[发明专利]携式智能微气压测试仪无效
申请号: | 201110081850.5 | 申请日: | 2011-04-01 |
公开(公告)号: | CN102279074A | 公开(公告)日: | 2011-12-14 |
发明(设计)人: | 金仁成;刘光;江胜峰;唐祯安 | 申请(专利权)人: | 大连理工大学 |
主分类号: | G01L9/02 | 分类号: | G01L9/02 |
代理公司: | 大连理工大学专利中心 21200 | 代理人: | 梅洪玉 |
地址: | 116*** | 国省代码: | 辽宁;21 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 智能 气压 测试仪 | ||
技术领域
本发明属气体测试技术领域,是一种检测气压大小的测试仪器,适用于1-105范围内的微小气压检测。
背景技术
目前,常用的气压测试装置由气压传感器,信号处理电路和显示装置构成。气压传感器将非电信号转换成电信号,信号处理电路对电信号进行滤波、整形、放大等处理,最终显示输出。传统的加热式气压传感器存在功耗大、精度低和分辨率低等缺点,难以检测微小气压变化。而信号处理电路缺乏高性能微控制器的统筹控制,智能化程度低。此外,传统气压测试仪还存人机界面不够友好,不方便携带等缺点。
发明内容
为了实现微小气压的测量,获得良好的人机界面,本发明提供一种便携式智能微气压测试仪。该测试仪不仅能检测出1-105范围内的微小气压,同时具有量程自动选择、波形显示、数据存储、上位机通信等功能,仪器的尺寸是24cm×20cm×10cm,便于携带。
本发明采用的技术方案是:
(1)传感器部分,采用半导体工艺制成的微热板式气压传感器,其结构是悬浮于基底并且内含加热电阻的微型结构。该传感器采用半导体工艺制成的,制备过程需要使用硅片热氧化、淀积刻蚀多晶硅牺牲层、淀积复合层、制备多晶硅电阻、制备铝电极和多晶硅牺牲层腐蚀等工艺。微热板式气压传感器由加热电阻和补偿电阻构成。位于微热板中心矩形区域的电阻Rs既作为加热电阻给微热板加热,又作为温敏元件检测微热板的温度;补偿电阻Rd制作在硅衬底上,与环境温度保持一致,在测试时起到了很好的温度补偿作用。当周围气压改变时,引起气体导热率变化,从而改变微热板通过气体导热消耗的热功率。通过检测微热板加热电阻Rs上电信号的变化即可进行气压测量。该传感器具有体积小、热响应快和灵敏度高等优点。
(2)信号处理部分,主要由多路选择器、四种测试电路和AD转换器构成。四种测试电路是恒温测试电路、恒电压测试电路、恒电流测试电路和恒功率测试电路;传感器输出信号经多路选择器输入到不同的测试电路,再由AD转换器转换成数字信号;微处理器根据测试对象和测试环境选择合适的测试电路。
a.恒温测试电路主要由比较器和反馈电阻组成,测试时电路自动调节使比较器两端电压相等。恒温模式是通过恒温测试电路使得传感器加热电阻的温度保持不变,当气压改变导致气体导热量变化时,电路通过调节加热功率维持热平衡。这样使得传感器一直工作在较低温度,而不降低传感器灵敏度。
b.恒电压测试电路主要由测试电桥和运算放大器组成。将传感器加热电阻Rs作为一个桥臂,温度补偿电阻Rd作为另一桥臂,电压信号经放大器输出。传感器测试时,在低气压端调平电桥。当气压上升时,电桥失去平衡,放大器输出即为传感器响应信号。恒电压模式测试时有利于效消除真空腔内的环境温度变化对传感器输出信号的影响。
c.恒电流测试电路主要由电压跟随器和运算放大器构成。电压跟随器用于消除放大电路对恒定电流的影响,运算放大器用于放大输出测试信号。恒流模式是使传感器加热电阻通过一恒定电流,将加热电阻两端的电压作为传感器响应信号。
d.恒功率测试电路主要由运算放大器构成。恒功率模式是保持加热电阻所消耗的加热功率不变,加热电阻两端电压为传感器响应信号。当气压增加时,气体传导消耗热量增加,加热电阻减小,导致传感器响应信号减小,从而进行气压测量。
(3)中央控制部分,以微处理器为核心,实现了数据分析、数据存储等功能。选择微处理器应综合考虑I/O接口、主频、功耗和是否支持操作系统等因素。本测试仪选用具有直接存储器访问(DMA)功能、主频30MHZ以上、支持操作系统的微处理器。其中,DMA功能利于为液晶显示器提供更高的刷新率,30MHZ或更高的主频用于保证对处理速度和实时性的要求,操作系统则便于数据分析、数据存储等任务的调度管理。
(4)人机接口,主要包括输入部件和显示器两部分。输入部分选用键盘或其他数据输入模式,如选用4×4输入键盘,实现数据输入、功能选择、显示模式设置等功能。显示器选用LCD液晶显示器,具有波形显示和数字显示两种显示模式。此外,仪器能够通过RS232串口与上位机通信。
本发明的有益效果是,本仪器选用微热板式微气压传感器,可以测量1-105Pa范围内的微小气压,能够根据测量对象和测量环境的变化自动选择测试电路,从而满足用户对精度、分辨率和响应速度的要求,同时仪器还具有数据存储、波形显示和上位机通信等功能。
附图说明
图1是智能微气压测试仪的结构框图。
图2是微热板式微气压传感器结构图。
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