Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
Посмотреть оригинал

Введение

Совершенствование автоматизированных систем контроля, измерения и управления технологическими процессами является одним из необходимых условий нормального функционирования и перспективного развития промышленности.

Важнейшими звеньями автоматизированных технологических систем (АТС) являются датчики. По мере развития АТС датчики приобретают вес большее значение. Это связано с необходимым ростом номенклатуры датчиков физических величин, расширением областей их применения и усложнением решаемых с их помощью задач [1].

Недооценка роли и значения датчиков (основных источников информации, дающей возможность прогнозирования развития опасных ситуаций, и, следовательно, предотвращения их) для современных энергетических установок и систем, в том числе и ракетно-космических, приводит в лучшем случае к необоснованным материальным затратам и недостижению поставленных целей, как это было в 1960-х гг. с отечественным проектом запуска ракеты на Луну, а в худшем - к катастрофам, произошедшим на Чернобыльской АЭС и с ракетно-космической системой «Space Shuttle»-«Challenger».

С другой стороны, хорошая укомплектованность ракегно-космического носителя «Энергия» с орбитальным кораблем «Буран» средствами измерений (более 3500 различных датчиков для телеизмерений и локальных систем управления) обеспечили достаточно полную отработку программы в наземных условиях, в период предстартовой подготовки и в полетном режиме.

В последнее десятилетие достаточно интенсивно решаются задачи по проектированию и производству датчиков для АТС таких подотраслей пищевой промышленности, как сахарная, мясоперерабатывающая, кондитерская, хлебопекарная и г.и. Кроме того, разрабатываются и выпускаются датчики для медицинской, нефтяной, газовой промышленности, производства химических волокон, для совершенствования систем управления коммунальным хозяйством и, в первую очередь, водо- и теплоснабжения.

Датчики служат источником информации и состоят из чувствительного элемента, схемы обработки полученного сигнала, а также АЦП или светового табло (т. е. индикатора).

Основным элементом этой триады является чувствительный элемент, называемый первичным преобразователем, или сенсором (лат. «чувство») [2].

Примером простейшего датчика может служить обыкновенный ртутный термометр, чувствительным элементом которого является ртуть, расширяющаяся при нагревании; капилляр, в котором происходит расширение ртути - схема преобразования; шкала, к которой он прикреплен - индикатор. Однако показания термометра невозможно автоматически ввести в анализирующую или управляющую машину, т.к. это величина не электрическая.

Для сопряжения с АТС необходимо использовать такие чувствительные элементы, в которых под влиянием внешних воздействий меняется один из электрических параметров.

С другой стороны, требования, предъявляемые к современной РЭА, такие как повышение надежности и помехоустойчивости, снижение цены, габаритов, потребляемой мощности - распространяются и на датчики.

Выполнение этих условий становится возможным при использовании микроэлектронных схемотехники и технологии, поскольку, во-первых, электрофизические свойства полупроводников и полупроводниковых приборов, на которых основана микросхемотехника, сильно зависят от внешних воздействий, во-вторых, микроэлектронная технология основана на групповых методах обработки материалов для изготовления приборов, что снижает их себестоимость, габариты, потребляемую мощность и ведет к повышению надежности и помехоустойчивости.

Кроме того, при использовании полупроводникового сенсора или сенсора, изготовление которого совместимо с технологическим процессом создания интегральных микросхем (ИМС), сам сенсор и схемы обработки полученного сигнала могут быть изготовлены в едином технологическом цикле, на едином полупроводниковом или диэлектрическом кристалле.

Наука, занимающаяся разработкой первичных преобразователей и схем обработки полученных от них сигналов в микроэлектронном исполнении, получила название микроэлектронной сенсорики.

Таким образом, одной из основных задач микроэлектронной сенсорики является изучение влияния на полупроводниковые структуры различных внешних воздействий и выявление принципов создания на основе этих физических эффектов первичных преобразователей различных неэлектрических величин в электрический сигнал.

Данное учебное пособие рекомендуется для изучения в дисциплинах бакалавриата и магистратуры направлений «Электроника и наноэлектроника», «Нанотехнологии и микросистемная техника», «Техносферная безопасность». В результате изучения материалов пособия обучающийся должен: знать

современное состояние научно-технической проблемы и основные принципы (закономерности) функционирования современных сенсоров и твердотельных преобразователей неэлектрических величин;

уметь

  • • анализировать состояние научно-технической проблемы путем подбора, изучения и анализа литературных и патентных источников;
  • • использовать физико-математические закономерности функционирования преобразователей для проектирования их конструкций;
  • • разрабатывать методики проведения исследований и измерений параметров и характеристик изделий нанотехнологии и микросистемной техники, анализировать их результаты;
  • • рассчитывать и проектировать компоненты нано- и микросистемной техники;

владеть

навыками измерений параметров и характеристик разрабатываемых изделий.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы