Details

Работа посвящена исследованию тензометрического датчика давления и разработке прототипа с учетом паразитных эффектов. Цель работы – разработка и анализ модели тензометрического датчика давления с учетом конструкции чувствительного элемента и паразитных эффектов. Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: 1. Аналитический обзор конструкций тензометрических датчиков давления и разработка модели их чувствительного элемента; 2. Анализ влияния ключевых паразитных эффектов на выходные характеристики датчика и разработка его модели с учетом этих эффектов; 3. Сравнительный анализ результатов моделирования. В результате исследования выполнено математическое моделирование в MATLAB (аналитические расчеты) и COMSOL Multiphysics (метод конечных элементов), а также построена эквивалентная схема в Simulink, интегрирующая паразитные эффекты. В результате исследования установлено, что наибольшее влияние на характеристики датчика оказывают: изменение пьезорезистивного коэффициента (температурная чувствительность ~100 мкВ/℃), шум усилителя (минимальное считываемое давление 20 Па) и толщина мембраны (±25% изменения чувствительности при ±10% вариации толщины). Полученный датчик обладает чувствительностью 250 мкВ/В/кПа и диапазоном измеряемого давления 0,02–290 кПа. MATLAB, Simulink, COMSOL Multiphysics, Google Scholar, IEEE Xplore.

Object of study is strain gauge pressure sensor and prototype development taking into account parasitic effects. The aim is development and analysis of a strain gauge pressure sensor model, taking into account the design of the sensor element and parasitic effects. The following tasks were solved: 1. Analytical review of strain gauge pressure sensor designs and development of a model of their sensing element; 2. Analysis of the influence of key parasitic effects on the output characteristics of the sensor and development of its model taking these effects into account; 3.Comparative analysis of modeling results. As a result of the study, mathematical modeling was performed in MATLAB (analytical calculations) and COMSOL Multiphysics (finite element method), and an equivalent scheme was built in Simulink, integrating parasitic effects. As a result of the study, it was found that the greatest influence on the sensor characteristics is exerted by: a change in the piezoresistive coefficient (temperature sensitivity ~100 MV/℃), amplifier noise (minimum read pressure 20 Pa) and membrane thickness (±25% change in sensitivity with ±10% variation in thickness). The resulting sensor has a sensitivity of 250 µV/V/kPa and a measured pressure range of 0.02–290 kPa. MATLAB, Simulink, COMSOL Multiphysics, Google Scholar, IEEE Xplore.