设计方案压阻式液位传感器等 MEMS 机器设备是一项富有挑戰的工作中，这是由于精准叙述该类设施的作业情况必须根据好几个物理学场的藕合剖析。依靠 COMSOL Multiphysics?，您便能够更好地藕合多物理化学场模拟仿真，从而方便快捷地检测机器设备特性并获得准确的解析結果。今日，大家将根据一个实例来展现手机软件的这一强劲作用。

压阻式压测力传感器的优点

压阻式工作压力感应器是第一款商业的 MEMS 机器设备。做为液位传感器市场份额最大的商品，该类专用设备在诸多主要用途有着着极其普遍的主要用途。血压值精确测量仪和发动机中的油（气）评定量表是其最普遍的运用实例。

压阻式液位传感器在生命科学行业及汽车制造业的运用。下左图：血压测量设备。图象由 Andrew Butko 拍攝。已获 CC BY-SA 3.0 批准，根据 Wikimedia Commons 共享资源。下图：汽车油表。图象由 Marcus Yeagley 拍攝。已获 CC BY-SA 2.0 批准，根据 Flickr CreaTIve Commons 共享资源。

对比于电容器式液位传感器，压阻式液位传感器尽管用电量较高、噪音相对性很大，但它却有着电容传感器液位传感器不具有的很多优势，比如压阻式液位传感器能更非常容易地与电子产品相集成化。值得一提的是，它对工作压力的回应更加线形，而且还能屏蔽掉频射噪音的影响。

压阻式液位传感器同别的 MEMS 机器设备一样，其设计方案中也包括了好几个物理学场。为了更好地精确地评定感应器特性，必须依靠靠谱专用工具来对不一样的物理学场开展藕合，并叙述他们相互之间的相互影响。COMSOL MulTIphysics 的丰富多彩特点和作用肯定能够达到您的要求。精准的模拟結果让您开展具体生产制造前，便能精确地掌握设施的特性。

大家从“实例免费下载”中选择了一个实例，来让您更进一步地掌握 COMSOL 手机软件的强悍作用。

依靠 COMSOL MulTIphysics? 评定压阻式液位传感器的特性

“压阻式液位传感器，壳”教学模型的制定根据原摩托罗拉手机（Motorola）企业半导体材料业务部生产制造的一款液位传感器，该单位之后快速发展变成 飞思卡尔半导体材料有限责任公司（Freescale Semiconductor）。该规格的感应器已经停工，文尾的论文参考文献 1 给予了该感应器的深入分析，论文参考文献 2 给予了生产商的归档数据分析表。

实体模型的几何图形构造由一个薄厚为 20 μm、周长为 1 mm 的方形膈膜构成。膈膜的四周是宽 0.1 mm 的支承地区，该地区固定不动在膈膜下侧，与专用设备中的半导体器件粗柄相接。挨近膈膜的边界处，您还可以见到一个 X 形的氧化锌压敏电阻 Xducer? （下称 X）及和它相接的线。该地区内仅添加了少许的互联线，这种电极连接线的导电率充足高，故不容易对机器设备的輸出造成危害。

感应器实体模型的几何图形构造（下左图）和压敏电阻器几何图形构造的小细节图（下图）。

如果我们向 X 中沿 ［100］ 方位的臂增加一个工作电压，则会出现电流量沿臂穿过。当工作压力造成移植的感应器的膈膜产生形变时，机器设备中会发生裁切地应力。因为形成了剪应力，X 中沿 ［010］ 方位的臂内会造成与电流的方向竖直的静电场或电势差梯度方向——这也是由压阻效用形成的。超声波换能器总宽上的电势差梯度方向慢慢求和，最后使 X的 ［010］ 臂两边中间造成电流差。

在这样的情形下，大家假定氧化锌压敏电阻的薄厚为 400 nm，相对密度为 1.31×1019 cm-3 的匀称 p 型半导体。因为电极连接线具备同样的薄厚，故大家假定其夹杂相对密度为 1.45×1020 cm-3。

针对方位而言，半导体器件的边务必与模式的 x 轴，y 轴和硅的 ［110］ 方位两端对齐。此外，氧化锌压敏电阻与原材料边沿成 45o 角，也就是它坐落于结晶的 ［100］ 方位。为了更好地明确结晶方位，可将实体模型的平面坐标有关 z 轴转动 45o。依靠 COMSOL 手机软件中的转动平面坐标 特点，我们可以随便进行以上实际操作。

在这里实例中，大家应用压阻效用，界限电流量 插口来对构造表达式和层析上的电气设备方程式开展仿真模拟，此层析与构造上的界限相重叠。应用该类二维“壳”公式计算能够大幅度降低仿真模拟层析构造占有的云计算服务器。一定要注意，大家与此同时选用了“MEMS 控制模块”与“理论力学控制模块”来实行剖析。

結果较为

最先，使我们观查一下增加了 100 kPa 工作压力后膈膜的移动状况。在下边的模拟仿真制图中，我们可以观查到膈膜管理中心的偏移为 1.2 μm，论文参考文献 1 中各向异性实体模型预估该点处的偏移为 4 μm。充分考虑分析法是根据粗略地的猜测，故能够指出此实例的结论与资料中的结论是相一致的。

增加 100 kPa工作压力后膈膜的移动状况。

当在部分平面坐标中对膈膜边沿圆心处取更加精准剪应力值时，论文参考文献 1 表明部分剪应力为 35 MPa。这一結果与文中模拟仿真科学研究中的极小值 38 MPa 十分符合。从理论上讲，膈膜边沿圆心处的剪应力应较大。

氧化锌压敏电阻部分平面坐标中的剪应力。

下面的图呈现了膈膜边沿上的剪应力。每条边的核心处，部分剪应力较大，为 38 MPa。

沿两根膈膜边沿的部分剪应力。

由于机器设备规格和夹杂度估计值，在正常的运转下，实体模型輸出与生产商数据分析表中的信息内容十分符合。举例来说，在该实体模型中，增加3 V 的偏压后能够获得 5.9 mA 的工作中电流量。数据分析表中纪录有一个类似的 6 mA 电流量。除此之外，该实体模型的电流輸出为 54 mV。如数据分析表所显示，机器设备发生的具体电势差为 60 mV。

最终，使我们看一下 Xducer? 感应器的工作电流与工作电压遍布详细信息。论文参考文献 3 中提及，当工作电压感测器元器件中的载流硅线的部分总宽扩大时，很有可能会产生“短路故障效用”。该效用的实质因素是电流量蔓延到 X 形氧化锌压敏电阻的感测器臂中。详细情况请参照下面的图。除此之外，下面的图还突显了不一样电位差，它也由压阻效用形成的。

3 V 的偏压、100 kPa 工作压力时，机器设备的电流强度和电势差。

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