Разработка измерителя влажности - Дипломная работа

Сегодня роль и значение приборов для контроля влажности в различных процессах общеизвестны: практически нет отрасли народного хозяйства, раздела науки и техники, где бы ни требовалось контролировать влажность газовых сред. Но при всех этих потребностях состояние на рынке приборов для контроля влажности не оставляет уверенности в удовлетворительном положении. Здесь и возникает необходимость в автоматизации процессов измерения влажности газовых сред, обработки результатов с использованием ЭВМ или специальных устройств управления технологическими процессами.В ходе выполнения дипломной работы необходимо разработать методику измерения влажности газовых сред, схему, конструкцию и технологию изготовления модуля измерителя на основе ГИС. Необходимо решить следующие задачи: разобрать понятие "влажность"; разобрать методику испытаний измерителя; Физическая сущность понятия "влажность газов" становится понятной, если обратить внимание, что измерения, связанные с присутствием влаги в газовой среде, фактически делятся на два вида: Первый - влагосодержание: оценка состава влажного газа как газовой смеси, где определяемым компонентом является вода; Выделение двух названных видов измерений связанно, прежде всего, с тем, что влага в газовой среде может рассматриваться как газ и как пар.Масс-чувствительные резонаторы выполняются из тонких пластин или линз кварца температурно-независимого АТ-среза. В резонаторах возбуждаются колебания сдвига по толщине. Например, при отработке технологии процессов напыления в установке заподлицо с поверхностью, на которую производится напыление, помещается пьезорезонатор-толщинометр, позволяющий непрерывно контролировать процесс по изменению частоты пьезорезонатора в зависимости от толщины напыленной на него пленки. В гигрометрах и газоанализаторах пьезорезонаторы покрываются специальными сорбционными покрытиями, удерживающими исследуемое вещество. После измерения резонатор может быть "высушен", т.е. происходит десорбция вещества.Этими данными являются изменения собственной частоты колебаний кварцевой пластины в зависимости от массы воды адсорбируемой на ее поверхности, которая, в свою очередь, и определяет уровень влажности в той среде, где находится кварц. Чтобы учесть это изменение, можно использовать кварцевую пластину в качестве задающего элемента в кварцевом генераторе. Это позволяет привести изменение собственной частоты колебаний пластины к изменению частоты колебаний генератора. Далее необходимо проанализировать изменение частоты генератора, т.е. необходимо подсчитать разность между частотой колебаний кварцевого генератора в сухой и во влажной среде. Так как частота пропорциональна количеству импульсов за определенное время, то при изменении частоты кварцевого генератора и подсчете определенного количества импульсов, получаем разное время их счета.В соответствии со структурной схемой, представленной выше, была разработана следующая функциональная схема устройства (рис. В его состав входят: кварцевый генератор, выполненный на логических элементах; микропроцессор, предназначенный для подсчета времени накопленных в делителе импульсов, его управления, обработки и выводе данных. Основной частью разрабатываемого устройства является кварцевый генератор, принципиальная схема которого приведена на рис. Основная задача генератора - преобразование собственной частоты колебаний кварца в частоту колебаний генератора, так что при изменении собственной частоты колебаний кварцевой пластины в зависимости от уровня влажности меняется и частота генератора.В качестве первичного датчика был использован кварц промышленного изготовления типа РК17С - 4 МГЦ, температурно-независимого АТ - среза, в котором используются колебания сдвига по толщине и колебания изгиба, так как для этих видов колебаний удается решить проблему развязки между колеблющейся частью резонатора и конструктивными элементами. На пьезокварцевую пластину, в качестве влагочувствительного слоя, была нанесена методом термовакуумного напыления тонкая пленка моноокиси кремния SIO. При нанесении влагочувствительного слоя уход частоты резонатора составил в среднем 2,8 КГЦ, вследствие чего, собственная частота резонатора стала равной 3987,200 КГЦ. Испытания измерителя влажности проводились в специально изготовленной камере влаги. Различные значения влажности внутри камеры задавались с помощью насыщенных растворов различных солей по таблице 3.1: Таблица 3.1 Зависимость уровня влажности от типов насыщенных растворов солей при различных температурахДля приведенной электрической схемы устройства необходимо разработать топологию и конструкцию отдельного функционального узла в виде гибридной интегральной микросхемы. Электрическая принципиальная схема содержит резисторы, конденсаторы и корпусные микросхемы. Резисторы и конденсаторы выполняются в виде пленочных элементов, а активные элементы - микросхемы - является компонентами.Для обеспечения заданных электрических параметров микросхем материал подложки должен обладать: высок

СОДЕРЖАНИЕ

1. Вводный раздел

1.1 Введение

1.2 Анализ технического задания

1.3 Анализ понятия "влажность" и выбор метода для ее измерения

1.4 Масс-чувствительные пьезорезонансные датчики

2. Схемотехнический раздел

2.1 Разработка структурной схемы

2.2 Разработка функциональной схемы

2.3 Разработка принципиальной электрической схемы

3. Исследовательско-экспериментальный раздел

4. Технологический раздел

4.1 Анализ

4.2 Обоснование выбора материалов

4.3 Формирование тонких пленок методом термовакуумного напыления

4.4 Методы формирования тонкопленочных структур

4.5 Разработка технологического процесса изготовления ГИС

4.6 Испытания

5. Расчетно-конструкторский раздел

5.1 Методика расчета конструкции тонкопленочных элементов

5.2 Числовой расчет пленочных элементов

5.3 Конструктивные меры защиты ГИС от воздействия дестабилизирующих факторов

5.4 Обеспечение надежности ГИС

6. Организационно - экономический раздел

7. Охрана труда

8. Заключение

Список литературы

1. ВВОДНЫЙ РАЗДЕЛ

Сегодня роль и значение приборов для контроля влажности в различных процессах общеизвестны: практически нет отрасли народного хозяйства, раздела науки и техники, где бы ни требовалось контролировать влажность газовых сред.

Но при всех этих потребностях состояние на рынке приборов для контроля влажности не оставляет уверенности в удовлетворительном положении. Многие датчики и приборы, которые используются потребителями, далеко не удовлетворяют потребностям современного уровня развития техники, другие являются неудобными, громоздкими или дорогостоящими.

На данном этапе во всем мире в целом и в нашей стране, в частности, усиливается тенденция к широкому внедрению автоматизации и компьютеризации в различные сферы человеческой деятельности. Ведущее место в этом занимают современные технологические процессы производства. Здесь и возникает необходимость в автоматизации процессов измерения влажности газовых сред, обработки результатов с использованием ЭВМ или специальных устройств управления технологическими процессами.

Автоматизированный контроль за уровнем влажности может во многом определять качество будущего изделия. Например, существует статистика, что качество технологического процесса и работоспособность интегральных микросхем и микросборок в сильной степени зависит от уровня влажности внутри корпуса, которая попадает туда в результате плохой герметизации или выделяется из составляющих микросхему материалов. Миниатюрный датчик же позволит организовать контроль уровня влажности внутри корпуса микросхемы, что дает возможность с довольно высокой вероятностью определить остаточное время работы микросхемы, вовремя предупредить ее отказ или выявить брак.

Смело, можно сказать, что автоматические малогабаритные датчики и приборы для контроля влажности в газовых средах являются очень важной ступенью в развитии и автоматизации производства, повышают его качество и производительность.

Целью данной работы является создание именно такого автоматического малогабаритного измерителя для контроля уровня влажности технологических сред.