Контрольні запитання до 3 розділу
Як визначається статична функція та статична характеристика перетворення ВП?
Наведіть рівняння і графіки динамічних характеристик основних типових перетворювальних елементів?
Як визначають чутливості лінійного і нелінійного ПВП?
За яких умов роботи ПВП визначають його статичні і динамічні характеристики?
Наведіть можливі види статичних характеристик перетворювання ПВП.
Дайте визначення значень часу початку реагування, часу перехідного процесу, часу установлення вихідного сигналу ПВП.
Як враховувати вплив зовнішніх збурювань на перетворювання ПВП вхідних фізичних величин у динамічному режимі?
Як визначають надійність ПВП фізичних величин: загальну, за раптовими та метрологічними відмовами?
Наведіть загальну характеристику всіх використовуваних нині вихідних сигналів у ПВП фізичних величин. Порівняйте ці сигнали між собою за їхньою завадостійкістю.
У чому полягає узгодження ПВП фізичних величин з ЕОМ і як його забезпечують?
4 Структурні схеми та чутливі елементи пвп фізичних величин
Чутливий перетворювальний елемент ПВП є першим його перетворювальним елементом і є одним із найважливіших його елементів, який визначає вид перетворюваної фізичної величини і значною мірою метрологічні та експлуатаційні характеристики ПВП.
Відповідно до великої кількості фізичних ефектів існує багато різноманітних чутливих елементів, які будуть розглянуті у наступних розділах. У даному розділі будуть наведені основні принципи функціонування чутливих перетворювальних елементів мікро-і оптоелектроних та інтегральних ПВП.
В останні роки інтенсивно розробляються та впроваджуються в практику мікроелектронні газові і рідинні іоноселективні чутливі перетворювальні елементи та малогабаритні ПВП з використанням напівпровідникових об'ємних та плівкових матеріалів, волоконних і волокно-оптичних елементів, інтегральних принципів конструювання за однокристальною технологією, принципів побудови на їхній основі багатофункціональних ПВП. Такі ПВП мають високі техніко-економічні характеристики такі як, висока чутливість та швидкодія, стабільність та висока надійність під час експлуатації, стійкість до екстремальних умов навколишнього середовища, відносному вартість та інші.
За ступенем інтеграції та конструктивним виконанням інтегральної мікроелектронні ЧЕ бувають:
об'єднаними із вторинними перетворювачами в одному кристалі;
об'єднаними із вторинними перетворювачами, схемами компенсації вплив навколишнього середовища та інших впливових величин, а також із схемами калібрування чутливості;
об'єднаними із названими вище елементами, схемами обробки вимірювальної інформації і керування процесами перетворення значень вхідної фізичної величини.
4.1 Чутливі перетворювальні мікроелектронні елементи резистивних пвп
При конструюванні нових ПВП знайшли широке використання чутливі перетворювальні резистивні мініатюрні елементи, здатні перетворювати різні фізичні величини завдяки використанню в них розглянутих вище тензорезистивного ефекту і поверхневих явищ на межі розподілу речових, хімічних явищ та інших ефектів. Розглянемо декілька прикладів таких елементів.
У мікроелектронних резистивних ПВП вологості використовують чутливі перетворювальні елементи у вигляді полімерних або керамічних підкладок з напиленими на них тонкими плівками волого чутливих речовин, наприклад LiCl – таблетки твердих електролітів, які змінюють свою електропровідність під дією вологи.
Чутливі перетворювальні тензометричні напівпровідникові елементи дифузійного типу на кремнієвій підкладці мають малі розміри, високу чутливість і легко інтегруються із іншими елементами ПВП. На рисунку 4.1 спрощено показана еквівалентна схема чутливого перетворювального елемента тиску.
Рисунок 4.1 – Еквівалентна схема чутливого перетворювального елементу тиску
Травленням за тонко плівковою технологією на поверхні кристалу кремнію з n - провідністю сформована колова діафрагма, на краях якої методом дифузії нанесено плівкові резистори R1 та R2, які мають р-провідність. Під дією тиску на діафрагму опір однієї норм резисторів збільшується, а другої зменшується. Вихідний сигнал чутливого перетворювального елемента формується за допомогою резистивної мостової схеми R1 - R4, до якої входять ці резистори. ПВП з такими чутливими елементами використовують для прямого перетворення тиску і непрямого перетворення (наприклад маси, положення, рівня, витрат газу, рідини та інші).