Исследование работы первичных нитевидных терморезистивных преобразователей и разработка на их основе регулятора малых расходов газа

• Автор: Фомичёв, Матвей Алексеевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 200 с. : ил.

1. Состоинис проблемы разработки расходомеров на базе микромеханнческнх систем
1.1. Первичные преобразователи в тепловых расходомерах различной конструкции 1 I
1.1.1. Термоконвектнвные расходомеры на основе “байпас технологии”
1.2. Тепловые расходомеры с полупроводниковыми элементами
1.3. Расходомеры на базе микромеханических систем
1.3.1. Влияние материалов и конструктивных особенностей МЭМС первичных преобразователей в термоконвективных газовых расходомерах на их технические характеристики
1.3.2. Оценка физико-механических свойств мембран МЭМС сенсоров
1.4. Моделирование МЭМС сенсоров
Выводы по разделу
2. Физико-мсханическис характеристики нитевидных первичных преобразователей в газовых расходомерах
2.1. Классификация термомикросистем
2.2. Исследование напряженно-деформированного состояния и собственной частоты колебаний свободной нити терморезистора в газовом потоке
2.2.1. Анализ напряженно-деформированного состояния
2.2.2. Расчёта термонапряжений и собственной частоты кремниевого нитевидного терморезистора
2.3. Расчёт термонапряженнй и изменения сопротивления в нитевидном терморезисторе на подложке
2.4. Термомеханическая устойчивость нитевидных преобразователей в

микроэлектромеханических системах
Вынолы по разделу
3. Компьютерное моделирование газодинамики и теплообмена в газовых расходомерах е нитевидными преобразователями
3.1. Описание программ и выбор расчетных моделей
3.1.1. Программы моделирования, цель их применения
3.1.2. Выбор моделей теплового расходомера (с локальным нагревом, с проволочным, размеры терморезисторов, расположение их в чипе)
3.2. Газодинамический расчёт течения газов в канале и в камере теплообмена
3.2.1. Течение газа в канале
3.2.2. Течение газа в теплообменной камере
3.3. Температура газа взенлообменной камере
3.3.1. Термодинамические характеристики микрочипа с точечным источником нагрева
3.3.2. Температура газа в теплообменной камере для чипа с терморезисторами на мембране
Выводы по разделу
4. Разработка расходомера с нитевидными преобразователями для малых расходов газа
4.1. Аспекты чистоты при разработке расходомеров на базе МЭМС технологии
4.2. Конструкция и материалы первичных преобразователей
4.3. Основные характеристики преобразователей
4.3.1. Быстродействие
4.3.2. Градуировочные кривые
4.3.3. Линейность
4.3.4. Чувствительность

4.3.5. Воспроизводимость
4.3.6. Гермокомпенсация
4.4. Конструкция регулятора расхода газа с полупроводниковым
первичным преобразователем
4.4.1 .Трсбования к прибору
4.4.2. Описание прибора
4.4.3. Устройство и работа регулятора
Обшие выводы
Литература
Приложение
Акты внедрения

Л + .:/2г(<іАсру
где ш - масса ЧЭ; с - теплопроводность ЧЭ; <1 - диаметр ЧЭ; X - теплоемкость газа; р - плотность газа; V - скорость газа относительно ЧЭ.
При выполнении моделирования градуировочной характеристики в диапазоне скоростей 1 ч- 100 м/с была получена кривая, представленная на рис. 1.29. Абсолютная допустимая погрешность измерения тепловой постоянной времени от скорости газа при заданной относительной погрешности 0.1%, вычислялась по формуле:
и представлена на рис. 1.30.
Из результатов моделирования следует, что с увеличением скорости потока требования к точности измерения т возрастают, максимально допустимая погрешность была определена и составила 0.247 м/с или в относительных единицах - 0.5%.
На основании результатов моделирования переходной характеристики был сделан вывод, что по причине нелинейности температурной зависимости термистора, требования к точности измерения температуры газа остаются достаточно жесткими. Как способ преодоления этого предлагается использование ЧЭ с линейной зависимостью сопротивления от температуры.
Наиболее критическим моментом в процессе моделирования является учет теплопотоков в трехмерном пространстве. Этому посвящен рад теоретических работ по расчету теплоотдачи тонкой проволочки [101,102].
Отклонения, возникающие в работе регуляторов расхода газов с первичными тепловыми преобразователями, в значительной степени связывают с процессами теплообмена между твердым телом и потоком. Максимально приблизиться к их решению позволяет моделирование динамики потока. Основной проблемой, с которой сталкиваются при