ОМСТ_ЛР3_фотолитография

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра микро- и наноэлектроники

отчет по лабораторной работе № 3 по дисциплине «Основы микросистемной техники» Тема: Исследование конструкции и топологии термоанемометра

Студенты гр. 1283 ____________________ ____________________ ____________________ ____________________ Григорьева В.В. Бабенко Д.П. Зарипов Д.Д. Ганиев Ж. Преподаватель __________________________ Корляков В.А.

Санкт-Петербург 2024

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ТОПОЛОГИИ ТЕРМОАНЕМОМЕТРА

ЦЕЛЬ: изучение конструкции и топологии и характеристики чувствительного элемента термоанемометра.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕРМОАНЕМОМЕТРА

Термоанемометр — это прибор для измерения скорости и температуры воздушного потока.

Принцип работы термоанемометра основан на измерении температурного сопротивления нагретого терморезистора, охлаждаемого воздушным потоком.

В основу работы прибора положена зависимость скорости потока относительно теплоотдачи чувствительного элемента, устанавливаемого в поток и подвергающегося нагреванию электрическим током. Термоанемометры имеют небольшую инерционность, очень высокую чувствительность, надёжность и компактность.

Главной частью термоанемометра является измерительный мост, в который включён чувствительный элемент. При его нагревании получаемое количество тепла находится в зависимости от физических свойств движущейся среды, геометрической составляющей и ориентации чувствительного элемента. Чувствительность термоанемометра увеличивается при повышении температуры чувствительного элемента.

Для определения температуры нагревательного элемента используются термодатчики (например, термисторы или термопары). Когда скорость потока меняется, изменяется и температура нагревателя.

Сигнал от термодатчика обрабатывается и преобразуется в значение скорости потока с использованием заранее заданных калибровочных данных. Обычно это осуществляется с помощью встроенного микроконтроллера или компьютера.

КОНСТРУКЦИЯ МЕМБРАННОГО ЭЛЕМЕНТА ДАТЧИКА РАСПОЛОЖЕНИЕ ТЕРМОРЕЗИСТОРОВ НА МЕМБРАНЕ

На рисунке 1 цифрами указано расположение терморезисторов.

R1

R2

Рисунок 1 – Расположение терморезисторов на кристалле

Оба резистора R₁ и R₂ находятся на мембране в центре и в большей степени взаимодействуют с воздухом.

На рисунке 2 показано расположение резисторов относительно основания кристалла.

Рисунок 2 – Расположение резисторов относительно основания

ТОПОЛОГИЯ КРИСТАЛЛА. СХЕМА СОЕДИНЕНИЯ РЕЗИСТОРОВ.

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ТОПОЛОГИИ

На рисунке 4 цифрами 1 – 4 отмечены резисторы, буквами А – Г обозначены контактные площадки.

З

Ж

Контактные площадки – элементы печатного рисунка платы или другого коммутационного основания, предназначенного для дальнейшего выполнения паяного соединения или иного соединения.

5

Д

Е

Б

В

1

4

2

3

А

Г

Рисунок 3 – Топология кристалла и обозначение элементов

Элементы топологии (буквами А–З обозначены контактные площадки):

1. 1,2 – Измеряющие терморезисторы

2. 3,4 – Меандры

3. 5 – Мембрана

Резисторы R₁ и R₂ находится в центре и соединяются одной общей контактной площадкой и двумя собственными. R₁ и R₂ симметричны в металлизации. Длина металлизации R₁ равна длине металлизации R₂. Вся схема симметричная.

ОСНОВНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА ДАТЧИКА

Схема чувствительного элемента датчика изображена на рисунке 4.

Рисунок 4 – электрическая схема термоанемометра

ВЫВОД:

Так как датчик планарный, он может обеспечить более точные измерения в узких каналах.

Миниатюрные термоанемометры могут использоваться в сложных условиях и труднодоступных местах. Наш таковым и является, что будет конечно преимуществом в сравнении с более крупными аналогами.

Резисторы, которые и отвечают за взаимодействие датчика с воздухом, находятся прямо на мембране, без смещений, которые могли возникнуть при нанесении топологии, что также является хорошим показателем работы термоанемометра.

Принцип прямого нагрева способствует быстрому изменению температуры элемента при изменении потока, что приводит к высокой скорости отклика датчика. Однако это также требует хорошей теплоизоляции от окружающей среды, чтобы избежать искажений измерений. В нашем случае, очевидно, изоляции никакой нет, ведь датчик в нерабочем состоянии.

Разработка систем компенсации температуры и влияния окружающей среды позволяет повысить точность измерений. Форма меандра обеспечивает большую поверхность для передачи тепла в воздух. Это позволяет улучшить теплопередачу от термоэлемента к окружающему воздуху и, соответственно, повышает реактивность датчика на изменения скорости потока воздуха.