车用高温压力传感器的设计与分析

发布时间：2017-10-04 07:18

  本文关键词：车用高温压力传感器的设计与分析

  更多相关文章： SiC 高温 压力传感器 感应膜片 封装 热-结构耦合

【摘要】：发动机排气压力的测量对发动机性能的研究有着重要意义,由于发动机工作时排气门温度很高,普通压力传感器无法正常工作,因此研究能在发动机排气门正常工作的车用高温压力传感器是值得深入研究的课题。通过调查研究,本文设计并分析Si C压阻式高温压力传感器。进行传感器感应膜片的设计选型分析,封装方案的选取,并提出一种模拟发动机排气门工作状况的热-结构耦合分析方法,对传感器基本性能进行仿真计算,并通过试验对传感器性能进行研究和验证,具体工作如下:(1)基于小挠度理论,对压力传感器感应膜片进行尺寸设计,结合有限元软件ANSYS研究感应膜片的性能,并对感应膜片进行对比选型与分析,对传感器输出进行预估。研究感应膜片边长和厚度对传感器输出以及灵敏度的影响,证明设计方案的合理性。(2)选取合适的封装方案,并结合发动机排气门工作状况对封装结构进行稳态热-结构耦合分析以及瞬态热-结构耦合分析,研究稳态温度以及瞬态热冲击对传感器性能的影响,分析封装对膜片表面热应力的影响,结果表明:所选封装方案能保证传感器在发动机排气门这种高温环境下仍能有着良好的工作性能。(3)对比分析感应膜片在不同温度场下的应力分布情况,确定压敏电阻布置位置,并对不同温度场下施加不同的压力载荷时感应膜片的应力场与电压输出进行仿真分析。(4)针对某型号高温压力传感器进行静态性能试验以及温度影响试验,分析高温压力传感器在高温环境下的性能,并分析高温压力传感器在高温环境中的输出,对仿真结果进行验证。以上分析试验结果为高温压力传感器的设计提供一定的依据。
【关键词】：SiC 高温 压力传感器 感应膜片 封装 热-结构耦合
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.6
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 研究背景和意义13-14
• 1.2 高温压力传感器国内外研究现状14-17
• 1.2.1 新材料高温压力传感器研究现状14-16
• 1.2.2 高温压力传感器封装研究工艺现状16
• 1.2.3 高温压力传感器感应膜片研究现状16-17
• 1.3 本文研究目标及主要研究内容17-19
• 1.3.1 研究目标17
• 1.3.2 本文主要研究内容17-19
• 第二章 SiC压阻式压力传感器原理19-28
• 2.1 引言19
• 2.2 SiC材料基本特性19-21
• 2.3 压阻式压力传感器工作原理21-27
• 2.3.1 压阻效应21-22
• 2.3.2 惠斯顿电桥22-24
• 2.3.3 弹性薄板小挠度理论24-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 感应膜片设计及分析28-41
• 3.1 引言28
• 3.2 压阻式压力传感器感应膜片研究28-32
• 3.2.1 方型膜片28-30
• 3.2.2 圆型膜片30-31
• 3.2.3 E型膜片31-32
• 3.3 感应膜片设计32-33
• 3.4 感应膜片建模与对比选型分析33-37
• 3.4.1 有限元模型的建立33-34
• 3.4.2 感应膜片有限元对比仿真分析34-37
• 3.5 感应膜片尺寸对输出的影响37-40
• 3.5.1 不同尺寸感应膜片受力分析37-38
• 3.5.2 传感器性能预估38-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第四章 压阻式压力传感器封装设计以及热-结构耦合分析41-55
• 4.1 引言41
• 4.2 封装方案的选择41-43
• 4.2.1 封装材料的选择41-42
• 4.2.2 封装结构设计42-43
• 4.3 热传导基本理论及仿真分析43-46
• 4.3.1 傅里叶定律43-44
• 4.3.2 稳态热分析44-46
• 4.4 传感器热-结构耦合分析46-53
• 4.4.1 热力学基本理论46-47
• 4.4.2 传感器稳态热-结构耦合分析47-49
• 4.4.3 传感器瞬态热-结构耦合分析49-52
• 4.4.4 压敏电阻位置选取52
• 4.4.5 温度对传感器输出影响的模拟52-53
• 4.5 本章小结53-55
• 第五章 高温压力传感器性能分析与试验55-67
• 5.1 引言55
• 5.2 静态性能指标55-58
• 5.2.1 线性度55-57
• 5.2.2 灵敏度57-58
• 5.2.3 滞后性58
• 5.3 温度影响性能指标58-59
• 5.3.1 热零点漂移58-59
• 5.3.2 热灵敏度漂移59
• 5.3.3 热零点滞后59
• 5.3.4 热灵敏度滞后59
• 5.4 压力传感器静态性能试验以及温度影响试验59-65
• 5.4.1 试验准备59-61
• 5.4.2 压力传感器静态性能试验61-62
• 5.4.3 压力传感器温度影响试验62-65
• 5.5 本章小结65-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 本文主要工作67-68
• 6.2 工作展望68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 在学期间参与的科研工作及研究成果74

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张鑫,郭清南,李学磊;压力传感器研究现状及发展趋势[J];电机电器技术;2004年04期

2 房建果;孙锋;尤春安;;压力传感器受力的数值模拟分析[J];岩土力学;2006年S1期

3 郭冰;王冲;;压力传感器的现状与发展[J];中国仪器仪表;2009年05期

4 ;奇石乐扩展了其冲压力传感器系列[J];电机与控制应用;2010年01期

5 孟涛;;可测至200巴的硅压力传感器[J];仪器制造;1981年03期

6 陆广振;;法国压力传感器五年中销售额增加一倍[J];仪器制造;1982年06期

7 文鸣岐;;压力传感器技术的新进展[J];自动化仪表;1984年04期

8 五十岚伊势美 ,杉山进 ,张维连;半导体压力传感器的开发动向[J];国外自动化;1986年06期

9 毕洪昶;;园筒振动压力传感器Model 7001,7002,7003[J];宇航计测技术;1986年04期

10 高振鸾;;压力传感器的开发动向[J];仪表工业;1987年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 厉彦忠;苏林;王江;张玉文;;压力传感器的温度特性及其校验系统[A];第六届全国低温与制冷工程大会会议论文集[C];2003年

2 高成臣;;硅-蓝宝石高温压力传感器发展现状[A];2000全国力学量传感器及测试、计量学术交流会论文集[C];2000年

3 唐世洪;;双E型硅压力传感器的研制[A];2000全国力学量传感器及测试、计量学术交流会论文集[C];2000年

4 齐虹;王善慈;易德兴;王蕴辉;;一种硅压力传感器的可靠性试验方法及失效分析[A];2000全国力学量传感器及测试、计量学术交流会论文集[C];2000年

5 常增坡;唐柏森;;离子束溅射薄膜压力传感器的动态特性[A];2000全国力学量传感器及测试、计量学术交流会论文集[C];2000年

6 许雁南;FrankDutton;董春虎;刘伟锋;;压力传感器技术现状及发展[A];2001全国压力计量测试技术年会论文集[C];2001年

7 厉彦忠;苏林;程向华;;压力传感器的温度特性及其校验系统[A];中国制冷学会2005年制冷空调学术年会论文集[C];2005年

8 花宝印;陈克琳;袁昌海;;压力传感器智能化检测技术研究[A];第二届全国信息与电子工程学术交流会暨第十三届四川省电子学会曙光分会学术年会论文集[C];2006年

9 王德兵;;压力传感器的动态性能研究与测试[A];2008年航空试验测试技术峰会论文集[C];2008年

10 孔小林;张其霄;;压力传感器建模及补偿技术研究[A];全国第三届信号和智能信息处理与应用学术交流会专刊[C];2009年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 徐铮奎;新型压力传感器有助于提早发现病变[N];中国医药报;2009年

2 记者 刘蒙丹;我市民企造出“天宫一号”运载火箭压力传感器[N];南京日报;2011年

3 成都 青化 摘译;压力传感器[N];电子报;2008年

4 河南许昌技术经济学校 李德彦;汽车常用压力传感器与检测[N];电子报;2009年

5 唐华淼 编译;厚度不足0.3mm的压力传感器[N];电子报;2009年

6 香港理工大学纺织与制衣学系 陶肖明 舒琳 华涛 李莹 麦恺莹;基于织物压力传感器的智能鞋系统[N];中国纺织报;2013年

7 华戈 摘译;振动压力传感器[N];电子报;2008年

8 本报记者 逄丹;加速推进压力传感器在物联网的应用[N];通信产业报;2014年

9 通讯员 唐江 潘培波;依靠自主创新占据市场高端[N];汉中日报;2007年

10 李池;国内研制成功首台油井光纤压力传感器[N];中国石化报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 任森;SOI基高精度微机械谐振式压力传感器技术研究[D];西北工业大学;2015年

2 束逸;基于新型微纳结构的柔性压力传感器基础研究[D];清华大学;2015年

3 陈德勇;微机械谐振梁压力传感器研究[D];中国科学院研究生院（电子学研究所）;2002年

4 赵新;基于硅波导的新型光学压力传感器研究[D];复旦大学;2012年

5 吕晓洲;用于电子皮肤的新型压力传感器的研究[D];东华大学;2012年

6 冯志刚;自确认压力传感器的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

7 杨光永;基于激光位移测量的光学压力传感器研究[D];华南理工大学;2014年

8 李天利;汽车胎压监测系统无源SAW温度压力传感器的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

9 杨先军;柔性力敏传感及其应用技术研究[D];中国科学技术大学;2012年

10 王权;氢化硅薄膜介观力学行为研究和耐高温压力传感器研制[D];江苏大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王智冲;微梁式谐振压力传感器多场耦合动力学特性研究[D];燕山大学;2015年

2 盛伟光;BiFeO_3纳米纤维压电式压力传感器的研究[D];北方工业大学;2016年

3 陈高丁;基于硅酸镓镧的声表面波高温压力传感器研究[D];北京理工大学;2016年

4 钟卫兵;柔性导电材料的制备及其在可穿戴传感器件上的应用[D];武汉纺织大学;2016年

5 相鹏瑞;高灵敏度光纤压力传感器的研究[D];燕山大学;2016年

6 田炜;用于冷藏车的压力传感技术及单元的研究[D];天津科技大学;2015年

7 李树成;新型车用喷气轨压力传感器的研制[D];华南理工大学;2016年

8 熊贵林;用于ESP车身电子稳定系统的小型高压压力传感器研制[D];华南理工大学;2016年

9 廖黎明;高灵敏度压阻式碳化硅压力传感器设计与仿真[D];上海师范大学;2016年

10 赵高杰;基于MEMS的4H-SiC压力传感器工艺研究[D];上海师范大学;2016年

，

本文编号：969323