杨其锐，朴林华，赵京京，秦 艺，谭家成

(北京信息科技大学传感技术研究中心，北京100192)

0 引言

1 结构原理和物理模型

气流式水平姿态传感器敏感元件的结构和检测电桥如图1所示。敏感元件是由圆柱形的密闭腔体和热电阻丝组成。热电阻丝使密闭腔内气体产生自然对流，可以敏感倾角的作用。当传感器所在平面相对水平面倾斜时，热电阻丝的阻值发生变化，引起电流改变，电桥失去平衡，输出与倾角相对应的电压。热敏电阻丝由对温度敏感，在空气中不易氧化的铂丝制作。

图1 敏感元件的结构

气流式水平姿态传感器的密闭腔体是轴对称的，热敏电阻丝的直径远小于圆柱形的半径，为了便于用ANSYS CFD进行计算，将敏感元件简化为二维结构，热敏电阻丝和热源都简化为点。如图2所示，重力加速度的加载在Y轴上，密闭腔体的半径r设为10 mm，四壁保持散热，环境温度T0为常温20℃。热电阻丝的阻值相同，二丝结构的热电阻丝r1、r2关于原点对称分布，间距d=8.8 mm，如图2(a)所示，而三丝结构的热源q置于坐标轴的原点上，如图2(b)所示，两热敏电阻r1、r2关于热源q对称分布，距离热源的间距d=8.8 mm。

图2 敏感元件的简化图

2 有限元法求解

ANSYS中的CFD用于计算单相粘性流体的二维和三维流动、压力和温度分布，ANSYS求解通常包括建模、划分网格、施加载荷和计算4个步骤:

(1)建模:选择ANSYS软件中FLOTRAN CFD分析功能，选择FLUID141单元。用一个半径0.01 m圆形代表密闭腔体。

(2)划分网格:采用手动设置线段划分数目的方式定义圆形的每条线段划为80等份，将整个面划为6400个单元。……