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熱泵管道電加熱器但仍可以進步提高

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熱泵管道電加熱器但仍可以進步提高

發布日期:2019-10-13 作者:江蘇茄子视频导航環保科技有限公司 點擊:

熱泵管道電加熱器但仍可以進步提高

近年來,智能手機、可穿戴式設備的迅猛發展,極大地促進了微機電係統(MEMS)加速度計市場需求量。微機械熱對流加速度計利用氣體自然對流在加速度作用下發生改變的原理研製,體積小、成本低,具有結構簡單、抗衝擊強度大等優點, 近年來被美國、日本、葡萄牙、印度等多國研究機構挖掘探索,通過不斷采用新材料、新工藝、微米(μm)乃至納米(nm)尺度以及更高的性能指標對熱對流加速度計全麵深入研究。本文對熱對流加速度計的現狀和發展進行了綜述。

熱對流式加速度傳感器結構如圖1所示,由封閉的單晶矽腔體、加熱器和一對對稱的溫度傳感器組成。加熱器(加熱元件)和溫度傳感器(熱敏元件)懸於矽腔體上方。當敏感方向無加速度時,腔體內的加熱氣體隻在重力加速度的作用下發生對流,加熱器水平兩邊相等位置上的溫度傳感器溫度相等,無溫度差,輸出為零;敏感方向有加速度時,腔體內的氣體在重力加速度和外來加速度的聯合作用下產生對流,此時兩個溫度傳感器出現溫度差,輸出產生差異,再經惠斯通電橋轉換為電壓差輸出。

法國蒙彼利埃大學電子中心使用流體動力學方程的數值分辨率研究了根據加熱器—檢測器間距離測定溫度分布和傳感器靈敏度,使用微加工矽的技術製造具有位於距離加熱器100μm、300μm、500μm的3對檢測器的熱對流加速度計。原理如下:加熱器沿著密封室的x軸產生對稱的溫度分布,圖2所示,2個溫度檢測器對稱地懸掛在加熱器的兩側。在沒有加速度的情況下,2個檢測器具有相同的溫度,而當在敏感軸x方向上施加加速度時,由於不對稱的熱傳遞,在2個檢測器之間出現溫度差 ΔTdet。由於溫差因自由對流導致,研究團隊開發了一個簡單的模型,表明熱對流加速度計的響應與格拉斯霍夫數Gr呈線性Gr = (aρ²βΔTl³) /μ²,式中a為地球重力上的加速度,ρ為氣體密度,β為氣體膨脹係數,ΔT為氣體和加熱器溫度之間的溫差,l為線性尺寸,μ為氣體粘度。

結果表明,傳感器靈敏度或兩個對稱檢測器之間的溫差ΔTdet對於300μm的距離時,熱對流加速度計是的,而實驗值更接近μm。

中船重工集團第701研究所郭偉、汪榮青、胡俊強、李頂根等人在2012年對微機械熱對流加速度計進行了溫度分析,設計了1隻六麵體腔型微機械熱對流加速度計,加速度計封裝在10mm × 5mm × 5mm的矽殼內,加熱元件和熱敏元件布置在同一水平線上,加熱元件布置在空腔中心位置,熱敏元件對稱放置。

分析過程中, 以代表性的 0、1、10、25、50 gn分別作為輸入的加速度,采用數值分析的方法獲取腔體內的溫度場分布。進而獲得對稱分布的熱敏元件的溫差ΔT,如圖3所示,ΔT越大,在相同加速度輸入的情況下,加速度計感受到的溫差越大,信號輸出越明顯。由圖中看出加速度計內熱敏元件與加熱元件的距離為0.425~0.450mm,在此區間加速度計具有的靈敏度。

2016年,印度理工學院克勒格布爾分學院電子和電氣通信工程係的3位研究者,提出了一種熱對流加速度計,包括1個中央加熱器和4個溫度探測器(熱敏電阻器),熱泵電加熱器加熱器對稱放置在4個懸掛的腔體中間。加熱器由中央加熱器框架和4個支撐梁組成,加熱器和溫度檢測器由多晶矽製成,置於空腔中。采用氣密密封以阻止空氣與外界流動,從而在密閉空腔中產生強製對流。

設計和模擬了3種不同的加熱器結構,以提高加速度計的性能:曲折形、十字形和方環形。所有加熱器尺寸均為0.1mm × 0.1mm,每個加熱器臂寬為0.01mm,厚度為0.002mm。所有結構的加速度計的腔體大小和外部空氣體積均相同。

本文網址:http://www.rakulexport.com/news/551.html

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