Радіовимірювальні прилади на основі частотних параметричних мікроелектронних перетворювачів тиску

Abstract

У дисертаційній роботі викладено результати досліджень, які спрямовані на підвищення точності і чутливості вимірювання тиску шляхом розроблення нового методу та радіовимірювальних приладів. Запропоновано метод вимірювання тиску на основі тензореактивного ефекту в радіовимірювальних частотних параметричних мікроелектронних перетворювачах з тензочутливимми елементами, який відрізня- ється від існуючих використанням залежності повного опору тензочутливих елемен- тів від тиску, що дозволило перетворити тиск у частоту і принципово підвищити чу- тливість і точність вимірювання тисків. Вперше розроблено математичні моделі тензореактивного ефекту в тензочут- ливих напівпровідникових діодах, біполярних ті польових транзисторах, які відріз- няються від існуючих тим, що в них враховано залежності параметрів діодів, біпо- лярних та польових транзисторів від тиску, що лягло в основу розрахунку повного опору тензочутливих елементів від тиску. Створено математичні моделі радіовимірювальних частотних параметричних мікроелектронних перетворювачів тиску, в яких на відміну від існуючих враховано вплив тиску на елементи нелінійних еквівалентних схем приладів на основі транзис- торних структур з від'ємним диференційним опором, що дало можливість отримати функції перетворення і рівняння чутливості. Розроблено радіовимірювальні багатоканальні прилади визначення м'язової пам'яті та фізичної підготовки спортсменів стрільців з лука на основі розроблених радіовимірювальних частотних параметричних мікроелектронних перетворювачів тиску, що дозволило підвищити точність визначення сили натягу плечей лука, роз- поділ навантаження на пальці спортсмена та кількості спроб сили натягу плечей лу- ка, які знаходяться в заданих межах  0,025%. Розроблено радіовимірювальні частотні параметричні мікроелектронні перет- ворювачі тиску на основі біполярно-польової і польової транзисторних структур з пасивними і індуктивними елементами, в яких тензочутливими елементами висту- пали біполярні і польові транзистори, діоди, резистивні та ємнісні елементи, при цьому чутливість перетворювачів складала 0,35 кГц/кПа - 2,85 кГц/кПа в діапазоні тисків від 10 кПа до 200 кПа. Встановлено значення максимальної сумарної похибки вимірювання тиску роз- роблених приладів, яка складає  0,36%.

В диссертационной работе изложены результаты исследований, направлен- ных на повышение чувствительности и точности измерений давления путем созда- ния нового метода и радиоизмерительных приборов. Предложен метод измерения давлений на основе тензореактивного эффекта в радиоизмерительных частотных параметрических микроэлектронных преобразователях с тензочувствительными элементами, который отличается от существующих использованием зависимости полного сопротивления тензочувствительных элементов от давления, что позволило преобразовать давление в частоту и принципиально повысить чувствительность и точность измерения давлений. Впервые разработаны математические модели тензореактивного эффекта в тен- зочувствительных полупроводниковых диодах, биполярных и полевых транзисторах, которые отличаются от существующих тем, что в них учтена зависимость параметров диодов, биполярных и полевых транзисторов от давления, что положено в основу рас- чета полного сопротивления тензочувствительных элементов от давления. Созданы математические модели радиоизмерительных частотных параметри- ческих микроэлектронных преобразователей давления, в которых в отличие от су- ществующих учтено влияние давления на элементы нелинейных эквивалентных схем приборов на основе транзисторных структур с отрицательным дифференци- альным сопротивлением, что позволило получить функции преобразования и урав- нения чувствительности. Разработаны радиоизмерительные многоканальные приборы определения мышечной памяти и физической подготовки спортсменов стрелков из лука, на осно- ве разработанных частотных параметрических микроэлектронных преобразователей давления, что позволило повысить точность определения силы натяжения плечей лука, распределения нагрузки на пальцы спортсмена и количество проб силы натя- жения плечей лука, которые лежат в заданных пределах  0,025%. Разработаны радиоизмерительные частотные параметрические микроэлек- тронные преобразователи давления на основе биполярно-полевой и полевой транзи- сторных структур с пассивными и активными индуктивными элементами, в которых тензочувствительными элементами выступали биполярные и полевые транзисторы, диоды, резистивные и емкостные элементы, при этом чувствительность преобразо- вателей составляла 0,35 кГц/кПа – 2,85 кГц/кПа в диапазоне давлений от 10 кПа до 200 кПа. Определено значение максимальной суммарной ошибки измерения давления разработанных приборов, которое составляет  0,36%.

In the dissertation work results of the researches directed on increasing sensitivity and accuracy of measurements of pressure by creation of a new method and radiomeasuring devices are stated. A method for measuring pressure on the basis of the tensoreactive effect in radiomeasuring frequency parametric microelectronic transducers with tensosensitive elements is proposed. It differs from existing ones by using the dependence of the impedance of the tensosensing elements on the pressure, which make it possible to convert the pressure into a frequency and, in principle, to increase sensitivity and accuracy of the pressure measurement.The radiomeasuring frequency parametric microelectronic pressure transducers based on bipolar field and field transistor structures with passive and active inductive elements were developed, in which bipolar and field transistors, diodes, resistive and capacitive elements were the tensosensitive elements, while the sensitivity of the converters was 0.35 kHz/kPa - 2.85 kHz/kPa in the pressure range from 10 kPa to 200 kPa. The value of the maximum total pressure measurement error of the developed instruments was determined to be  0.36%.