Разработка и исследование методов компенсации динамической температурной погрешности интегральных тензопреобразователей - Дипломная работа

бесплатно 0
4.5 229
Основные этапы интеграции отдельных физико-конструктивных элементов преобразователей. Интегральные тензопреобразователи на основе гетероэпитаксиальных структур "кремний на сапфире". Параметры мостовых тензорезисторных преобразователей давления.


Аннотация к работе
1.2 Этапы интеграции отдельных физико-конструктивных элементов преобразователей 1.3 Интегральные тензопреобразователи на основе гетероэпитаксиальных структур «кремний на сапфире» Аппаратные методы компенсации температурной погрешности 2.1 Характеристики и параметры мостовых тензорезисторных преобразователей давления 2.2 Факторы, определяющие температурную зависимость характеристик тензопреобразователейПЧЭ - полупроводниковый чувствительный элемент ТКЛР - температурный коэффициент линейного расширений NS - поверхностная концентрация примесей бора U0 - начальный разбаланс мостовой схемы D(x), ?2 - дисперсия х - истинное значение (входной) величины yg - результат измерения bij - коэффициенты регрессииПрименение методов интегральной электроники при изготовлении таких преобразователей привело к увеличению их надежности, чувствительности, точности, к уменьшению габаритов, массы и повышению стабильности при изменении температуры окружающей среды. Тензопреобразователи (ТП) с ПЧЭ на основе структур КНС обладают всеми достоинствами ТП с интегральными кремниевыми ПЧЭ, а именно: упругий элемент таких преобразователей может быть изготовлен из монокристалла диэлектрика, так что в нем отсутствуют гистерезис и усталостные явления; тензорезисторы монолитно связаны с упругим элементом, что исключает явления гистерезиса и ползучести, характерные для слоев связующего вещества; ПЧЭ изготавливаются методами твердотельной технологии, что обеспечивает высокую воспроизводимость характеристик при массовом производстве. Вместе с тем, ПЧЭ на основе КНС имеют дополнительные преимущества, ибо сапфир прочнее и жестче кремния и в принципе позволяет работать с большим уровнем деформаций; сапфир обладает отличными упругими и изолирующими свойствами вплоть до температур порядка 1000° С, что делает ПЧЭ на основе КНС работоспособными при высоких температурах (до начала пластических деформаций в кремнии, т. е. приблизительно до 700° С); сапфир химически и радиационно исключительно стоек, поэтому интегральные схемы на основе КНС могут работать в условиях высокой радиации [4]; наконец, в ПЧЭ на основе КНС отсутствует p-n-переход, в отличии от структуры «кремний на кремнии», а следовательно, существенно упрощается технология их изготовления и увеличивается выход годных изделии. Преобразовательную характеристику на рисунке 2.2, представляющую собой зависимость выходного напряжения мостовой схемы Uвых от приложенного к мембране избыточного давления q, для двух значений температуры Т0 и Т1 определяют следующие параметры: 1) начальный разбаланс U0 - выходное напряжение тензорезисторной схемы при нулевом давлении (q=0) и температуре Т0. Этот параметр обусловлен наличием температурной зависимости тензочувствительности полупроводниковых TP и определяется в основном степенью легирования примесями, а также зависимостью упругих постоянных от температуры.В данной работе решалась задача устранения динамической температурной погрешности при воздействии на чувствительный элемент датчика тепловых ударов. Инструментами регрессионного анализа с помощью метода наименьших квадратов найдена математическая модель интегрального тензопреобразователя давления, учитывающая скорость изменения температуры чувствительного элемента, с помощью которой появилась возможность устранить динамическое влияние температуры.2 Тензодатчик давления, выполненный по технологии КНС. 3 Методы компенсации температурных погрешностей. 4 Поведение канала давления при тепловых ударах. 6 Структура измерительных каналов интегральных тензопреобразователей при коррекции динамического влияния температуры. 8 Коэффициенты регрессии, рассчитанные методом наименьших квадратов.

План
5 Содержание расчетно-пояснительной записки (вопросов, подлежащих разработке)

Основной раздел _____________________________________________

_____________________________________________________________

____________________________________________________________

_____________________________________________________________

______________________________________________________

Специальный раздел__________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

6 Объем и перечень графической части (с указанием обязательных чертежей)

Введение
1. Интегральные первичные преобразователи

1.1 Необходимость в интегральных преобразователях

1.2 Этапы интеграции отдельных физико-конструктивных элементов преобразователей

1.3 Интегральные тензопреобразователи на основе гетероэпитаксиальных структур «кремний на сапфире»

2. Аппаратные методы компенсации температурной погрешности

2.1 Характеристики и параметры мостовых тензорезисторных преобразователей давления

2.2 Факторы, определяющие температурную зависимость характеристик тензопреобразователей

2.3 Схемные методы термокомпенсации дрейфа нуля

2.4 Методы термокомпенсации чувствительности

3. Алгоритмические методы компенсации температурной погрешности

3.1 Общие сведения о методах градуировки

3.2 Метод наименьших квадратов

3.3 Методы конфлюентного анализа

3.4 Робастные методы построения зависимостей

3.5 Быстрые и графические методы построения прямых

4. Компенсация динамической температурной погрешности интегральных тензорезисторных преобразователей давления

Вывод
В данной работе решалась задача устранения динамической температурной погрешности при воздействии на чувствительный элемент датчика тепловых ударов. Инструментами регрессионного анализа с помощью метода наименьших квадратов найдена математическая модель интегрального тензопреобразователя давления, учитывающая скорость изменения температуры чувствительного элемента, с помощью которой появилась возможность устранить динамическое влияние температуры. Предложена методика проведения полного факторного градуировочного эксперимента.

Кроме того более подробно изучен метод обработки результатов наблюдений - регрессионный анализ, причем с упором на практическое применение для аппроксимации табличнозаданных экспериментальных функций многофакторными полиномами регрессии.

Предложенный алгоритм коррекции динамической температурной погрешности может использоваться в цифровых преобразователях давления, подверженных тепловым ударам.

Сделан очередной шаг на пути к повышению точности измерений интеллектуальных датчиков давления. Достоинством нововведения является то, что оно не требует внесения конструктивных изменений в выпускаемые датчики давления, а позволяет обойтись лишь обновлением управляющей программы вычислительного микроконтроллера.

Список литературы
1 Исакович, Р.Я. Технологические измерения и приборы. Изд. 2-е, переработанное / Р.Я. Исакович. - М.: Недра, 1979. - 344 с.

2 Ваганов, В.И. Интегральные тензопреобразователи / В.И. Ваганов. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 137 с.

3 Папков, В.С. Эпитаксиальные кремниевые слои на диэлектрических подложках и приборы на их основе / В.С. Папков, М.В. Цыбульников. - М.: Энергия, 1979. - 88 с.

4 Стучебников, В.М. Тензорезисторные преобразователи на основе гетероэпитаксиальных структур «кремний на сапфире» / В.М. Стучебников // Измерения, контроль, автоматизация: Науч.-техн. сборник. - 1982. № 4 (44). - С. 15-26.

5 Ваганов, В.И. Интегральный кремниевый преобразователь давления с подстроечными резисторами на кристалле / В.И. Ваганов, В.В. Беклемишев, Н.И. Гочарова, А.Б. Носкин // Измерительная техника. - 1980. №5. - С. 28-30.

6 Черняев, В.Н. Технология производства интегральных микросхем / В.Н. Черняев. - М.: Энергия, 1977. - 375 с.

7 Мейер, Дж. Ионное легирование полупроводников / Дж. Мейер, Л. Эриксон, Дж. Дэвис / Пер. с англ. под ред. В.Н. Гусева. - М.: Мир, 1973. - 296 с.

8 Степаненко, И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем / И.П. Степаненко. - М.: Энергия, 1977. - 672 с.

9 Ваганов, В.И. Влияние конструктивно-топологических особенностей интегральных тензопреобразователей на перегрев тензорезистров протекающим током / В.И. Ваганов, А.Б. Носкин, М.В. Фролова / В кн.: Электронная измерительная техника / Под ред. А.Г. Филиппова. - М.: Атомиздат, 1980. - С. 17-22.

10 Шестаков, А.Л. Алгоритмы выбора и обоснования моделей функций преобразования измерительных преобразователей давления / А.Л. Шестаков, А.П. Лапин, Е.А. Лапина // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. - 2009. №26. - С. 10-12.

11 Шестаков, А.Л. Задача оптимизации функций преобразования измерительных преобразователей / А.Л. Шестаков, А.П. Лапин, Е.А. Лапина // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. - 2010. №2. - С. 4-6.

12 Емец, С.В. Способ градуировки измерительных преобразователей с интегрированным чувствительным элементом / С.В. Емец, И.Н. Полищук // Патент РФ № 2223465. - 2004.

13 Семенов, Л.А. Методы построения градуировочных характеристик средств измерений / Л.А. Семенов, Т.Н. Сирая. - М.: Изд-во стандартов, 1986. - 128 с.

14 Шашков, В.Б. Прикладной регрессионный анализ. Многофакторная регрессия: Учебное пособие / В.Б. Шашков. - Оренбург: ГОУ ВПО ОГУ, 2003. - 363 с.

15 Бородюк, В.П. Статические методы в инженерных исследованиях / В.П. Бородюк, А.П. Вощинин, А.З. Иванов и др. - М.: Высшая школа, 1983. - 216 с.

16 Гутер, Р.С. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта / Р.С. Гутер, Б.В. Овчинский. - М.: Наука, 1970. - 432 с.

17 Демиденко, Е.З. Линейная и нелинейная регрессия / Е.З. Демиденко. - М.: Финансы и статистика, 1981. - 304 с.

18 Смоляк, С.А. Устойчивые методы оценивания / С.А. Смоляк, Б.П. Титаренко. - М.: Статистика, 1981. - 208 с.

19 Кенуй, М.Г. Быстрые статические вычисления / М.Г. Кенуй. - М.: Статистика, 1979. - 70 с.

20 Емец, С.В. Способ коррекции статических характеристик измерительных преобразователей / С.В. Емец // Патент РФ № 2130194. - 1999.

21 Рогонов, А.А. Экспериментальное исследование температурных полей датчика давления ВТ 212 с помощью программного комплекса «Термоудар» / А.А. Рогонов, Д.В. Тихомиров // Международная научно-техническая конференция «Методы и средства измерения в системах контроля и управления» - Пенза, 2002. - С. 106-108.

22 ГОСТ 8291-83. Манометры избыточного давления грузопоршневые. Общие технические условия. - Введ. 01.01.1984. - М.: Госстандарт, 1998. - 14 с. - (Гос. Стандарты РФ).
Заказать написание новой работы



Дисциплины научных работ



Хотите, перезвоним вам?