• Войти

Все о транспорте газа

  • Главная
  • Категории
    • Блог
    • Форум
    • Литература (164)
    • Новости(210)
    • Софт (17)
    • Законы (0)
    • Нормативы (41)
    • Турбины (132)
    • Теория (25)
    • Запорка (24)
    • Мнения (5)
    • КиП (3)
    • Прочая энергетика (16)
    • Теплообмен (6)
    • Видео (111)
    • События (6)
    • Статьи (130)
    • Партнеры (5)
    • Юмор (18)
    • Энциклопедия (17)
    • Фото (18)
    • Гаджеты (12)
    • Образование (27)
  • Пользователям
    • О сайте
    • Связь
    • Реклама
    • Как скачать?
    • Обмен ссылками
    • RSS канал
    • Статистика
    • Все новости
    • Я найду
    • Регистрация
  • FAQ (Помощь)
Все о транспорте газа » КиП » Микроэлектромеханические системы

Микроэлектромеханические системы

Термин «МЭМС» переводится как «микроэлектромеханические сис­темы». К ним относятся и микромеханические датчики. По суще­ству, их получение основано на модификации метода фотолитогра­фического создания плоских и пространственных структур. Фотолитография — это целая группа процессов, среди которых есть простые типа фотокопирования и более сложные, например лазер­ная запись. Фотокопирование позволяет создать на обрабатываемом изделии некоторую структуру. Она может быть как двумерной, т.е. представлять собой некоторое изображение, так и трехмерной. Эти структуры обычно получают химическим травлением, однако иногда используют и дополнительные приемы. Например, лазерный, элект­ронный или ионный пучок, ускоряющий скорость химической реак­ции. Отметим, что скорость травления может сильно зависеть от на­личия допирующих добавок. Кроме того, на скорость травления могут влиять свойства кристаллической подложки. Список способов трав­ления можно пополнить влажным и сухим травлением, фотопроцес­сами и т.д. На практике получаемые травлением структуры обычно являются двумерными и имеют большую площадь в плоскости под­ложки при относительно небольшой толщине (рис. 1). Напротив, методом LIGA, использующим ядерную радиацию, можно создавать неплоские призматические структуры в направлении, перпендику­лярном плоскости подложки.
Рис. 1. Принцип создания МЭМС-структур.
Основой большинства микромеханических изделий является крем­ний. Кремний имеет прекрасные механические свойства. Он прочнее стали и имеет очень высокую температуру плавления. В последнее вре­мя появились полимерные и металлические МЭМС-структуры, но пока они почти не применяются. Потому мы будем рассматривать лишь крем­ниевые системы. В настоящее время предпринимаются попытки объе­динения в одном микрочипе миниатюрной механической конструкции и кремниевой электросхемы. Создать в одном технологическом процес­се одновременно микромеханическую конструкцию и микросхему уда­ется очень редко. Как правило, две части детали делают в двух техноло­гических процессах, после чего их объединяют.

Механические датчики должны давать электрический сигнал. Име­ется лишь несколько механических явлений, которые могут создать элек­трический сигнал:

• взаимное смещение двух частей конструкции;

• резонансные колебания структуры.

Отметим, что смещения и колебания могут возникать при изменении температуры или внешней нагрузки (рис. 2). До сих пор все описанные в литературе микромеханические датчики основаны лишь на этих двух явлениях, а именно на изменении резонансной частоты или появлении электрического сигнала при смещении двух частей измерительного эле­мента. Имеется два процесса, приводящих к возникновению электричес­кого сигнала. Первый состоит в изменении электрического сопротивле­ния термопары при изменении деформации или температуры. Этот принцип широко используют в микромеханических датчиках уже более 20 лет. Вто­рой основан на изменении электрической емкости двух параллельных плос­костей, одна из которых может перемещаться. В некоторых ситуациях дви­жение может быть обнаружено оптически, что позволяет комбинировать тензодатчики и оптические волокна. Хотя этот метод кажется привлека­тельным, на практике он применялся не слишком широко.


Рис. 2. Методы модуляции МЭМС-датчиков: модуляция по координа­те и модуляция резонансной частоты.
Рис. 3. Примеры МЭМС, использующих пьезосопротивление и вибрирующие элементы на диафрагмах давления. Сопротивления ^отн и ^ образуют мостовую схему. /?отн - контрольное сопротивление; величина R зависит от деформации. Деформация мостовой перемычки зависит от давления на диафрагму. Резонансная частота зависит также от температуры. Сопротивления имеют температурную компенсацию.
Первый широко используемый сенсор, основанный на кремниевой МЭМС, представлял собой диафрагму, на краю которой, т.е. в области больших деформаций, размещали пьезорезисторы. Во втором методе к измерительной диафрагме крепили механический резонатор в форме мостовой перемычки, как показано на рис. 3. Изгиб диафрагмы вызывает изменение силы натяжения перемычки и, как следствие, изменение ее резонансной частоты. Это позволяет достичь более высокой точности и устойчивости работы измерительного элемента по сравнению с пьезорезисторным методом, причем технологические этапы его создания остаются практически теми же.
Измерением резонансной частоты вибратора (рис. 3.) можно контролировать любой внешний параметр, изменяющий силу растяжения перемычки, в том числе и температуру, поскольку различие коэффициентов теплового расширения вибрирующей перемычки и основания изменяет величину растягивающей силы. С другой стороны, при правильном выборе материалов можно практически полностью избавиться от температурной чувствительности датчика, что увеличивает точность измерения других физических параметров. При помощи такой микроструктуры можно измерять скорость струи газа, действующего на мембрану или измерительную перемычку. Кроме того, измерения можно проводить, нанося на перемычку химически активное покрытие, изменяющее ее размеры или массу под действием химических реакций или адсорбции.
На центральную область вибрирующего чувствительного элемента можно поместить массу. В результате сила натяжения перемычки будет зависеть от величины ускорения в направлении, перпендикулярном плоскости перемычки (рис. 4.). Акселерометр может определять направление ускорения, если сделать перемычку намного более жесткой в перпендикулярном направлении. Акселерометр можно использовать в системе управления, создав «обратную связь» с источником ускоряю


Рис. 4. Изменение резонансной частоты моста текущей жидкостью, ускорением, химическими реакциями и т.д.
щей силы. При этом он может иметь также форму балки. Достоинством кремния является исключительная линейность, без сколько-нибудь су­щественного механического гистерезиса.

Большой интерес представляют также МЭМС на основе гироскопи­ческого измерительного элемента. Принцип их работы основан на дей­ствии кориолисовой центробежной силы. Эта сила модулирует резо­нансную частоту колебаний вращающегося элемента в форме кольца или бокала (скорость вращения нужно измерить). Сила Кориолиса при­водит к различному изменению резонансных частот по двум направле­ниям в плоскости вращения, причем разность резонансных частот про­порциональна скорости вращения. Одним из достоинств таких гироскопов является отсутствие вращающихся подшипников. МЭМС с колебательным элементом в форме бокала разрабатывали по крайней мере 25 лет, но несмотря на это он не нашел широкого применения до сих пор. Это обусловлено тем, что для получения высокой чувствитель­ности необходима чрезвычайно высокая точность производства дета­лей. Производство осуществляется с допусками до сотен или даже ты­сяч слоев кремния, но чувствительность датчика ограничена малой массой. Тем не менее микромеханический кремниевый гироскоп еще не раскрыл весь свой потенциал.
В интеллектуальных структурах МЭМС дополняют и отчасти конку­рируют с волоконными датчиками. МЭМС-датчики очень малы, а их положение точно известно. При этом в одном чипе можно разместить несколько датчиков, выполняющих различные измерения. Эта особен­ность датчиков используется пока мало, несмотря на очевидный потен­циал применения, например в медицине. МЭМС-датчики потенциаль­но недороги, и их стоимость определяется в основном стоимостью корпуса, необходимостью проведения тестирования и сертификации. Они могут использоваться в разнообразных устройствах, например в акселерометрах и автомобильных воздушных подушках безопасности.
В настоящее время МЭМС используются в интеллектуальных структурах очень редко. Между тем они имеют множество достоинств. В частности, они имеют размеры порядка долей миллиметра и способны работать при очень высоких температурах. Информацию с них можно считывать оптически или передавать по миниатюрному электроканалу связи. Еще одним их преимуществом является возможность обеспечения очень быстрого реагирования, за время порядка долей микросекунды.
Можно отметить, что МЭМС-датчики, в отличие от волоконно-оптических, особенно удобны для контроля поведения небольших устройств. Уже реализованы системы, исследующие отдельные участки поверхности кристаллов. Это возможно благодаря малости МЭМС-датчиков. Они применяются и в медицинских целях. Тем не менее до сих пор используется лишь малая доля их потенциала, и область широкого применения МЭМС-систем еще не найдена. Наиболее перспективным выглядит их применение в медицине, биологии, экологии и призводстве высокоточного оборудования.


Прежде чем задать вопрос прочитайте: FAQ


Похожие новости
Разное(полезное и интересное)
Методическое пособие по определению частот собственных колебаний узлов и
Интересное
Расцентровка
Аналитика
Проблемы подшипников скольжения.
КиП
Оптоволоконные датчики
  • Комментарии
  • О статье
У данной публикации нет комментариев.

admin

Автор

27-12-2008, 09:35

Дата пуликации

КиП

Категория
  • Комментариев: 0
  • Просмотров: 19 967
Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:

  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent

Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив

Реклама

Присоединяйся
Комментарии
Нет. К сожалению, это не возможно
11 января 2021 23:00

admin

Добрый день, есть ли возможность протестировать ПО?
10 января 2021 18:46

sbalx

xxxxxв турбокомпрессоре не возникает автоколебаний газа
Отличительной особенностью характеристик турбокомпрессоров является наличие в них точки перегиба (точки максимума), вызванное сложным характером течения в проточной части и потерянным напором
23 декабря 2020 00:34

xxxxx438

Поэтому я и указал вам на характеристики спч. Больше чем уверен вы работали в неоптималтной зоне и это привело к таким последствиям. Характеристика СПЧ для того и создана, чтобы нагнетатель не загнать в зопы повышенных расходов или пониженных. Возможно надо бы до снизить входное заявление , уменьшить отбор газа за нагнетателем. Все станет понятно , когда вы внимательно сравните существующий режим с тем что позволяет делать характеристика

Какое у вас входное давление было? Какие обороты держали? Скиньте в комменты актуальную характеристику! Посмотрим
18 сентября 2020 12:12

admin

Это последствие такой модернизации


Данное фото было сделано при выполнении работ по снижению, СПЧ даже не отработало 720 часов после поставки.
18 сентября 2020 11:56

Xan

Нашли ошибку?

Выделите слова с ошибкой и нажмите Ctrl+Enter

Авторизация

Регистрация Забыл пароль