Разработка системы измерения концентраций химических соединений в жидкости массочувствительными пьезокварцевыми сенсорами

• Автор: Милонов, Михаил Валерьевич
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Липецк
• Количество страниц: 128 с. : ил.

1. ОБЗОР СФЕРЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ВЫДЕЛЕНИЕ ПРИОРИТЕТНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ

1.1. Обзор измерительный средств, применяемых для пьезокварцевого микровзвешивания

1.2. Особенности пьезокварцевого микровзвешивания в жидкой среде

1.3. Измерение и обработка данных в системах для пьезокварцевого

(■У

микровзвешивания

1.4. Выводы и постановка задач исследования

2. ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОГЕНЕРАТОРНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НАГРУЖЕННЫХ ПЬЕЗОКВАРЦЕВЫХ РЕЗОНАТОРОВ

2.1. Исследование влияние жидкости на параметры пьезокварцевого резонатора

2.2. Изменение характеристик резонатора при контакте с жидкостью

2.3. Исследование переходной характеристики генератора с мостом Вина

2.4. Исследование переходной характеристики генератора с пьезокварцевым резонатором в качестве нелинейного элемента
2.5. Исследование переходной характеристики генератора на основе

ТТЬ элементов
2.6. Выводы по второй главе
3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПРОТОЧНО-ИНЖЕКЦИОННОГО АНАЛИЗА
3.1. Автогенератор с мостом Вина
+ 3.2. Исследование на устойчивость генератора с мостом Вина
3.3 Экспериментальное исследование влияния параметров пьезокварцевого резонатора на характеристики автогенератора

3.4. Генератор с пьезокварцевым резонатором в качестве нелинейного элемента
3.5. Исследование на устойчивость генератора с пьезокварцевым резонатором в качестве нелинейного элемента
3.6. Генератор на основе ТТЬ элементов
3.7. Исследование на устойчивость генератора на основе ТТЬ элементов
3.8. Выводы по третьей главе
4. РАЗРАБОТКА ВЫСОКОТОЧНОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ СИГНАЛА С ЧАСТОТНЫХ ДАТЧИКОВ
4.1. Особенности сбора данных с сенсоров
4.2. Метод определения частоты на основе резонансных фильтров
4.3. Оценка точности измерения метода
4.4. Выводы по четвертой главе
5. ИНФОРМАЦИОННОЕ И АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПРОТОЧНО-ИНЖЕКЦИОН-НОГО АНАЛИЗА
5.1. Программно-аппаратные средства измерительной системы
5.2. Метрологический анализ конструктивных и режимных параметров измерительной системы
5.3. Обработка частотного и амплитудного сигналов с датчика
5.4. Определение константы пропорциональности без дополнительных лабораторных экспериментов
5.5. Практические результаты использования разработанной измерительной системы
5.6. Выводы по пятой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ. АКТ ВНЕДРЕНИЯ
Актуальность темы исследования обусловлена отсутствием на отечественном рынке недорогого, простого в использовании инструмента для измерения малых концентраций веществ в жидкой среде. Последнее десятилетие характеризуется интенсивным развитием сенсорных технологий. Они ориентированы на создание аналитических устройств, позволяющих получать информацию о составе различных сред в форме электрического сигнала. Исследования различных сенсорных систем стимулируется необходимостью осуществления систематического контроля за превышением предельно допустимых концентраций опасных токсикантов в объектах окружающей среды, проведением экспрессных анализов в различных областях промышленности. Сложность тестов и высокая стоимость точного измерения малых количеств веществ в жидкости вынуждает искать новые пути решения данной проблемы.
Один из новых способов базируется на использовании пьезокварцевых резонаторов. С 1959 года, когда Зауербрей (БаиегЬгеу) показал, что сдвиг частоты кварцевого резонатора пропорционален нагружаемой на кварц массе [1,
2], они стали основой нового поколения пьезоэлектрических массочувствительных устройств. Кварцевые кристаллы с АТ срезом на 5МГц (АТ срез относится к геометрии среза кварцевого кристалла) имеют массочувствитель-ность порядка 0,057 Гц -см2 нг'1 [3] при стоимости одного сенсора менее 10$. Такие характеристики позволили им занять одно из ведущих мест при измерении концентраций химических веществ. Пьезокварцевые резонаторы используются для определения газообразных веществ: от паров ртути до поли-ароматики. Эксперименты проводились в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова, Институте геохимии и аналитической химии РАН, Воронежской государственной технологической академии и ряде других российских вузов [4-9].
С 1982 года за рубежом началась активная разработка нового поколеапдІеМ иоиЛііп

Сі и Р!і
Рис. 2.2. Схема замещения кварцевого фильтра
—- р— 1"*'» 1 . ■“
і/
-
1 1.0005 1.001 1.0015 1.002 1.0025 1.003 1.0035 1
Рис.2.3. АЧХ и ФЧХ кварцевого фильтра