Моделювання багатофункціанального терморезистивного перетворювача, що використовує технологію теплообміну

Autor: Osinov, Sergey M., Zavorotnyi, Viktor Fedorovich, Lupyna, Boris Ivanovych, Borisov, Olexandr Vasylovych
Přispěvatelé: 0117U005112 'Dynamic processes in integral devices of the information electronics'
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Microsystems, Electronics and Acoustics; Том 24, № 2 (2019); 33-41
Микросистемы, Электроника и Акустика; Том 24, № 2 (2019); 33-41
Мікросистеми, Електроніка та Акустика; Том 24, № 2 (2019); 33-41
ISSN: 2523-4447
2523-4455
Popis: The physical and technical characteristics, structural and topological aspects of the micromechanical thermo-resistor active heating transdusers synthesis for fluid (gas and liquid) parameters determination are considered. All transducers are based on a single MEMS (Micro Electro Mechanical System) structure and differ in functionality due to different operating modes and different principles for determining fluid parameters. It allows the development of multifunctional sensors based on a single hardware, which includes a typical MEMS structure and mass production microprocessor, for example, PSoC (Programmable System On Chip). The transducers mathematical models acceptable for the COMSOL simulation library and designing of information electronics devices with the registration of various physical parameters are proposed. The analytical calculations on the basis of the proposed models for a gas flow sensor of the temperature dependence from the fluid flow velocity in the MEMS structure was performed. The proposed models can be used for the operation analytical description and computing of devices based on the use of thermoelectric processes in micro-scale structures.Ref. 29, fig. 3.
В работе рассмотрена систематизация электронных, тепловых и гидродинамических физических моделей, характерных для процессов в структурах первичных преобразователей, изготовленных по технологии кремниевой микроелектромеханикы. Рассмотрены физико-технические характеристики, структурные и топологические аспекты синтеза микромеханических терморезисторов активного нагрева для определения параметров среды (газа и жидкости). Предложена математическая модель, которая является основой для синтеза библиотеки элементов системы САПР и проектирования устройств информационной электроники для регистрации различных физических параметров. Проведен аналитический расчет температурной зависимости от скорости потока жидкости в структуре МЭМС на основе предложенной модели для датчика газового потока. Предложенные модели могут быть использованы в открытых системах САПР типа COMSOL для расчета и описания работы устройств на основе использования термоэлектрических процессов в малогабаритных конструкциях.Библ. 29, рис. 3.
У роботі проведено аналіз електронних, теплових і гідродинамічних фізичних процесів, характерних для структур первинних перетворювачів, виготовлених за технологією кремнієвої мікроелектромеханіки. Розглянуто фізико-технічні характеристики, структурні та топологічні аспекти функціонування мікромеханічних терморезисторних теплоізольованих структур активного нагрівання, які можуть бути основою для синтезу бібліотеки елементів первинних перетворювачів в системах автоматизованого проектування пристроїв інформаційної електроніки. Особливістю уніфікованої теплоізольованої структури є її багатофункціональність, що надає можливість на базі єдиного модельного підходу до функціонування терморезисторного первинного перетворювача активного нагрівання розробити низку сенсорів фізичних величин: абсолютного та диференційного тиску газового середовища, лінійної швидкості та масових витрат флюїду, потужності електромагнітного випромінювання тощо. Всі перетворювачі засновані на єдиній структурі MEMS (Micro Electro Mechanical System) і відрізняються за функціональністю за рахунок різних режимів роботи і різних принципів визначення параметрів рідини. Це дозволяє розробляти багатофункціональні датчики на основі єдиного обладнання, що включає в себе типову структуру МЕМС і мікропроцесор масового виробництва, наприклад, PSoC (Programmable System On Chip). В роботі розвинено запропоновану авторами в попередніх роботах математичну модель поверхневого терморезисторного первинного перетворювача лінійної швидкості потоку на діелектричній мембрані, вмонтованого в стінку потокоформуючого каналу прямокутного поперечного перерізу. Проведено поглиблений аналіз теплообмінних процесів між елементами теплоізольованої структури, оточуючим флюїдом і елементами корпусу. В запропонованій моделі реальної структури первинного перетворювача враховано геометричні і теплофізичні параметри мембрани, потокоформуючого каналу, геометрії теплоізолюючої порожнини травлення кремнію. Отримано рівняння, яке описує такі процеси в квазістатичному наближенні, наведено його розв’язок, виконано чисельний розрахунок залежності профілю температури теплоізольованої структури від швидкості потоку рідини в потокоформуючому каналі. Наведений в роботі аналітичний розв’язок надає можливість оптимізації чутливості первинного перетворювача до лінійної швидкості потоку флюїду в каналі та його вимірювального діапазону з врахуванням параметрів геометрії теплоізольованої структури і каналу. Запропонована модель може бути використаною у відкритих системах автоматизованого проектування типу COMSOL для розрахунку конструкції та аналізу фізичних засад функціонування пристроїв на основі теплоізольованих резисторних структур активного нагрівання з використання теплообмінних процесів у конструкціях міліметрових, мікронних та субмікронних розмірів..Бібл. 29, рис.3
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: