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《武汉工程大学》 2016年
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快速动态测温的MEMS温度传感器设计和特性研究

秦自强  
【摘要】:针对一些某一时间内温度变化迅速、剧烈的,如汽车发动机点火瞬间、压缩机活塞室气体在压缩过程的温度变化、内燃机燃烧室的壁面以及火箭尾部喷嘴壁面等这些需要快速测温的场所,本文结合快速响应温度传感器的相关技术,设计出一种基于微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)的两级微桥结构Pt薄膜温度传感器。通过对传感器感温结构的设计、材料选取、制备工艺、有限元仿真及仿真数据分析等问题进行了研究,其主要内容如下:1.设计了一种两级微桥机构的MEMS温度传感器,确定Pt、SiO2、Si依次作为感温部的感温材料、热绝缘材料和基体材料,并提出其微加工工艺流程。2.运用ANSYS有限元分析软件研究了MEMS温度传感器的静态场和动态场的温升特性。3.在有限元分析中,本文主要研究了SiO2薄膜片厚度、Pt薄膜厚度和串联长度对感温部测温时间常数的影响。研究表明:SiO2片厚度和Pt薄膜厚度越薄,时间常数也越小;Pt薄膜串联长度对热损失和时间常数几乎无影响,因此,在设计上可适当增加Pt薄膜长度,也即是增大感温电阻值,以利于温变信号的采集。
【关键词】:快速响应 两级微桥 静态场 动态场 时间常数 热损失
【学位授予单位】:武汉工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP212.11
【目录】:
  • 摘要5-6
  • Abstract6-9
  • 第1章 绪论9-19
  • 1.1 温度传感器及MEMS技术发展9-10
  • 1.2 MEMS概念及应用10-11
  • 1.3 MEMS传感器技术11-12
  • 1.4 课题研究背景12-16
  • 1.4.1 国外研究背景13-14
  • 1.4.2 国内研究背景14-15
  • 1.4.3 薄膜传感器发展趋势15-16
  • 1.5 课题意义16-17
  • 1.6 本文研究内容17-19
  • 第2章 快速测温Pt薄膜温度传感器设计19-29
  • 2.1 Pt薄膜温度传感器工作原理19-20
  • 2.2 Pt膜温度传感器的特点20
  • 2.3 Pt电阻传感器材料20-24
  • 2.3.1 感温材料21-22
  • 2.3.2 基体材料22-23
  • 2.3.3 绝缘体材料23-24
  • 2.4 用于快速测温的感温结构设计24-27
  • 2.5 本章小结27-29
  • 第3章 Pt薄膜热电阻制备工艺29-43
  • 3.1 MEMS制备工艺简介29-38
  • 3.1.1 硅片清洗29-32
  • 3.1.2 淀积热绝缘层32-36
  • 3.1.3 光刻图形36-37
  • 3.1.4 刻蚀工艺37-38
  • 3.2 热电阻制备过程38-42
  • 3.2.1 热电阻制备工艺39-40
  • 3.2.2 热电阻制备工艺流程40-42
  • 3.3 本章小结42-43
  • 第4章 感温部仿真模拟43-55
  • 4.1 有限元分析软件43
  • 4.2 研究问题43-44
  • 4.3 仿真过程44-52
  • 4.3.1 模型参数44-45
  • 4.3.2 稳态分析45-48
  • 4.3.3 瞬态分析48-52
  • 4.4 本章小结52-55
  • 第5章 总结与展望55-57
  • 5.1 总结55-56
  • 5.2 展望56-57
  • 参考文献57-62
  • 攻读硕士期间已发表的论文62-63
  • 致谢63

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