空压力测量与控制的仪器仪表。它是检测真空压力的理想仪表，由于运用了电容量变化的原理，采用了可变电容结构，成功地制造出了一种结构简单，成本较低，工作特性稳定，过压能力强，测量精度和灵敏度高，耐蚀性强，长期稳定性好的真空压力测控仪表——电容式薄膜真空计。

电容薄膜真空计膜片建模与仿真

电容薄膜真空计包括有两个部分:传感器部分及检测电路部分。传感器内部感压元件是整个真空计的核心部分,该部件的性能优劣直接关系到整个真空计性能的好坏。本文选用恒弹性合金Inconel 600、3J53两种材料为感压膜片备选材料,并依靠有限元分析软件ANSYS进行感压膜片机械属性的分析,通过对两种薄膜材料的挠度、预张力等特性比较后,最终确定Inconel 600材料作为膜片的备选材料较为合适。