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专利名称：一种可降低误差的传感器及其测量方法
技术领域：
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及解决气体压力传感器机械迟滞性误差的结构和方法。
背景技术：
气体压力测量在工业仪表、医疗器具、气压表、高度计、压力开关、充气设备等许多工业设备中应用非常广泛。传统的气压传感器，例如水银气压表、空盒气压表等，其体积大、精度低的缺陷限制了应用范围。随着微机电MEMS技术的发展，MEMS压力传感器的技术也得到了发展和显著提高，传感器体积越来越�。�测量精度也得到了很大提高。然而对于测量高精度气压时，压力传感器自身的机械迟滞误差就不能忽视。施加在传递压力的膜片上的压力从高至低降到压力值F时，和压力从低至高升到压力值F时，虽然最终的压力值相同，但由于机械的迟滞性，膜片在相同应力作用下的弯曲挠度是不同的，即传感器的膜片载荷的加载线与卸载线不完全重合。对于压力传感器，由于待测量的压力微小变化趋势是随机的，难以确定测得的电压信号是否对应真实的压力值，这就造成所测量的膜片形变对应的压力与实际的压力有偏差，采集到的压力信号精度不高。

发明内容
本发明提出一种可降低误差的测量压力的传感器及其测量方法，其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷，降低由于机械迟滞性造成的误差，提高压力的测量精度。本发明的技术解决方案其特征是结构由第一基板、第二基板、第三基板、加热电阻、通孔、第一基板的膜片、第一基板的空腔、第二基板的膜片、第二基板的空腔组成；测量方法步骤为(I)对第一基板的膜片上的加热电阻施加加热功率；(2)降低加热电阻上的加热功率；(3)测量第二基板的膜片上的压力。本发明的有益之处在于相比于已有技术，本发明传感器使用第一基板空腔为可与外界气体对流的半封闭结构，通过加热电阻对第一基板的空腔内气体加热，气体受热膨胀产生气体压强加压于第二基板的膜片，使驱动膜片弯曲在迟滞曲线的卸载线上，避免膜片位置的不确定问题，提高传感器的测量精度；利用通孔的构造，不但实现稳定状态下第一基板膜片内外气体的压强相等的目的，而且微小的通孔既可以连接空腔内和外界的气体，又可以增大气体对流阻力，有效控制第二基板的膜片弯曲，使其维持在迟滞曲线的卸载线上；利用加热电阻控制温度的方法，调节方便、灵活，精度较高；加热电阻分布在通孔两端，有利于均匀加热第一基板及空腔内的气体，避免局部过热的问题；第二基板空腔设置为密封的真空腔，可以测量外部气体的绝对压力，测量范围更大，应用领域更广；本发明的传感器由3个基板组成，结构简单，可圆片级封装，降低成本。


图1为传感器结构的示意图。
图2为传感器第一基板的俯视示意图。图中的I是第一基板、2是第二基板、3是第三基板、4是加热电阻、5是通孔、6是第一基板的膜片、7是第一基板的空腔、8是第二基板的膜片、9是第二基板的空腔。
具体实施例方式对照附图1，传感器由第一基板1、第二基板2、第三基板3、加热电阻4、通孔5、第一基板的膜片6、第一基板的空腔7、第二基板的膜片8、第二基板的空腔9组成。其中第一基板I与第二基板2连接，第二基板2与第三基板3连接，第二基板的空腔9位于第二基板2和第三基板3连接处，该空腔为密闭的真空腔；第一基板的空腔7位于第一基板I和第二基板2连接处，通孔5连接第一基板空腔7内的气体与外界气体。对照图2，第一基板的膜片6上有加热电阻4、通孔5，加热电阻4分置于通孔5两端，便于均匀加热第一基板空腔7内的气体。测量方法为首先对第一基板的膜片6上的加热电阻4施加加热功率，使用脉宽调制的方法对加热电阻施加功率，脉冲波形的占空比依次按10 %、30 %、70 %、90 %的方式逐渐增加；然后降低加热电阻4上的加热功率，加热温度达到设定温度时，第一基板的膜片6弯曲达到或超过迟滞曲线的峰峰值位置上后停止加热，第一基板空腔7内的气体温度逐渐下降，同时与外界气体进行气体对流，第二基板膜片8形状缓慢回复。在预定的时间后，第二基板膜片8形状回复到卸载线上后，通过信号处理电路测量第二基板膜片8上的压力。
权利要求
1.一种可降低误差的传感器，其特征是结构由第一基板、第二基板、第三基板、加热电阻、通孔、第一基板的膜片、第一基板的空腔、第二基板的膜片、第二基板的空腔组成。
2.如权利要求1所述的可降低误差的传感器，其特征在于第一基板和第二基板连接，第二基板和第三基板连接。
3.如权利要求1所述的可降低误差的传感器，其特征在于加热电阻和通孔位于第一基板的膜片上，加热电阻位于通孔两端。
4.如权利要求1所述的可降低误差的传感器，其特征在于第一基板与第二基板连接形成第一基板的空腔，该空腔通过通孔与外界空气相连。
5.如权利要求1所述的可降低误差的传感器，其特征在于第二基板和第三基板连接形成第二基板的空腔，该空腔为密闭的真空腔。
6.一种可降低误差的测量方法，其特征在于测量方法步骤为:(I)对第一基板的膜片上的加热电阻施加加热功率；(2)降低加热电阻上的加热功率；(3)测量第二基板的膜片上的压 力。
全文摘要
本发明公开了一种可降低误差的传感器及其测量方法，传感器结构包括第一基板、第二基板、第三基板、加热电阻、通孔、第一基板的膜片、第一基板的空腔、第二基板的膜片、第二基板的空腔。测量压力方法加热电阻通电加热第一基板的空腔，其空腔内空气热胀加压到第二基板膜片；降低加热电阻的加热功率；测量第二基板的膜片上的压力。通过上述步骤，第二基板的膜片可以维持在机械迟滞曲线的卸载线上，能够避免膜片位置的不确定性问题，遏制机械迟滞偏移造成的误差，改善压力传感器的测量精度。
文档编号G01L9/00GK103076132SQ20121058548
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者李维平, 刘清惓, 黄标, 周晓, 佘德群 申请人:南京高华科技有限公司