Радіовимірювальний сенсор тиску з частотним виходом

Abstract

У магістерській кваліфікаційній роботі було проведено аналіз сучасного рівня розробок радіовимірювальних сенсорів тиску з частотним виходом, що дозволив визначити можливі шляхи поліпшення їх параметрів та характеристик. Аналіз публікацій, присвячених теоретичним і експериментальним дослідженням деформаційних ефектів в MEMS структурах і конструкціям сенсорів тиску на їх основі показує, що розробка радіовимірювальних сенсорів тиску з частотним виходом є перспективним напрямком у розвитку апаратних засобів вимірювання тиску для сучасних мікропроцесорних систем контролю і управління. Резонансні MEMS сенсори тиску представляють високі метрологічні показники поряд з тенденцією до мінітюаризації, поліпшенням вартісних характеристик, можливістю їх інтелектуалізації на основі конструктивної та технологічної сумісності з цифровими пристроями обробки вимірюваної інформації. Отримано аналітичні вирази, які використовуються для визначення рівняння чутливості та функції перетворення радіовимірювальних сенсорів тиску з частотним виходом на ос-нові біполярних чутливих до тиску транзисторних напівпровідникових струк-тур з від’ємним диференційним опором. Розроблені радіовимірювальні сенсори тиску з частотним виходом на основі чутливих до тиску біполярних транзи-сторних напівпровідникових структур з ємнісним характером реактивної скла-дової імпедансу структури. Експериментальні дослідження проведені в роботі показали, що чутливість розроблених радіовимірювальних сенсорів тиску з ча-стотним виходом на основі біполярних чутливих до тиску транзисторних структури з від’ємним диференційним опором складає 3,0 до 5,5 кГц/кПа в діапазоні тиску 1*105 Па – 12*105 Па. Проведено метрологічне оцінювання по-хибок вимірювання радіовимірювальних сенсорів тиску з частотним виходом. Повна похибка радіовимірювального сенсора тиску з частотним вихідним сиг-налом дорівнює . В економічній частині при проектуванні виробу були проведені розраху-нки витрат на науково-дослідну та дослідно-конструкторську роботу, які скла-ли 129066,29 грн. та визначена виробнича собівартість одиниці нового техніч-ного рішення, яка склала 2885,73 грн., визначений чистий прибуток (161390,34 грн.), який може отримати виробник протягом одного року від реалізації 500 шт. даної розробки. В розділу охорони праці і безпеки в надзвичайних ситуаціях було розг-лянуто такі питання, як технічні рішення з гігієни праці та виробничої санітарії, визначення товщини суцільного екрану для захисту від ЕМВ, технічні рішення з промислової та пожежної безпеки.

In the master's qualification work, an analysis of the current level of develop-ment of radio pressure sensors with frequency output was conducted, which allowed to identify possible ways to improve their parameters and characteristics. Analysis of publications on theoretical and experimental studies of defor-mation effects in MEMS structures and designs of pressure sensors based on them shows that the development of radio pressure sensors with frequency output is a promising direction in the development of pressure measuring hardware for modern microprocessor control and management systems. Resonant MEMS pressure sensors represent high metrological indicators along with the tendency to miniaturization, improvement of cost characteristics, possibility of their intellectualization on the ba-sis of constructive and technological compatibility with digital devices of processing of the measured information. Analytical expressions are obtained, which are used to determine the sensitivi-ty equation and the conversion function of radio pressure sensors with frequency output based on bipolar pressure-sensitive transistor semiconductor structures with negative differential resistance. Radio-measured pressure sensors with frequency output based on pressure-sensitive bipolar transistor semiconductor structures with the capacitive nature of the reactive component of the structure impedance have been developed. Experimental studies conducted in the work showed that the sensitivity of the developed radio pressure sensors with frequency output based on bipolar pressure-sensitive transis-tor structures with negative differential resistance is 3.0 to 5.5 kHz/kPa in the pres-sure range 1*105 Pa - 12*105 Pa. Metrological estimation of measurement errors of radio measuring pressure sensors with frequency output is carried out. The total er-ror of the radio pressure sensor with the frequency output signal is equal to . In the economic part of the product design were calculated costs for research and development work, which amounted to 129066,29 UAH. and determined the production cost of a unit of a new technical solution, which amounted to 2885.73 UAH., determined the net profit (161390.34 UAH.), which can be obtained by the manufacturer within one year from the sale of 500 pcs. of this development. The section on labor protection and safety in emergency situations addressed such issues as technical solutions for occupational health and industrial sanitation, deter-mination of the thickness of the solid screen for protection against EMR, technical solutions for industrial and fire safety.