Разработка и исследование частотных датчиков механических величин на основе кремния
Диссертация
Компенсация общей температурной погрешности рассмотрена для преобразователя с режимом автоколебаний и обратной связью по амплитуде колебаний вибрирующего элемента. Способ компенсации заключается во введении в обратную связь преобразователя инвертирующего сумматора с одновременной организацией раздельной компенсации аддитивной и мультипликативной составляющих температурной погрешности. Аддитивная… Читать ещё >
Содержание
- 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ И АНАЛИЗ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
- 1. 1. Аналитический обзор существующих типов датчиков, перспективные разработки
- 1. 2. Основные методы изготовления элементов первичного преобразователя
- 1. 3. Анализ резонатора
- 1. 4. Анализ мембраны
- 1. 5. Описание работы преобразователя
- 1. 6. Механические свойства монокристалла кремния
- 1. 7. Исследование конструкции измерительного преобразователя
- 1. 7. 1. Оценка статической характеристики измерительного преобразователя
- 1. 7. 2. Оценка влияния изменения линейных размеров резонатора и мембраны
- 1. 8. Выбор направления исследования и постановка задачи
- 1. 9. Результаты и
- выводы
- 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ И РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
- 2. 1. Первоначальная математическая модель измерительного преобразователя
- 2. 2. Оценка статической характеристики с учетом технологических допусков
- 2. 3. Оценка основных конструктивных характеристик измерительного преобразователя
- 2. 3. 1. Оценка расстояния между электродами
- 2. 3. 2. Оценка толщины мембраны
- 2. 3. 3. Оценка толщины резонатора
- 2. 4. Математическая модель измерительного преобразователя с учетом технологических допусков
- 2. 5. Математическое моделирование изменения температурного режима работы
- 2. 6. Математическая модель измерительного преобразователя с дополнительной зависимостью от температуры
- 2. 7. Результаты и
- выводы
- 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВУЮЩИХ ФАКТОРОВ И РАЗРАБОТКА СПОСОБА ПОВЫШЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
- 3. 1. Влияние внешних воздействующих факторов
- 3. 1. 1. Воздействие широкополосной случайной вибрации
- 3. 1. 2. Воздействие механического удара
- 3. 1. 3. Воздействие акустического шума
- 3. 2. Описание конструктивных особенностей резонатора
- 3. 3. Разработка способа повышения чувствительности
- 3. 4. Результаты и
- 3. 1. Влияние внешних воздействующих факторов
- выводы
- 4. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ МИНИМИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ В СТАЦИОНАРНОМ ТЕМПЕРАТУРНОМ РЕЖИМЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ. РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ КОМПЕНСАЦИИ АДДИТИВНОЙ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ПОГРЕШНОСТИ
- 4. 1. Обзор существующих методов минимизации температурной погрешности
- 4. 2. Датчик с выходным сигналом в виде девиации амплитуды напряжения
- 4. 3. Преобразователь с частотным выходом и обратной связью по амплитуде колебаний резонатора
- 4. 4. Преобразователь с частотным выходом и обратной связью по фазе колебаний резонатора
- 4. 5. Преобразователь с частотным выходом и обратной связью по амплитуде колебаний резонатора и инвертирующим сумматором в обратной связи
- 4. 6. Результаты и
- выводы
- ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ КОМПЕНСАЦИИ МУЛЬТИПЛИКАТИВНОЙ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ПОГРЕШНОСТИ И ОБЩЕЙ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ПОГРЕШНОСТИ
- 5. 1. Датчик с выходным сигналом в виде девиации амплитуды напряжения
- 5. 2. Преобразователь с частотным выходом и обратной связью по амплитуде колебаний резонатора
- 5. 3. Преобразователь с частотным выходом и обратной связью по фазе колебаний резонатора
- 5. 4. Разработка способа компенсации общей температурной погрешности
- 5. 5. Результаты и
- выводы
Список литературы
- Авиационные приборы и системы: учебное пособие / Г. И. Клюев, Н. Н. Макаров, В. М. Солдаткин- под ред. В. А. Мишина Ульяновск: Ул-ГТУ, 2000.
- Агейкин, Д. И. Датчики контроля и регулирования. Справочное издание / Д. И. Агейкин, Е. Н. Костина, Н. Н. Кузнецова. М.: Машиностроение, 1965.
- Ананьев, И. В. Справочник по расчету собственных колебаний упругих систем / И. В. Ананьев. М.: ОГИЗ, Гостехиздат, 1964.
- Андреева, Л. Е. Упругие элементы приборов / Л. Е. Андреева. М.: Машиностроение. 1981.
- Анизотропия механических свойств металлов / П. Г. Микляев, Я. Б. Фридман. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1986.
- Бабаков, И. М. Теория колебаний / И. М. Бабаков. 2-е изд., перераб. -М.: Наука, 1965.
- Бессерер, К. У. Инженерный справочник по управляемым снарядам / К. У. Бессерер -М.: Воениздат, 1962.
- Бидерман, В. Л. Теория механических колебаний: учебник для ВУЗов / В. Л. Бидерман. М.: Высш. школа, 1980.
- Богданов, Ю. М. Приборы точной механики / Ю. М. Богданов. М.: Машгиз, 1960.
- Боднер, В. А. Приборы первичной информации: Учебник для авиационных вузов / В. А. Боднер. М.: Машиностроение, 1981.
- Браславский, Д. А. Точность измерительных устройств / Д. А. Бра-славский, В. В. Петров. М.: Машиностроение, 1976.
- Ваганов, В. И. Интегральные тензопреобразователи / В. И. Ваганов -М.: Энергоатомиздат, 1983.
- Виглеб, Г. Датчики / Г. Виглеб. пер. с нем. — М.: Мир, 1989.
- Вольмир, А. С. Устойчивость упругих систем / А. С. Вольмир. М.: Физматгиз, 1963.
- Вопилкин, Е. А. Расчет и конструирование механизмов приборов и систем: учебное пособие для ВУЗов / Е. А. Вопилкин. М.: Высш. школа, 1980.
- Выгода, Ю. А. Проектирование измерительных элементов датчиков систем автоматики: учебное пособие / Ю. А. Выгода, Е. П. Осадчий, А. И. Тихонов. Пенза: ППИ, 1977.
- Гаврилов, А. Н. Основы технологии приборостроения: учебник для ВТУЗов / А. Н. Гаврилов. М.: Высш. школа, 1976.
- Глушков, Г. С. Инженерные методы расчетов на прочность и жесткость / Г. С. Глушков. 2-е изд., перераб. и дополн. — М.: Машгиз, 1962.
- Гольденблат, И. И. Нелинейные проблемы теории упругости / И. И. Гольденблат. -М.: Наука, 1969.
- Готра, 3. Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник / 3. Ю. Готра. М.: Радио и связь, 1991.
- Гридчин, В. А. Проектирование кремниевых интегральных тензо-преобразователей с квадратными упругими элементами / В. А. Гридчин // Полупроводниковые тензорезисторы: Сб. научн. работ НЭТИ. Новосибирск, 1985.
- Гридчин, В. А. Расчет механических напряжений в прямоугольном упругом элементе интегрального преобразователя / В. А. Гридчин // Полупроводниковая тензометрия: Сб. научн. работ НЭТИ. Новосибирск, 1986.
- Гутников, В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах / В. С. Гутников. 2-е изд. перераб. и доп.- JL: Энергоатомиздат, 1988.
- Датчики теплофизических и механических параметров: Справочник в трех томах. Т. 1 (кн.1) / под общ. ред. Ю. Н. Коптева- под ред. Е. Е. Ба-гдатьева, А. В. Гориша, Я. В. Малкова. М.: ИПРЖР, 1998.
- Добровольский, В.А. и др. Детали машин / В. А. Добровольский -М.: Машиностроение, 1972.
- Жуковский, В. С. Основы теории теплопередачи / В. С. Жуковский. -Д.: Энергия, 1969.
- Исаченко, В. П. Теплопередача / В. П. Исаченко, В. А. Осипова, А. С. Сукомел. М.: Энергоиздат, 1981.
- Карслоу, Г. Теплопроводность твердых тел / Г. Карслоу, Д. Егер. -М.: Наука, 1964.
- Клокова, Н. П. Тензорезисторы: Теория, методики расчета, разработки / Н. П. Клокова. М.: Машиностроение, 1990.
- Концевой, Ю. А. Пластичность и прочность полупроводниковых материалов и структур / Ю. А. Концевой, Ю. М. Литвинов. М.: Радио и связь, 1982.
- Литвин, Ф. Л. Проектирование механизмов и деталей приборов / Ф. Л. Литвин. Л.: Машиностроение, 1973.
- Малков, В. П. Оптимизация упругих систем / В. П. Малков, А. Г. Угодчиков. М.: Наука, 1969.
- Марков, Н. Н. Погрешности от температурных деформаций при линейных измерениях / Н. Н. Марков, П. А. Сацердотов. М.: Машиностроение, 1976.
- Мельников, В. Е. Информационная специфика и методы обработки сигналов частотных датчиков / В. Е. Мельников, В. Д. Вавилов. М.: МАИ, 1980.
- Милохин, П. Т. Частотные датчики систем автоконтроля и управления / П. Т. Милохин. М.: Энергия, 1968.
- Михеев, М. А. Краткий курс теплопередачи / М. А. Михеев, И. М. Михеева. -М.: Госэнергоиздат, 1969.
- Михлин, С. Г. Некоторые вопросы теории погрешностей / С. Г. Мих-лин. Л.: Издательство Ленинградского университета, 1988.
- Нащекин, В.В. Техническая термодинамика и теплопередача / В. В. Нащекин. М.: Высшая школа, 1969.
- Никаноров, С. Н., Упругие свойства кремния / С. Н. Никаноров, Ю. А. Буренков, А. В. Степанов // ФТТ. 1971. — Т. 13. — В. 10.
- Новиков, Н. Н. Структура и структурночувствительные свойства реальных кристаллов / Н. Н. Новиков. К.: Виша школа, 1983.
- Новицкий, П. В. Основы информационной теории измерительных устройств / П. В. Новицкий. Л.: Энергия, 1968.
- Новицкий, П. В. Оценка результатов измерения / П. В. Новицкий, И. А. Зограф. JL: Энергоатомиздат, 1985.
- Нуберт, Г. П. Измерительные преобразователи неэлектрических величин / Г. П. Нуберт. JL: Энергия, 1970.
- Осадчий, Е. П. Погрешности датчиков: Учебное пособие / Е. П. Осадчий, В. И. Карпов, Н. В. Мясникова. Пенза: ПГТУ, 1993.
- Осадчий, Е. П. Проектирование средств автоматики и телемеханики: учебное пособие / Е. П. Осадчий, А. И. Тихонов. Пенза: ППИ, 1987.
- Осипович, А. А. Датчики физических величин / А. А. Осипович. -М.: Машиностроение, 1979.
- Основы метрологии и теории точности измерительных устройств / В. П. Короткое, Б. А. Тайц. -М.: Издательство стандартов, 1978.
- Пановко, Я. Г. Устойчивость и колебания упругих систем: современные концепции, парадоксы и ошибки / Я. Г. Пановко, И. И. Губанова. М.: Наука, 1967.
- Полякова, A. JI. Деформация полупроводников и полупроводниковых приборов / A. JI. Полякова. М.: Энергия, 1979.
- Проектирование датчиков для измерения механических величин / под редакцией Осадчего Е. П. М.: Машиностроение, 1979.
- Прочность, устойчивость, колебания. Справочник в трех томах / под редакцией д-ра техн. наук И. А. Биргера и чл.-корр. АН Латвийской ССР Я. Г. Пановко. М.: Машиностроение, 1968.
- Рабинович, С. Г. Погрешности измерений / С. Г. Рабинович. Л.: Энергия, 1978.
- Разработка малогабаритного прецизионного частотного датчика давления с монокристаллическим кремниевым тензометром струнного типа // отчет по НИР гос. № 1 880 049 111, Львов, 1990.
- Светлицкий, В. А. Случайные колебания механических систем / В. А. Светлицкий. М.: Машиностроение, 1976.
- Случайные колебания / перевод с английского под редакцией
- A. А. Первозванского. М.: Мир, 1967.
- Структура и свойства материалов и сплавов / Л. В. Тихонов,
- B. А. Кононенко, Г. И. Прокопенко, В. А. Рафаловский. Киев: Наукова Думка, 1985.
- Структура и свойства металлов и сплавов: Справочник / Л. Н. Лари-ков, Ю. Ф. Юрченко. Киев: Наукова думка, 1985.
- Тамм, И. Е. Основы теории электричества / И. Е. Тамм. М.: Наука, 1976.
- Тензометрия в машиностроении. Справочное пособие / под ред. канд. техн. наук Р. А. Макарова. М.: Машиностроение, 1975.
- Тихоненков, В. А. Проектирование и технология производства ме-таллопленочных датчиков механических величин в примерах и задачах: учебное пособие для ВУЗов / В. А. Тихоненков, В. А. Мишин. Ульяновск: УлГТУ, 2004.
- Тихоненков, В. А. Температурные погрешности датчиков механических величин при воздействии нестационарных тепловых полей: учебное пособие / В. А. Тихоненков. Ульяновск: УлГТУ, 1998.
- Тихоненков, В. А. Температурные погрешности тензорезисторных датчиков и методы их компенсации: учебное пособие / В. А. Тихоненков, А. И. Тихонов. Ульяновск: УлГТУ, 1996.
- Тихоненков, В. А. Теория, расчет и конструирование датчиков механических величин: учебное пособие для ВУЗов / В. А. Тихоненков, А. И. Тихонов. Ульяновск: УлГТУ, 2000.
- Тихоненков, В. А. Технология производства металлопленочных датчиков механических величин: учебное пособие для ВУЗов / В. А. Тихоненков, В. А. Мишин, А. И. Тихонов. Ульяновск: УлГТУ, 2003.
- Тихонов, А. И. Упругие элементы датчиков механических величин: учебное пособие / А. И. Тихонов, В. А. Тихоненков, Е. А. Мокров. Ульяновск: УлГТУ, 1998.
- Феликсон, Е. И. Упругие элементы приборов / Е. И. Феликсон. М.: Машиностроение, 1977.
- Филин, JI. П. Прикладная механика твердого деформируемого тела. Т.1. / Л. П. Филин. -М.: Наука, 1975.
- Фридман, Я. Б. Механические свойства металлов. В 2 частях / Я. Б. Фридман. -М.: Машиностроение, 1974.
- Фролов, Г. П. Точность изготовления упругих элементов / Г. П. Фролов. М.: Машиностроение, 1966.
- Хайкин, С. Э. Физические основы механики / С. Э. Хайкин. М.: Физматгиз, 1962.
- Шаскольская, М. П. Кристаллография: учебное пособие для ВТУЗов / М. П. Шаскольская. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 1984.
- Электрические измерения неэлектрических величин / под редакцией П. В. Новицкого. Л.: Энергия, 1975.
- Электрические измерения: учебник для ВУЗов / Л. И. Байда, Н. С. Добротворский, Е. М. Душин и др.- под ред. А. В. Фремке и Е. М. Ду-шина. 5-е изд., перераб. и доп. — Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980.
- Ярышев, Н. А. Теоретические основы измерения нестационарной температуры / Н. А. Ярышев. 2-е изд., перераб. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990.
- Сорокин, М. Ю. Моделирование частотного датчика давления / М. Ю. Сорокин // Континуальные алгебраические логики, исчисления и ней-роинформатика в науке, технике и экономике: труды международной конференции. Т. 3 / Ульяновск: УлГТУ, 2003. С. 139 — 141.
- Сорокин, М. Ю. Исследование конструкции монокристаллического упругого элемента частотного датчика давления / М. Ю. Сорокин, В. А. Тихоненков // Научно-технический калейдоскоп. 2004. — № 2. — С. 67 -75.
- Сорокин, М. Ю. Оценка температурной погрешности измерительного преобразователя / М. Ю. Сорокин // Актуальные вопросы промышленности и прикладных наук: сборник статей заочной научно-технической конференции / Ульяновск: УлГТУ, 2004. С. 223 — 226.
- Сорокин, М. Ю. Исследование влияния температуры на измерительный преобразователь / М. Ю. Сорокин, В. А. Тихоненков // Вестник УлГТУ. 2005.-№ 1.-С. 47−49.
- Тихоненков, В. А. Способ компенсации мультипликативной температурной погрешности датчика с вибрирующим элементом / В. А. Тихоненков, М. Ю. Сорокин // Вестник УлГТУ. 2006. № 2. — С. 43−45.
- Преобразователь с вибрирующей пластинкой: пат. 2 276 339 Рос. Федерация, МПК G01L 9/00/ Сорокин М. Ю., Тихоненков В.А.- заявитель и патентообладатель Ульян, госуд. тех. унив. № 2 004 131 407/28- заявл. 27.10.2004- опубл. 10.05.2006, Бюл. № 13. — 10 с: ил.