MEMS传感器的优化与动态试验

通过上式可以通过压差来计算流量，为了平衡扩张和压缩作用以及尽量减少能量损失，当θ＝7°，φ＝0.13，ζ＝0.02，且流量Q为61.1L/min，即在该管径下流速为1m/s时，对异径管尺寸进行优化为：a＝0.4r0，b＝0.8r0，a＝2.9264，b＝3.1109，α+β＝6.0373，α/β＝0.9407

将上述优化解代入液压实例中，管径r0＝18mm，油液密度ρ＝870kg/m3，则对应：

该压差值范围附近易于应用MEMS差压传感器进行测量，图3为在该结构参数传感装置在流速为1m/s条件下的流场仿真情况，可以看到异径管锥形部分内外流道的压力变化，外流道内的压力逐渐降低，内流道内的压力逐渐升高，在异径管后续直管段内外压力稳定，形成一定压力差。

图3 内部流场压力分布情况

3、MEMS传感器的静态标定

3.1MEMS芯体标定

在进行实验研究时，选取了一种压阻式MEMS微型压差敏感芯体，在组装传感器之前，采用了FLUKE 718 10G型压力校准仪（Pressure Calibrator）对芯体进行标定。FLUKE 718 10G型压力校准仪通过其自带的一个主气泵和一个微调气泵可以输出稳定的－12～30psi（－83～207KPa）气压，精度达到±0.05%满量程。实验所用的MEMS芯体额定工作压力量程为6KPa（安全工作压力十倍于满量程），在10.00＋/－0.01V激励电压下，用FLUKE压力校准仪标定结果如下：

图4 MEMS芯体的标定

由图可以看出，在额定工作压力量程范围内，芯体所受的压差与输出信号呈良好的线性关系，传感器输出信号随压力上升和下降过程中线性重合度非常好。多次标定结果显示传感器有良好的重复性，这为以后实验数据的可靠性提供了有力保障，同时也说明所选压阻式MEMS微型压差敏感芯体的性能满足实验要求。

3.2 MEMS传感器的标定

新型MEMS传感器的标定是通过涡轮流量计来实现的。采用串联在系统中的CLG15耐高压涡轮流量计（名义精度为0.5%）和SO64C-1型流量测试仪进行标定。

打开电源，开启液压实验台，在实验中对MEMS传感器进行在线标定。待系统稳定运转后，调节变频器频率，先以5Hz增长幅度从25Hz调整到80Hz，再以5Hz降低幅度从80Hz调整到25Hz，同步记录下流量测试仪SO64C-1测量到的流量和采集系统采集到的电压信号。

图5 新型MEMS传感器流量――输出电压特性图

图5中靠下面的那一条线为变频器频率上升过程中流量传感器输出曲线，上面一条为频率下降过程中的新型流量传感器输出曲线。从图中可以看出两条曲线的线性度较好，差别较小，即说明新型MEMS传感器线性度较好，迟滞较小。同时还可以得到整个曲线的拟合直线以及公式，如图6所示。

图6 新型MEMS传感器流量――输出电压趋势线