面向火星應(yīng)用的MEMS熱風(fēng)傳感器的仿真設(shè)計(jì).pdf_第1頁(yè)
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1、本文對(duì)面向火星應(yīng)用的熱風(fēng)傳感器進(jìn)行了建模和仿真,論文主要研究了火星環(huán)境對(duì)于風(fēng)速傳感器性能的影響。
  通過(guò)使用COMSOL Multiphysics對(duì)粉塵的影響和兩個(gè)熱敏電阻之間的溫差進(jìn)行建模。其中2個(gè)熱風(fēng)速度傳感器是由基于硅襯底的4個(gè)溫度傳感器(鉑)圍繞的加熱器組成,后表面感應(yīng)用來(lái)保護(hù)風(fēng)速傳感器。由于MARS環(huán)境惡劣,對(duì)三種不同情況進(jìn)行了研究。
  與地球相比,火星星球的平均氣溫和大氣壓力非常低。相比之下,風(fēng)速和溫度分布均

2、高于地球。在平均溫度(250K),低溫(187K)和高溫(293K)下平均壓力(800Pa)進(jìn)行模擬。對(duì)于平均表面溫度和10m/s風(fēng)速,上游和下游溫度傳感器之間的溫差為0.183K,隨風(fēng)速而增加。在較低溫度(187K)時(shí),溫差升高至0.221K。另一方面,高溫下的溫差降至0.161K。
  第一種情況,假設(shè)灰塵在流動(dòng)通道(CO2)中。流動(dòng)通道中的粉塵濃度為5%至20%。因此,通過(guò)計(jì)算等效熱導(dǎo)率并考慮了空氣導(dǎo)熱系數(shù)的變化,在5%粉塵

3、濃度下,從上游到下游的溫差從0.07K增加到0.14K。溫差隨著粉塵濃度增加到10%,15%和20%。
  第二種情況,灰塵落在硅襯底表面,等效于一個(gè)灰塵層,并將其厚度從10μm逐漸增加到30μm。使用平均風(fēng)速/速度(10m/s~80m/s)觀測(cè)上游和下游之間的溫差。上游到下游的總體溫差與0.141K相比下降到0.0936K,同時(shí)隨著襯底表面灰塵層厚度的增加而減小。
  第三種情況是第一和第二種情況的組合。粉塵落在硅襯底的表

4、面上,并且還考慮了流動(dòng)通道(CO2)。和第一種情況一樣,在流量通道(CO2)中形成的粉塵濃度為5%至20%,同時(shí)假定相同的熱導(dǎo)率,灰塵層厚度按照第二種情況從10μm逐漸增加到30μm。對(duì)于每種灰塵厚度,施加平均風(fēng)速(10m/s~80m/s),等效熱導(dǎo)率從5%變化到20%。在10m/s的風(fēng)速和10μm的灰塵厚度下,總體溫差下降了0.140K。此外,該溫差隨著硅襯底表面上的灰塵厚度的增加而減小。與地球環(huán)境中的溫差相比,火星環(huán)境中的整體溫差有

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