文摘

提出了一种新型无源无线压力传感器基础上确立(低温微量陶瓷)技术。传感器采用无源LC电路,它是由一个变量指状组合型电容器和一个常数电感器。电感器和电容器被印刷制作。压力测量是使用无线互感耦合的方法进行了测试。实验灵敏度的传感器是大约273.95千赫/酒吧下面2条。实验结果表明,该传感器可以被外部读出无线天线在600°C。马克斯在室温下读出距离是3厘米。描述的传感器可以应用监测气体压力在严酷的环境下,如环境高温和化学腐蚀。

1。介绍

无源无线传感器的特点没有电池和非接触式信号读出和nonpollution,使它在许多领域中具有广泛的应用前景,如高温测量、封闭的空间,和旋转组件。无线感应式传感器是一种新型的无线传感器。近年来,确立广泛用于应用射频电路、微波设备,包,等等,但他们很少被用来制造电容式压力传感器。确立的方法能使多层陶瓷磁带和印刷导电金属烧结整个多层互连结构的数据在800 ~ 950°C的温度。Passivewireless压力测量在严酷的环境下如高温已成为越来越重要的汽车,航空航天和工业应用1- - - - - -3]。大多数压力传感器是由硅微加工,他们有很多优势的小尺寸和快速响应。然而,电路最终限制了操作温度< 150°C (4- - - - - -6]。典型的温度为高温环境应用的范围可以从200到1000°C,要求新型传感器的发展。本文提出的传感器是在确立绿色磁带制作基于LC谐振原理是未来解决这些问题。

提出了一种无源无线传感器用于远程压力监测在高温环境中,还可以用于环境和有害气体。它由一个固定电感器和可变电容器。非接触测量技术用于获取压力信息(7,8]。该压力传感器是完全被动的,这意味着没有电池和电火花的发生的可能性将被淘汰,这对有害气体环境是至关重要的。这部小说在温度压力传感器在确立技术可以实现工作从400年到600°C。预计无线测量压力高达600°C和持续30分钟。

2。设计

2.1。测量原理

测量原理是基于无源LC电路。传感器有两个重要的组件,一个平面螺旋电感器和一个变量指状组合型电容传感元件。

传感器的谐振频率可以从著名的检索表达式:

和电感和电容传感器。很明显,任何电容或者电感值的变化导致共振频率的改变LC谐振电路。本文中给出的压力传感器利用外部压力的变化来改变电容值,使传感器频率的变化。因此,外部压力的大小可以通过LC谐振频率变化的检测电路。

压力测量是使用无线互感耦合测试方法(9]。为了获得频率压力的关系,一个安捷伦E4991阻抗分析仪用于测试传感器。两个电感耦合线圈之间的磁力链接允许阻抗分析仪测量阻抗的变化的无线设备兴奋。天线产生交变磁场的感应。在天线附近的传感器、电感线圈的磁场能量传播的LC电路10]。天线和传感器接触。传感器的供电是电磁波能量。天线传输能量的传感器。它实现无源无线检测。无线测量方法是呈现在图1。

传感器的共振频率可以通过测试天线阻抗相位与安捷伦阻抗分析仪。读者可以确定天线的总阻抗 在哪里是阅读器天线的阻力,阅读器天线的电感,是传感器的质量因素。从(2),很明显,相关传感器的共振频率,可以通过测量输入阻抗。

传感器和天线之间的耦合系数是由吗

互感。

2.2。传感器结构设计

图2是一个剖视图的指状组合型的电容传感器。电感是一个平面螺旋电感器。电容器是一个指状组合型的电容器。

四层的传感器由确立陶瓷磁带。第一层是敏感的压力传感器的电影。在外部压力下,压敏膜会产生变形,导致电容大小的变化,然后频率的变化。电感电容可以从以下方程(11]:

在公式(4),真空磁导率。这是一个常数值。螺旋圈数;相当于螺旋表示内部,外部,平均直径,,,分别。,的相对介电常数是确立绿色胶带,然后呢是绝对真空的介电常数。

指状组合型的电容器可以从以下方程(7]:

在公式(3),是指状组合型电容器电极的长度。是指状组合型电容器电极的数量。之间的距离是指状组合型电容器的一个电极,另一个。是指状组合型电容器电极的宽度。基于上述原理,本文设计了一种无源无线压力传感器的谐振频率约为40.68 MHz。

根据图2,增加与外部压力的增加。从公式(1)和公式(5),传感器的频率随电容的增加也随外部压力的增加而减小。

3所示。制造

低温烧结陶瓷技术的确立是短暂的。制造过程如图2。四层的传感器由确立陶瓷磁带。顶部陶瓷磁带创建压力敏感膜片的机械结构。

传感器主要生产流程如图3如下。(1)减少绿色胶带的样品。冲压工作文档加载到计算机。然后把确立绿色胶带打孔机。样品是由激光切割。空腔结构,通过将形成,如图3步骤1。(2)通过形成和打印模式。电感器和电容器是丝网印刷,如图3步骤2。通过填补印刷可以确保传感器电路连接。(3)叠加。在层压过程中,有必要使用碳膜电容腔,以避免在烧结变形。叠加温度是40°C,如图3步骤3。(4)纹理。纹理采用等静压在水里。把传感器样品的均衡的层压机液压15 MPa 20分钟使传感器具有结构紧凑,如图3步骤4。(5)片。纹理后,传感器样品,将一个广场大约40毫米前射击。这个过程能满足生产要求。(6)烧结。传感器样品箱炉中烧结根据设定温度变化曲线变硬的示例,如图3步骤5。(7)密封。在图3步骤3,碳膜是用来填补空腔,形成疏散通道。有必要使用玻璃粒子填充疏散通道。这是通过把esl bcg - 4774玻璃熔块(粉玻璃)退出洞的疏散通道。样本被放置在真空中管式炉加热在540°C (4°C·分钟⁻¹斜坡率)和举行10分钟融化的玻璃颗粒。发射曲线如图4。粉末平均粒度是20米,适合灌装疏散通道,可以有一个截面 m。传感器处理10分钟540°C融化玻璃粒子,如图3步骤6。

气密性测量保证密封的有效性执行过程中,可以根据泡沫的存在。传感器被放置在高压环境中,膨胀2分钟,然后放入水中。排气孔是通过一个放大镜观察是否出现泡沫。之后,传感器没有气泡在水中放入高压锅测试压力的回应。从理论上讲,频率会减少随着外部压力的增加。在测试过程中,外部压力是1酒吧和保持至少5分钟,记录频率。如果频率是恒定的,它表明传感器具有相当大的气密性。

4所示。实验

4.1。压力测量

天线端口的大小和相位曲线如图所示5。从图5可以看出,天线和传感器耦合。传感器的频率压力关系图所示6。传感器的频率随外部压力的增加而减小。频率压力特征呈现近似线性,指状组合型电容压力传感器的敏感性约273.95千赫/酒吧,读出25毫米的距离。摘要传感器的感应线圈是圆形;质量因素环形电感比广场的电感器。最大测试压力设备的限制是2条。否则,压力灵敏度可以通过扩大疏散的尺寸优化腔改善混凝土简的比率。

4.2。温度测量

为了验证传感器的高温性能,高温实验是必需的。我们使用钨丝作为测试天线。测试温度是25 - 600°C。加热过程如下:我们测量传感器从室温到600°C为30分钟然后在600°C。传感器在室温下的频率压力关系图所示7。

这些结果表明,传感器的谐振频率随温度的增加而减小,这正好与相对介电常数的事实确立绿色胶带的随温度变化。最后,进行热稳定性测试。传感器在600°C在12 h内没有表现出共振频率的变化或压力灵敏度也没有表现出滞后。

4.3。读出距离测量

为了测试传感器的耦合性能,我们设置如图8测试平台。传感器和天线放置在平行。图9显示距离和相位之间的耦合关系。

传感器和天线之间的距离为0毫米;阶段的峰值是平的。传感器和天线之间的距离是10 ~ 20毫米;相有一个非常尖锐的峰值。传感器和天线之间的距离为30毫米;耦合波形不太明显。传感器和天线之间的距离是远超过30毫米;传感器不能再加上天线。

5。结论

在本文中,一个被动的非接触式压力传感器是利用确立技术制作的。通过使用传感器检测压力变化其共振频率的变化。试验结果表明,传感器的谐振频率减少外部压力的增加。共振频率的敏感性变化是273.95千赫/酒吧。实验结果表明,外部压力能被探测到的数据在600°C 25毫米的距离也在这个温度传感器具有较高的稳定性。此外,该传感器可用于测量压力高温(400 - 600°C)。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是支持的项目的优秀创新团队的高等学习机构山西、国家杰出青年科学基金(没有。51225504),访问学者基金基础科学国家重点实验室的重庆大学微/纳米器件和系统技术(没有。2013 ms03)。