Исследование и разработка детектора по теплопроводности на основе МЭМС-технологии для газовой хроматографии

• Автор: Терехин, Илья Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 157 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Хроматография
1.1. Хроматография в экологии
1.2. Хроматографическая аппаратура
1.3. Детекторы для газовой хроматографии
1.3.1. Детектор электронного захвата (ДЭЗ)
1.3.2. Пламенно-ионизационный детектор (ДИП, ПИД)
1.3.3. Термоионный детектор (ДТП, ТИД)
1.3.4. Детектор по теплопроводности (ДТП)
1.3.5. Масс-селективный детектор (МСД)
1.4. МЭМС-детекторы
Выводы по разделу 1:
Глава 2. Расчет теплоотдачи и напряженно-деформированного состояния датчика
2.1. Классификация термомикросистем
2.2. Процессы турбулентной диффузии в газовой среде
2.2.1. Особенности процессов турбулентного переноса в каналах
2.2.2. Структура поля температур в неизотермическом турбулентном потоке
2.3. Дифференциальные уравнения теплообмена
2.4. Числа подобия
2.5. Подобие процессов конвективного теплообмена при вынужденном движении теплоносителя
2.6. Обобщение опытных данных на основе теории подобия

2.8. Расчет напряженно-деформированного состояния прямоугольной пластины
2.10. Расчет температурных напряжений в прямоугольной пластине
2.11. Расчет термонапряжений и изменение сопротивления в терморезисторах на подложке
Выводы по разделу 2:
Глава 3. Компьютерное моделирование гидродинамики и теплообмена в газовой камере датчика по теплопроводности
3.1. Описание программ и выбор расчетных моделей
3.1.1. Программы моделирования, цель их применения
3.2. Газодинамический расчет течения газов в канале и в камере теплообмена
3.2.1. Выбор моделей теплового преобразователя (с локальным нагревом, с проволочным, размеры термоэлементов, расположение их в чипе.)
3.2.2. Течение газа в канале
3.2.3. Течение газа в камере
3.3. Температурные поля в теплообменной камере детектора
3.3.1. Термодинамические характеристики микрочипов
Глава 4. Разработка детектора по теплопроводности для хроматографа на основе МЭМС-технологии и его характеристики
4.1. Технические данные хроматографа
4.2. Достоинства и недостатки ДТП
4.3. Особенности конструкции ДТП
4.4. Характеристики ДТП
4.4.1. Методика измерения характеристик детектора по теплопроводности на газовом хроматографе
4.4.2. Исследование терморезистивного МЭМС-датчика расхода газа БУК-1 с различными газами

4.4.3. Режим работы
4.4.5 Применение детектора в составе хроматографа для анализа качества воздуха с системе вентиляции метрополитена
Общие выводы
Приложение

В отсутствии тока температура нити чувствительного элемента равна температуре корпуса детектора Тн = Тд. При прохождении через чувствительный элемент электрического тока выделяется некоторое количество тепла. Часть этого тепла за счет различных процессов отводится от нити, а оставшаяся часть идет на ее разогрев. При постоянстве состава газового потока количество тепла, отводимое от нити, постоянно, и в детекторе устанавливается равновесие, при котором нить принимает какую-то постоянную температуру, причем Тн > Тд. В идеальном ДТП тепло от нити отводится только за счет теплопроводности газового потока. К моменту попадания в камеру детектора газовый поток имеет температуру Тд. Молекулы газа получают от более горячей нити избыточное тепло, которое они передают за счет столкновений другими молекулами, те в свою очередь третьим, и так до тех пор, когда все тепло, полученное о нити, перейдет к корпусу детектора. При этом все молекулы газового потока, участвующие в процессе теплопередачи, возвращаются в исходное состояние, т.е. газ выходит из камеры детектора с той же температурой Тд, что и входит в нее, и скорость газового потока не влияет на температуру нити. При поступлении в детектор анализируемого вещества, теплопроводность которого отличается от теплопроводности газа-носителя, количество тепла, отводимое от нити, изменяется, что приводит к изменению температуры нити. Если теплопроводность анализируемого вещества больше теплопроводности газа-носителя, увеличивается отвод тепла и температура нити уменьшается, и наоборот, если теплопроводность анализируемого вещества меньше, то температура нити повышается.
При работе с детектором по теплопроводности хроматографист задает и контролирует следующие параметры режима работы детектора: природу газа-носителя; расход газа-носителя; температуру детектора; ток моста детектора.
Чувствительность детектора пропорциональна относительной разности теплопроводностей газа-носителя и анализируемых веществ. Большинство газов и паров анализируемых веществ имеют низкую теплопроводность