1 Instytut Metrologii i Automatyki ElektrotechnicznejPodstawy Metrologii M-T 1 Prof. Jan Zakrzewski Instytut Metrologii i Automatyki Elektrotechnicznej Akademicka 10 (Bud. Prof. Fryzego), pok.23 Lit: Zakrzewski J.: Podstawy miernictwa dla kierunku mechanicznego. Wyd. Pol.Śl. Gliwice 2004 Wykłady: 1.10. Modele pomiaru, pojęcia podstawowe 8.10 Systemy pomiarowe, struktury i interfejsy. 15.10 Niepewność pomiaru 22.10 (SPR) Czujniki ciśnień, technologie mikroelektroniczne 29.10 Pomiary strumienia masy i objętości 5.11. Pomiary przemieszczeń i parametrów ruchu (SPR) Pomiary temperatur, dynamika pomiarów

2 Instytut Metrologii i Automatyki ElektrotechnicznejPodstawy Metrologii M-T 1 Prof. Jan Zakrzewski Instytut Metrologii i Automatyki Elektrotechnicznej Akademicka 10 (Bud. Prof. Fryzego), pok.23 Lit: Zakrzewski J.: Podstawy miernictwa dla kierunku mechanicznego. Wyd. Pol.Śl. Gliwice 2004 Wykłady: 1.10. 8.10 Modele pomiaru, pojęcia podstawowe Systemy pomiarowe,. 15.10 Struktury i interfejsy, niepewność pomiaru 22.10 29.10 (SPR) Czujniki ciśnień, technologie mikroelektroniczne 5.11. Pomiary strumienia masy i objętości (SPR) Pomiary przemieszczeń i parametrów ruchu

3 Mierzy się odkształcenie elementu sprężystego ciśnieniomierzaCzujniki do pomiaru ciśnień Metoda pomiaru : Mierzy się odkształcenie elementu sprężystego ciśnieniomierza Mierzy się: a) nadciśnienie b) ciśn. absolutne c) różnicę ciśnień Elementy sprężyste a) membrany, b) puszki, c) mieszki, d) rurki

4 Elementy odkształcalne rurkoweJednorodna Z wewnętrznym trzpieniem Asymetryczna Bourdona

5 Elementy odkształcane -puszkowepojedyncze wielokrotne

6 Elementy odkształcalne mieszkowe

7 Elementy odkształcane - membranycienka gruba falista

8 Indukcyjnościoweczujniki ciśnień

9 Tensometryczny czujnik ciśnienia - z mechanicznym elementem przeniesienia siły

10 Tensometryczny czujnik ciśnień rurowyp

11 Tensometryczne czujniki ciśnień z membranąp

12 Tensometryczny czujnik ciśnieńmembrana:  5 do 30 mm właściwości: od 10 kPa do 50 MPa zakres: 60 do 130 kHz częstotl.własna: 0,3% nieliniowość: 0,3% histereza: 175% przeciążalność: 2 mV/V Efektywność przetwarzania sygnału:

13 Pojemnościowe czujniki ciśnieńZ przewarzaniem na częstotliwość Okł.nieruchoma Okł. ruchoma Obudowa

14 Pojemnościowy różnicowy czujnik ciśnieńMembrany separujące p1 p2 Wypełnienie olejowe C1 C2

15 Pojemnościowe czujniki ciśnieńzakres: 0,2 do 42 MPa Pojemność pomiędzy okładkami : 10 pF Zmiana pojemności: 1 pF parametry: Pojemnościowe różnicowe czujniki ciśnień wypełnienie: olej parametry: od 70 do 350 kPa zakresy: 2,5 V wyjście: 0,1% nieliniowość: histereza: 0,03% powtarzalność:

16

17 MIKROMECHANIKA KRZEMOWA

18 WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE MODUŁ YOUNGA WYTRZYMAŁOŚĆKRZEMU MODUŁ YOUNGA WYTRZYMAŁOŚĆ SZKŁO N/m 10 2 . ALUMINIUM • N/m ,17• 10 N/m 10 2 9 ŻELAZO • N/m ,7•10 N/m 10 2 9 STAL •10 N/m ,1•10 N/m 10 2 9 KRZEM •10 N/m •10 N/m 10 2 9

19 WŁASNOŚCI MECHANICZNEKRZEMU Twardość w skali Mohsa 1. Talk - bardzo miękki minerał, można go łatwo zarysować ludzkim paznokciem 2. Gips - można go zarysować paznokciem aczkolwiek z trudem 3. Kalcyt - można go zarysować monetą 4. Fluoryt - można go łatwo zarysować ostrzem noża 5. Apatyt - można go z trudem zarysować ostrzem stalowym, zaś nim samym można z trudnością zarysować szkło 6. Ortoklaz - można nim łatwo zarysować szkło 7. Kwarc (tlenek krzemu) - można nim łatwo zarysować szkło i stal 8. Topaz - można nim łatwo zarysować kwarc 9. Korund - można nim łatwo zarysować kwarc oraz topaz 10. Diament - najtwardsza substancja spośród występujących w przyrodzie

20 PŁASZCZYZNY KRYSTALOGRAFICZNEx z y (100) x z y x z y (110) (111)

21 WYTWORZENIE MEMBRANY KRZEMOWEJ I etap UTLENIANIE SiO 2 Si

22 Si SiO Fotoresist Maska WYTWORZENIE MEMBRANY KRZEMOWEJII etap FOTOLITOGRAFIA SiO 2 Maska Fotoresist Si

23 Si SiO Fotoresist Maska WYTWORZENIE MEMBRANY KRZEMOWEJIII etap FOTOLITOGRAFIA SiO 2 Maska Fotoresist Si

24 WYTWORZENIE MEMBRANY KRZEMOWEJ IV etap TRAWIENIE KRZEMU Si

25 ANIZOTROPOWE TRAWIENIEKRZEMU 1) SiO 2 (rezyst) 54.7 <111> <100> Si

26 Czujniki piezorezystywne ciśnienia oparte są na pomiarze naprężeń proporcjonalnych do różnicy ciśnień występujących po obu stronach membrany. Naprężenia mierzone są przy pomocy piezorezystorów (rezystorów dyfuzyjnych wykonanych w membranie). Efekt piezorezystywny jest silnie anizotropowy i mocno zależy od orientacji krystalograficznej.

27 WYTWORZENIE STRUKTURYCZUJNIKA FOSFOR warstwa p + Si SiO 2

28 WYTWORZENIE STRUKTURYCZUJNIKA SiO 2 warstwa p + REZYSTOR Si

29 UKŁAD MOSTKOWY REZYSTORÓWSTRUKTURA CZUJNIKA UKŁAD MOSTKOWY REZYSTORÓW REZYSTOR 1 mm

30 UKŁAD MOSTKOWY REZYSTORÓW1 R 3 U Z R 4 R 2

31 CIŚNIENIE NIŻSZE Si CIŚNIENIE WYŻSZE Si PODŁOŻE SZKLANE

32 STRUKTURA TRANZYSTORAZINTEGROWANY CZUJNIK CIŚNIENIA STRUKTURA TRANZYSTORA BIPOLARNEGO STRUKTURA CZUJNIKA K E B Si PODŁOŻE SZKLANE

33 POJEMNOŚCIOWY CZUJNIKCIŚNIENIA MEMBRANA Si PODŁOŻE SZKLANE ELEKTRODY

34 POJEMNOŚCIOWY CZUJNIKDOTYKOWY A A MEMBRANA ELEKTRODY Si PODŁOŻE SZKLANE

35 WYTWORZENIE BELKI KRZEMOWEJ I etap UTLENIANIE SiO 2 Si

36 WYTWORZENIE BELKI KRZEMOWEJ II etap DOMIESZKOWANIE BOREM BOR Si

37 Si WYTWORZENIE BELKI KRZEMOWEJ III etap UTLENIANIE I FOTOLITOGRAFIA pwarstwa p + Si

38 Piezorezystancyjnye czujniki ciśnień f-my Kleberabsolutny względny

39 Piezorezystancyjnye czujniki ciśnień f-my KleberRóżnicowy, medium doprowadzone dwystronnie Względny, medium doprowadzone jednostronnie

40 Przetwornik ciśnienia 3051Przyciski do nastawienia zera i zakresu Bardzo prosta obsługa Płytka z elektroniką Ma obudowaną konstrukcję typu plug-in i ulepszone zamocowanie Obudowa elektroniki Kompatybilna ze standardem Fieldbus, pozostawia dużo miejsca na przewody Nowe możliwości softwerowe Wyświetlacze typu LCD, sygnały ostrzegawecze kompatybilne ze standardem NAMUR i możliwość nastawienia granic przekroczenia zakresu. Listwa zaciskowa Zawiera trzy zaciski w zwartej konstrukcji typu plug-in Moduł z czujnikiem Spawana metalowa obudowa Przyłącze procesowe Przetwornik ciśnienia 3051

41