ляет количественно оценить теплотехнические качества ограждающих конструкций зданий и сооружений и их соответствие нормативным требованиям, установить реальные потери тепла через наружные ограждающие конструкции, проверить расчетные и конструктивные решения.
При проведении измерений используются стационарный измеритель ИТ-2-96 (в комплекте с преобразователями термоэлектрическими и преобразователями плотности теплового потока) и переносной прибор МВПМ в комплекте с преобразователем плотности теплового потока.
Преобразователи плотности теплового потока ПТП-03, входящие в комплект, — это термоэлектрические, гальванические преобразователи, работающие по принципу "вспомогательной стенки". Габариты преобразователей 100 х30х3 мм. Диапазон измерений 0...2000 Вт/м2. Коэффициент чувствительности около 80 Вт/м2 -мВ.
Освоение и выпуск преобразователей плотности теплового потока потребовал появления установки УТМ-1.
Установка обеспечивает поверку (калибровку) средств измерений теплового потока с градиентными преобразователями, работающими по принципу дополнительной стенки и имеющими разную конструкцию (термоэлектрические, гальванические, полупроводниковые и т. д.), разную геометрическую форму (круглые, прямоугольные, квадратные и т. д.) и разные размеры, в том числе с преобразователями, отличающимися по конструкции, форме и размерам от преобразователей эталонных средств измерений, с которыми проводится сличение.
В соответствии с государственной поверочной схемой для средств измерений поверхностной плотности теплового потока МИ1855 (приложение 2) установка УТМ-1 может выполнять роль кондуктивного компаратора для передачи размера единицы поверхностной плотности теплового потока (Вт/м2) от эталонных ПТП 1-го разряда к эталонным ПТП 2-го разряда и рабочим средствам измерений.
Установка обеспечивает следующие технические параметры:
— диапазон плотности теплового потока, создаваемого в теплометрической камере, — от 10 до 2000 Вт/м2;
— нестабильность поддержания заданной плотности теплового потока в установившемся режиме — не более 0,25 % в мин;
— неравномерность плотности теплового потока по объему теплометрической камеры в установившемся тепловом режиме — не более 2,5 %.
Установка представляет собой блочно-модуль-ный метрологический комплекс, состоящий из отдельных изделий: блоков теплометрического, охлаждения и управления, а также многоканального измерителя МИТ-12ТС и многоканального измерителя ИТ-2-16.
Установка разрабатывалась под руководством СНИИМ (г. Новосибирск).
Владимир Афанасьевич Никоненко — ген. директор НПП "Эталон", заслуженный метролог России;
Игорь Станиславович Серебрянников — инженер-конструктор 3-й категории НПП "Эталон".
® (3812) 36-75-85 □
УДК 681.586.326+621.3.08.792
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДАВЛЕНИЯ — МИКРОСХЕМЫ СЕРИИ 1191, 1192
Н. А. Шелепин, Н. Л. Данилова, В. В. Панков, В. С. Суханов
Рассмотрена серия микросхем-преобразователей избыточного и абсолютного давлений, особенности конструкции, основные параметры, результаты испытаний на безотказность и стабильность.
В НПК "Технологический центр" МИЭТ (Москва, Зеленоград), начиная с 1992 г., ведутся исследования и разработка технологии и конструкции микроэлектронных преобразователей давления на кремнии, включая интегральные тензопреобразователи мембранного типа (ИПД), чувствительные элементы (ЧЭ) и тензомодули на
их основе [1—4]. В 2005 г. в рамках ОКР были разработаны преобразователи давления в соответствии с нормативно-технической базой на микросхемы.
Микроэлектронные преобразователи в соответствии с ОСТ11 073.915 выделены в новый класс микросхем — микросхемы-преобразователи
физических величин. Нормативно-техническая база таких преобразователей, в частности давления (система параметров, обозначение параметров, термины и определения, методики измерения и испытания, метрологическое обеспечение, конструктивное исполнение, порядок и объем квалификационных и периодических испытаний), отличается от традиционных ИС, изготавливаемых по КМОП или биполярной технологии. Российские аналоги микросхем-преобразователей давления на момент постановки работы отсутствовали.
В результате выполнения ОКР были разработаны микросхемы-преобразователи избыточного давления сер. 1191 и преобразователи абсолютного давления сер. 1192. Микросхемы предназначены для преобразования давления сухих неагрессивных газов в электрический сигнал в датчиках давления для устройств контроля и управления в системах различного назначения.
Каждый тип микросхем имеет десять типоно-миналов по давлению от 10 до 630 кПа в соответствии с ГОСТ 22520. В обеспечение ряда типоно-миналов в конструкции микросхем используются два типа кристалла интегральных преобразователей давления: ИПД9 и ИПД4М. Конструкции кристаллов детально описаны в статье [5]. Все ти-пономиналы микросхем по давлению отличаются только геометрическими размерами мембраны. Остальные конструктивные параметры, такие, как номиналы тензорезисторов, их расположение относительно краев мембраны и концентратора механических напряжений, транзисторная схема термокомпенсации чувствительности, для микросхем всех типономиналов полностью совпадают.
Микросхемы обоих типов изготавливаются по одной технологии в металлостеклянных корпусах типа 3 и имеют одинаковые габаритно-присоединительные размеры и количество выводов.
Микросхемы-преобразователи давления по сравнению с традиционными ИС имеют некоторые конструктивные особенности. Так, тензочувс-твительный кристалл монтируется в корпус в составе чувствительного элемента (ЧЭД), обеспечивающего механическую развязку кристалла ИПД от корпуса. ЧЭД представляет собой сборку из кристалла ИПД и конструктивных кремниевых деталей [3]. Соединение осуществляется методом диффузионной пайки стеклом в вакууме не ниже 5 х 10-5 мм рт. ст. Для ЧЭД абсолютного давления эта технология обеспечивает создание под мембраной полости с вакуумом не ниже 5 х 10-5 мм рт. ст. Также корпус микросхемы-преобразователя давления не герметичен. Герметичность обеспечивается в части разделения измеряемой и окружающей сред.
Общий вид микросхем приведен на рис. 1. В преобразователях избыточного давления кор-
Рис. 1. Общий вид микросхем-преобразователей давления
пус микросхемы имеет штуцер для подсоединения к измеряемой среде, которая воздействует непосредственно на рабочую поверхность кристалла, и отверстие в основании корпуса, через которое окружающая среда воздействует на подмембранную область кристалла. В преобразователях абсолютного давления, в отличие от преобразователей избыточного давления, отверстие в основании корпуса микросхемы отсутствует.
Преобразовательная характеристика микросхем-преобразователей давления — линейная и рассчитывается по формуле:
Ц,ых = ип + Р,
где Щ — выходное напряжение при давлении, равном 0, мВ (для микросхем избыточного давления Р = 0, когда с обеих сторон мембраны чувствительного элемента приложено одно и то же давление, равное атмосферному); Ртах — верхний предел измеряемого давления (номинальное давление) в соответствии с табл. 1, МПа; Ливых н = = ивых н — и0 — диапазон изменения выходного напряжения при номинальном давлении, мВ; ивых н — выходное напряжение при номинальном давлении Р = Ртах, мВ.
В табл. 1 приведены типономиналы микросхем, значения номинального давления, соответствующие каждому типономиналу, и выходного диапазона при изменении давления от 0 до номинального значения. Наличие для диапазона верхней и нижней границ связано с технологическим разбросом по толщине мембраны в кристаллах ИПД. Ограничение по верхней границе диапазона определяется требованием к величине нелинейности преобразовательной характеристики.
тах
На рис. 2 приведены графики зависимости нелинейности выходной характеристики от номинального значения выходного диапазона AUBbIX н для всех типономиналов. Из рисунка видно, что с увеличением значения A UBbIX н в пределах каждого типономинала нелинейность растет, что определяется физикой работы мембран.
Согласно техническим требованиям, на ОКР величина нелинейности Кнл должна быть не более 0,2 %. В соответствии с этим требованием введены ограничения для значений AUBbIX н, соответствующих каждому типономиналу. Следует отметить, что конструкция кристаллов ИПД, применяемых в микросхемах сер. 1191 и 1192, в сравнении с известными аналогами [6, 7] обеспечивает при той же нелинейности повышенное значение чувствительности.
Конструкция микросхем обеспечивает их высокую устойчивость к перегрузочному давлению. Допустимое перегрузочное давление Рпер зависит от величины Pmax: для Pmax = 0,63 МПа величина Рпер = 1,6 Pmax; для Pmax = 0,01 МПа величина Р = 10Р
Р пер iKJ± max-
Наличие встроенной в кристалл схемы температурной компенсации чувствительности, а также
Таблица 1
Типы (типономиналы) микросхем
Условное обозначение микросхемы Классификационные параметры в нормальных климатических условиях
Выходной диапазон при изменении давления от 0 до номинального значения, Ливых н, мВ Номинальное давление (Pmax)> МПа
не менее не более
1191ЧД11С 1192ЧД11С 30 70 0,01
1191ЧД12С 1192ЧД12С 35 80 0,016
1191ЧД21С 1192ЧД21С 40 85 0,025
1191ЧД22С 1192ЧД22С 50 95 0,04
1191ЧД23С 1192ЧД23С 60 105 0,063
1191ЧД24С 1192ЧД24С 0,10
1191ЧД25С 1192ЧД25С 0,16
1191ЧД26С 1192ЧД26С 70 115 0,25
1191ЧД27С 1192ЧД27С 80 125 0,40
1191ЧД28С 1192ЧД28С 90 135 0,63
Рис. 2. Зависимость нелинейности выходной характеристики от номинального значения выходного диапазона Аивых н для микросхем:
1 - 1191(1192)ЧД11С; 2 - 1191(1192)ЧД12С; 3 -1191(1192)ЧД22С; 4 - 1191(1192)ЧД24С; 5 -1191(1192)ЧД27С; 6 - 1191(1192)ЧД28С
Рис. 3. Типовая зависимость относительного изменения выходного диапазона А&Вмх н от температуры при разных значениях напряжения питания:
1 - ином + 0,15, В; 2 - ином, В; 3 - ином - 0,15, В; 4 -границы области допустимых значений
особенности конструкций кристаллов ИПД и микросхем в целом позволили расширить диапазон температур, в котором температурный дрейф "нуля" (ТКН) составляет не более |±0,2| %/10 °С, а температурный дрейф чувствительности (ТКЧ) — не более |±0,25| %/10 °С.
На р
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.