1、氣體擺式傾角傳感器的原理是利用自然對流氣體在密閉腔體中的“擺”特性研制成的，其關(guān)鍵敏感結(jié)構(gòu)由密閉腔體及其內(nèi)部的熱敏絲構(gòu)成。由于沒有擺動質(zhì)量塊，而且氣體的質(zhì)量也很小，所以氣體擺式傾角傳感器具有很強的抗振動和沖擊能力，在許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。但是，目前氣體擺式傾角傳感器的設(shè)計制作主要是建立在實驗基礎(chǔ)上，器件的理論研究仍處于探索階段。例如，對于密閉腔體內(nèi)的流場與輸出特性的關(guān)系、熱源的輻射效應(yīng)對傳感器輸出特性的影響和靈敏度要求較高條件下的

2、溫度漂移補償問題等，都有待深入的研究和探討。本文針對上述一些基本問題，主要開展了如下工作： 首先，分析了氣體擺式傾角傳感器密閉腔體內(nèi)的流場特性參數(shù)與傳感器輸出特性的關(guān)系。通過建立控制方程、給定邊界條件，運用有限元法對密閉腔體中的氣體的流動進行了數(shù)值計算，并利用數(shù)值計算結(jié)果定量分析了氣體擺式傾角傳感器密閉腔體內(nèi)的流場特性參數(shù)與傳感器輸出特性的關(guān)系。同時還探討了不同敏感結(jié)構(gòu)的輸出特性，討論了不同敏感結(jié)構(gòu)對傳感器性能的影響。

3、其次，理論分析了氣體擺式傾角傳感器密閉腔體內(nèi)的傳熱問題。由于傳熱過程的不同，傳熱機制各異，本文根據(jù)不同的傳熱機制建立了物理模型，并根據(jù)物理模型分別計算了密閉腔體的傳導(dǎo)、對流和輻射換熱。計算結(jié)果表明：密閉腔體的輻射非常小，在進行傳熱分析時可以忽略不計。密閉腔體的導(dǎo)熱換熱量與對流換熱量相當(dāng)，在進行傳熱分析時，可通過導(dǎo)熱換熱進行簡化分析。 然后，本文討論了輸出電壓溫度漂移的補償問題。由于氣體擺式傾角傳感器受環(huán)境溫度的影響較大，是影響其

4、性能的關(guān)鍵因素之一，本文著重討論了如何消除環(huán)境溫度的影響。通過數(shù)值計算，研究了環(huán)境溫度變化時腔體內(nèi)流場的變化，理論分析了腔內(nèi)流場變化對傳感器性能的影響，根據(jù)流體力學(xué)的相似性原理，提出減小輸出電壓溫度漂移的補償方案；開展了原理性試驗研究，論證了補償方案的可行性；最后通過補償電路的設(shè)計，驗證了此方法的有效性，結(jié)果表明，加入補償電路后，輸出電壓溫度漂移減小至少達70％。 另外，本文對傳感器的檢測電路進行了改進，并根據(jù)改進的電路，對傳感

5、器的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化。采用單片機對敏感電路進行數(shù)字放大和濾波，略去原來的放大和濾波電路，提高了產(chǎn)品穩(wěn)定性，減小了零位漂移，并且大大減小了傳感器的體積，降低了成本。最后，對調(diào)試好的傳感器進行了常溫輸出信號的電性能測試和環(huán)境溫度實驗，實驗結(jié)果表明，產(chǎn)品達到了設(shè)計要求，具有很高的可靠性。 全文以氣體擺式傾角傳感器密閉腔體中氣體形成的對流場為主線，在數(shù)值仿真計算的基礎(chǔ)上，理論分析了影響傳感器性能的關(guān)鍵因素，分析了氣體擺式傾角傳感器的敏感機

6、理。以流動相似性原理為依據(jù)，提出輸出電壓溫度漂移的主動補償方法。主要創(chuàng)新點包括： 1)建立了檢測電路電橋輸出電壓隨密閉腔體內(nèi)自然對流場溫度及速度的變化關(guān)系，定量分析了氣體擺式傾角傳感器輸出性能與密閉腔體內(nèi)自然對流場溫度及速度的關(guān)系。研究表明，對于單一熱源的氣體擺式傾角傳感器，溫度場對熱敏絲電阻的影響遠大于速度場對熱敏絲電阻的影響，說明點熱源所形成的溫度場對氣體擺式傾角傳感器敏感傾角起了決定性的作用，為深入分析氣體擺式傾角傳感器敏