Введение
1. Теплофизические микросенсоры 20
1.1. Особенности сенсоров как технических объектов, цели и подходы к их моделированию 20
1.1.1. Особенности сенсоров как технических объектов 20
1.1.2. Цели моделирования сенсоров 22
1.1.3. Подходы к моделированию сенсоров 23
1.2. Теплофизические микросенсоры. Классификация теплофизических микросенсоров 26
1.2.1. Теплофизических микросенсоры. Особенности. Структура 26
1.2.2. Классификация теплофизических микросенсоров 27
1.3. Функциональные модели теплофизических микросенсоров 34
1.3.1. Теплофизические микросенсоры прямого преобразования 34
1.3.2. Микросенсоры с промежуточным тепловым преобразованием 36
1.3.3. Микросенсоры с управляемыми тепловыми потоками 37
1.3.4. Микросенсоры с температурной активацией и управлением 39
1.3.5. Комбинированные теплофизические микросенсоры 42
1.4. Конструкции теплофизических микросенсоров и их особенности 43
1.4.1. Особенности конструкции теплофизических микросенсоров каждой группы 44
1.4.2. Особенности конструкции отдельных элементов теплофизических микросенсоров 48
1.4.3. Материалы, используемые в конструкции теплофизических микросенсоров 63
1.5. Задачи и особенности моделирования процессов в теплофизических
микросенсорах 64
1.5.1. Задачи моделирования процессов в теплофизических микросенсорах 64
1.5.2. Особенности моделирования процессов в теплофизических микросенсорах 66
1.6. Выводы 67
2. Моделирование распределения температуры в теплофизических микросенсорах 69
2.1. Существующие модели для определения распределения
температуры в теплофизических микросенсорах 69 2.1.1. Численные модели 71
2.1.2. Модели на основе электротепловой аналогии 72
2.1.3. Аналитические модели 74
2.1.4. Сравнение методов моделирования распределения температуры в теплофизических микросенсорах
2.2. Особенности моделирования распределения температуры в теплофизических микросенсорах 77
2.3. Моделирование стационарного распределения температуры в теплофизических микросенсорах (одномерный вариант) 86
2.4. Моделирование стационарного распределения температуры в теплофизических микросенсорах (двухмерный вариант)
2.4.1. Общий подход 90
2.4.2. Замена граничных условий при моделировании 110
2.4.3. Моделирование распределения температуры в двухмерных косоугольных структурах 112
2.4.4. Моделирование распределения температуры в структурах с высокой температурой 117
2.4.5. Сокращение вычислений. Усеченные структуры 120
2.5. Моделирование нестационарного распределения температуры в теплофизических микросенсорах 126
2.6. Погрешность и адекватность моделирования распределения температуры 132
2.6.1. Погрешность моделирования 133
2.6.2. Адекватность моделирования 145
2.7. Выводы 150
3. Моделирование процессов в теплофизических микросенсорах прямого преобразования 154
3.1. Задачи и особенности моделирования процессов в теплофизических микросенсорах прямого преобразования 154
3.2. Моделирование распределения температуры в структуре терморезистивного тонкопленочного сенсора
3.2.1 Анализ структуры терморезистивного сенсора. 156
3.2.2 Распределение температуры в эквивалентной структуре единичной подобласти терморезистивного сенсора 159
3.2.3 Результаты моделирования 164
3.3 Выводы 172
4. Моделирование процессов в теплофизических микросенсорах с промежуточным тепловым преобразованием 173
4.1. Задачи и особенности моделирования процессов в теплофизических микросенсорах с промежуточным тепловым преобразованием 173
4.2. Моделирование распределения температуры в
микроэлектронных тепловых приемниках излучения 178
4.2.1. Распределение температуры в консольном тепловом приемнике излучения 179
4.2.2. Распределение температуры в мостовом тепловом приемнике излучения 182
4.2.3. Распределение температуры в мембранном тепловом приемнике излучения 186
4.3. Моделирование динамических процессов в микроэлектронных тепловых приемниках излучения 187
4.3.1. Одномерная аналитическая модель для определения нестационарного распределения температуры в микроэлектронном консольном тепловом приемнике излучения 187
4.3.2. Двухмерная аналитическая модель для определения нестационарного распределения температуры в микроэлектронных тепловых приемниках излучения и их частотных характеристик 197
4.4. Оптимизации конструкции микроэлектронных тепловых приемников излучения с консольными термически изолированными структурами 210
4.4.1. Параметры микроэлектронных тепловых приемников излучения с консольными термически изолированными структурами 210
4.4.2. Оптимизация конструкции 216
4.4.3. Численные результаты 219
4.5. Моделирование распределения высокочастотного тока в тонкопленочных электротепловых преобразователях 228
4.5.1. Особенности электротепловых преобразователей 228
4.5.2. Анализ конструкции пленочных электротепловых преобразователей 229
4.5.3. Распределение высокочастотного тока в пленочном электротепловом преобразователе (конструктивный вариант 2) 237
4.5.4. Распределение высокочастотного тока в пленочном электротепловом преобразователе (конструктивный вариант 1) 245
4.5.5. Результаты моделирования 247
4.6. Выводы 258
5. Моделирование процессов в теплофизических микросенсорах с управляемыми тепловыми потоками
2 5.1. Задачи и особенности моделирования процессов в теплофизических микросенсорах с управляемыми тепловыми потоками 261
5.2. Моделирование распределения температуры в тепловых микроакселерометрах с инерционной массой 2
5.2.1. Общие положения 265
5.2.2. Анализ конструкции теплового микроакселерометра с инерционной массой 266
5.2.3. Модель для определения распределения температуры в структуре теплового микроакселерометра с инерционной массой 271
5.2.4. Результаты моделирования 278
5.3. Выводы 283
6. Моделирование процессов в микросенсорах с температурной активацией и управлением и в комбинированных теплофизических микросенсорах 285
6.1. Задачи и особенности моделирования процессов в микросенсорах с температурной активацией и управлением и в комбинированных теплофизических микросенсорах 285
6.2. Моделирование распределения температуры в теплофизических микросенсорах, работающих при высоких температурах 289
6.3. Оптимизация конструкции и режима питания агломеративного термокаталитического газового сенсора 2
6.3.1. Общие положения 295
6.3.2. Параметры сравнительного и чувствительного элементов термокаталитического газового сенсора 297
6.3.3. Параметры термокаталитического газового сенсора, включенного в мостовую схему 301
6.3.4. Оптимизационная модель 304
6.3.5. Результаты моделирования 306
6.4. Влияние напряжения питания и конструктивных особенностей на погрешность агломеративного термокаталитического газового сенсора 312
6.5. Выводы 316
7. Практическая реализация и использование математических моделей теплофизических микросенсоров 318
7.1. Реализация математических моделей теплофизических микросенсоров в программных средах 318
7.1.1. Реализация математических моделей теплофизических микросенсоров в системах компьютерной математики 319
7.1.2. Реализация математических моделей теплофизических микросенсоров в программной среде Pascal 322
7.2. Программный комплекс для автоматизированного проектирования агломеративных термокаталитических газовых сенсоров 324
7.3. Использование моделирования при комплексном исследовании многофунк-ционального теплофизического мембранного микросенсора 336
7.4. Использование разработанных моделей теплофизических микросенсоров при выполнении научно-исследовательских работ и в учебном процессе 336
7.5. Использование разработанных методов и моделей теплофизических микросенсоров в работах других исследователей 341
7.5. Выводы 346
Заключение 348
Литература
