Введение
1. Состояние проблемы разработки расходомеров на базе микромеханических систем 11
1.1. Первичные преобразователи в тепловых расходомерах различной конструкции 11
1.1.1. Термоконвективные расходомеры на основе "байпас - технологии" 11
1.2. Тепловые расходомеры с полупроводниковыми элементами 19
1.3. Расходомеры на базе микромеханических систем 22
1.3.1. Влияние материалов и конструктивных особенностей МЭМС первичных преобразователей в термоконвективных газовых < расходомерах на их технические характеристики 24
1.3.2. Оценка физико-механических свойств мембран МЭМС сенсоров 47
1.4. Моделирование МЭМС сенсоров 49
Выводы по разделу 1 < 58
2. Физико-механические характеристики нитевидных первичных преобразователей в газовых расходомерах 59
2.1. Классификация термомикросистем 59
2.2. Исследование напряженно-деформированного состояния и собственной частоты колебаний свободной нити терморезистора в газовом потоке 64
2.2.1. Анализ напряженно-деформированного состояния 64
2.2.2. Расчёта термонапряжений и собственной частоты кремниевого нитевидного терморезистора 70
2.3. Расчёт термонапряжений и изменения сопротивления в нитевидном терморезисторе на подложке 72
2.4. Термомеханическая устойчивость нитевидных преобразователей в микроэлектромеханических системах 78
Выводы по разделу 2 88
3. Компьютерное моделирование газодинамики и теплообмена в газовых расходомерах с нитевидными преобразователями 89
3.1. Описание программ и выбор расчётных моделей 89
3.1.1. Программы моделирования, цель их применения 89
3.1.2. Выбор моделей теплового расходомера (с локальным нагревом, с проволочным, размеры терморезисторов, расположение их в чипе) 102
3.2. Газодинамический расчёт течения, газов в канале и в камере теплообмена 111
3.2.1. Течение газа в канале. 111
3.2.2. Течение газа в теплообменной камере 111
3.3. Температура газа в теплообменной камере 121
3.3.1. Термодинамические характеристики микрочипа с точечным источником нагрева 126
3.3.2. Температура газа в теплообменной камере для чипа с терморезисторами на мембране 126
Выводы по разделу 3 133
4. Разработка расходомера с нитевидными преобразователями для малых расходов газа 134
4.1. Аспекты чистоты при разработке расходомеров на базе МЭМС технологии 134
4.2. Конструкция и материалы первичных преобразователей 141
4.3. Основные характеристики преобразователей 146
4.3.1. Быстродействие 149
4.3.2. Градуировочные кривые 152
4.3.3. Линейность 158
4.3.4. Чувствительность 158
4.3.5. Воспроизводимость 161
4.3.6. Термокомпенсация 162
4.4. Конструкция регулятора расхода газа с полупроводниковым первичным преобразователем 162
4.4.1 .Требования к прибору 162
4.4.2. Описание прибора 163
4.4.3. Устройство и работа регулятора 165
Общие выводы 169
Литература 171
Приложение 1
Акты внедрения
