电容薄膜真空计感压膜片力学特性研究
发布时间：2021-03-07 00:00
二十世纪以来,真空科学与技术得到了迅速发展和广泛的应用。真空度的测量是真空科学与技术的一个重要组成部分,准确测量真空度和控制真空度大小对工业装置运行、科学研究有着极其重要影响,对真空产品质量起到关键性的作用。随着我国航空航天事业的发展,进行深入的空间探测活动对国家的发展进步有着重要的战略意义,这就对空间真空压力的测量提出了新的标准和要求。在当前真空测量技术下,直接测量微小的压力几乎是不可能的,因此,通常采取在气体中造成一定物理现象的办法来间接确定出真实的压力。电容薄膜真空计是唯一一种国际公认可作为低真空测量副标的真空仪器,具有体积小、质量轻、精度高、线性好、响应快等一系列特点,被广泛应用于气象监测、化工生产、军事国防与科研领域,对我国探索宇宙具有重要意义。开展电容薄膜真空计的自主研制,是实现核心真空仪器自主可控的关键环节。本课题针对电容薄膜真空计感压膜片力学特性展开研究,以弹性力学和冯卡门薄板大挠度数学模型作为理论基础,运用ANSYS软件建立电容薄膜真空计感压膜片有限元模型,并对其进行仿真计算。分析了感压膜片材料、结构尺寸和预张力大小对膜片力学特性的影响。主要结论有:（1）感压膜片挠度...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电容薄膜真空计结构示意图
硕士学位论文5（a）MKS公司生产的电容薄膜真空计（b）INFICON公司生产的电容薄膜真空计图1.2国外电容薄膜真空计产品二十世纪七八十年代，MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems）[33,34]作为一种新兴技术被应用于电容薄膜真空计，使得该真空计在结构和体积上发生了较大变化。MEMS机电系统主要由微型机构、执行器、传感器和相应的处理电路等部分组成，具有特定功能的电子器件和机械被融为一体，是依托现代信息技术并融合了多种精细加工技术发展起来的高科技前沿学科。MEMS系统是一种集信号采集、处理、执行为一体的多功能微系统，能把执行器、传感器、控制电路、信号处理电路微型化。Hemni于1993年设计出MEMS型薄膜规[35]，选取硅作为感压膜片材料，膜片厚5~30μm，面积从1×12mm至4×42mm不等，整体封装很校Esashi[36]在1996年开发设计了拥有2个5μm厚膜片的微小摩擦计，膜宽分别为2mm和4mm，通过加入力平衡传感器[37]，工作时用施加在力平衡电极上的静电力平衡表面压力对膜片的作用力，可使膜片始终处在平衡位置，克服了单个膜片测量范围窄的缺点，测量真空度范围扩大到10~5.0×104Pa。2000年Miyashita和Esash设计生产出一种新型电容真空计[38,39]提高了压力敏感度并增强了信号采集能力。该真空计由2片玻璃衬底和一个硅膜片组成，硅膜片宽4.2mm，厚7μm。运用差比法测量可准确感知膜片的微小变化，极大提升了真空计测量准确度与灵敏度。最近一个世纪，由于多种原因，中国真空技术发展较为缓慢。在上个世纪七十年代后，我国的真空测量才有了日新月异的发展，测量工具变得琳琅满目，测量范围也越来越大，精度越来越高。刘家澍等人在1982年成功研制静态变形电容式薄膜真空计[40]，为中国的粗低真空测量领域提供了一种新的仪器。该真空计?
硕士学位论文5（a）MKS公司生产的电容薄膜真空计（b）INFICON公司生产的电容薄膜真空计图1.2国外电容薄膜真空计产品二十世纪七八十年代，MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems）[33,34]作为一种新兴技术被应用于电容薄膜真空计，使得该真空计在结构和体积上发生了较大变化。MEMS机电系统主要由微型机构、执行器、传感器和相应的处理电路等部分组成，具有特定功能的电子器件和机械被融为一体，是依托现代信息技术并融合了多种精细加工技术发展起来的高科技前沿学科。MEMS系统是一种集信号采集、处理、执行为一体的多功能微系统，能把执行器、传感器、控制电路、信号处理电路微型化。Hemni于1993年设计出MEMS型薄膜规[35]，选取硅作为感压膜片材料，膜片厚5~30μm，面积从1×12mm至4×42mm不等，整体封装很校Esashi[36]在1996年开发设计了拥有2个5μm厚膜片的微小摩擦计，膜宽分别为2mm和4mm，通过加入力平衡传感器[37]，工作时用施加在力平衡电极上的静电力平衡表面压力对膜片的作用力，可使膜片始终处在平衡位置，克服了单个膜片测量范围窄的缺点，测量真空度范围扩大到10~5.0×104Pa。2000年Miyashita和Esash设计生产出一种新型电容真空计[38,39]提高了压力敏感度并增强了信号采集能力。该真空计由2片玻璃衬底和一个硅膜片组成，硅膜片宽4.2mm，厚7μm。运用差比法测量可准确感知膜片的微小变化，极大提升了真空计测量准确度与灵敏度。最近一个世纪，由于多种原因，中国真空技术发展较为缓慢。在上个世纪七十年代后，我国的真空测量才有了日新月异的发展，测量工具变得琳琅满目，测量范围也越来越大，精度越来越高。刘家澍等人在1982年成功研制静态变形电容式薄膜真空计[40]，为中国的粗低真空测量领域提供了一种新的仪器。该真空计?
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国真空计量2004-2019年发展概况及趋势分析[J]. 李得天. 真空与低温. 2020(01)
[2]基于SON构造的电容式绝对压力传感器设计[J]. 汪赟,郝秀春,蒋纬涵,李宇翔,李伯全. 传感器与微系统. 2019(06)
[3]一种电容薄膜真空计检测电路的设计[J]. 康恒,李勇滔,李超波,景玉鹏. 仪表技术与传感器. 2019(03)
[4]硅基MEMS环形波动陀螺谐振结构的研制[J]. 寇志伟,刘俊,曹慧亮,石云波,张英杰. 微纳电子技术. 2018(03)
[5]机械真空泵噪声机理研究与控制[J]. 王超,高逊懿,罗根松,陈康,郑博文. 真空科学与技术学报. 2017(10)
[6]数字式电容薄膜绝对压力变送器的设计研发[J]. 杨春林,闫金锁. 真空. 2017(05)
[7]电容式薄膜真空压力传感器设计[J]. 王凡,崔宏敏,宗义仲,王文博. 传感器与微系统. 2017(03)
[8]适应复杂环境的真空计[J]. 李琦,冯驹先,董中林,施毅,杨炼,倪小洪,干蜀毅. 真空科学与技术学报. 2016(11)
[9]电容薄膜真空计测量结果与温度关系的实验研究[J]. 王迪,冯焱,孙雯君,赵澜. 真空与低温. 2015(04)
[10]火星探测器热环境模拟与试验技术探讨[J]. 张磊,刘波涛,许杰. 航天器环境工程. 2014(03)
硕士论文
[1]热偶规真空计的设计与研究[D]. 李杨.东北师范大学 2011
[2]电离规真空计的设计与研究[D]. 黄帅.东北师范大学 2011
[3]安徽省真空计量站建设与宽量程真空计研制[D]. 梁平.合肥工业大学 2011
本文编号：3068058
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电容薄膜真空计结构示意图
硕士学位论文5（a）MKS公司生产的电容薄膜真空计（b）INFICON公司生产的电容薄膜真空计图1.2国外电容薄膜真空计产品二十世纪七八十年代，MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems）[33,34]作为一种新兴技术被应用于电容薄膜真空计，使得该真空计在结构和体积上发生了较大变化。MEMS机电系统主要由微型机构、执行器、传感器和相应的处理电路等部分组成，具有特定功能的电子器件和机械被融为一体，是依托现代信息技术并融合了多种精细加工技术发展起来的高科技前沿学科。MEMS系统是一种集信号采集、处理、执行为一体的多功能微系统，能把执行器、传感器、控制电路、信号处理电路微型化。Hemni于1993年设计出MEMS型薄膜规[35]，选取硅作为感压膜片材料，膜片厚5~30μm，面积从1×12mm至4×42mm不等，整体封装很校Esashi[36]在1996年开发设计了拥有2个5μm厚膜片的微小摩擦计，膜宽分别为2mm和4mm，通过加入力平衡传感器[37]，工作时用施加在力平衡电极上的静电力平衡表面压力对膜片的作用力，可使膜片始终处在平衡位置，克服了单个膜片测量范围窄的缺点，测量真空度范围扩大到10~5.0×104Pa。2000年Miyashita和Esash设计生产出一种新型电容真空计[38,39]提高了压力敏感度并增强了信号采集能力。该真空计由2片玻璃衬底和一个硅膜片组成，硅膜片宽4.2mm，厚7μm。运用差比法测量可准确感知膜片的微小变化，极大提升了真空计测量准确度与灵敏度。最近一个世纪，由于多种原因，中国真空技术发展较为缓慢。在上个世纪七十年代后，我国的真空测量才有了日新月异的发展，测量工具变得琳琅满目，测量范围也越来越大，精度越来越高。刘家澍等人在1982年成功研制静态变形电容式薄膜真空计[40]，为中国的粗低真空测量领域提供了一种新的仪器。该真空计?
硕士学位论文5（a）MKS公司生产的电容薄膜真空计（b）INFICON公司生产的电容薄膜真空计图1.2国外电容薄膜真空计产品二十世纪七八十年代，MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems）[33,34]作为一种新兴技术被应用于电容薄膜真空计，使得该真空计在结构和体积上发生了较大变化。MEMS机电系统主要由微型机构、执行器、传感器和相应的处理电路等部分组成，具有特定功能的电子器件和机械被融为一体，是依托现代信息技术并融合了多种精细加工技术发展起来的高科技前沿学科。MEMS系统是一种集信号采集、处理、执行为一体的多功能微系统，能把执行器、传感器、控制电路、信号处理电路微型化。Hemni于1993年设计出MEMS型薄膜规[35]，选取硅作为感压膜片材料，膜片厚5~30μm，面积从1×12mm至4×42mm不等，整体封装很校Esashi[36]在1996年开发设计了拥有2个5μm厚膜片的微小摩擦计，膜宽分别为2mm和4mm，通过加入力平衡传感器[37]，工作时用施加在力平衡电极上的静电力平衡表面压力对膜片的作用力，可使膜片始终处在平衡位置，克服了单个膜片测量范围窄的缺点，测量真空度范围扩大到10~5.0×104Pa。2000年Miyashita和Esash设计生产出一种新型电容真空计[38,39]提高了压力敏感度并增强了信号采集能力。该真空计由2片玻璃衬底和一个硅膜片组成，硅膜片宽4.2mm，厚7μm。运用差比法测量可准确感知膜片的微小变化，极大提升了真空计测量准确度与灵敏度。最近一个世纪，由于多种原因，中国真空技术发展较为缓慢。在上个世纪七十年代后，我国的真空测量才有了日新月异的发展，测量工具变得琳琅满目，测量范围也越来越大，精度越来越高。刘家澍等人在1982年成功研制静态变形电容式薄膜真空计[40]，为中国的粗低真空测量领域提供了一种新的仪器。该真空计?
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国真空计量2004-2019年发展概况及趋势分析[J]. 李得天. 真空与低温. 2020(01)
[2]基于SON构造的电容式绝对压力传感器设计[J]. 汪赟,郝秀春,蒋纬涵,李宇翔,李伯全. 传感器与微系统. 2019(06)
[3]一种电容薄膜真空计检测电路的设计[J]. 康恒,李勇滔,李超波,景玉鹏. 仪表技术与传感器. 2019(03)
[4]硅基MEMS环形波动陀螺谐振结构的研制[J]. 寇志伟,刘俊,曹慧亮,石云波,张英杰. 微纳电子技术. 2018(03)
[5]机械真空泵噪声机理研究与控制[J]. 王超,高逊懿,罗根松,陈康,郑博文. 真空科学与技术学报. 2017(10)
[6]数字式电容薄膜绝对压力变送器的设计研发[J]. 杨春林,闫金锁. 真空. 2017(05)
[7]电容式薄膜真空压力传感器设计[J]. 王凡,崔宏敏,宗义仲,王文博. 传感器与微系统. 2017(03)
[8]适应复杂环境的真空计[J]. 李琦,冯驹先,董中林,施毅,杨炼,倪小洪,干蜀毅. 真空科学与技术学报. 2016(11)
[9]电容薄膜真空计测量结果与温度关系的实验研究[J]. 王迪,冯焱,孙雯君,赵澜. 真空与低温. 2015(04)
[10]火星探测器热环境模拟与试验技术探讨[J]. 张磊,刘波涛,许杰. 航天器环境工程. 2014(03)
硕士论文
[1]热偶规真空计的设计与研究[D]. 李杨.东北师范大学 2011
[2]电离规真空计的设计与研究[D]. 黄帅.东北师范大学 2011
[3]安徽省真空计量站建设与宽量程真空计研制[D]. 梁平.合肥工业大学 2011
本文编号：3068058
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