1 / 45

Termikus kérdések, termikus elvű alrendszerek

Termikus kérdések, termikus elvű alrendszerek. Hőmérséklet érzékelők. Ellenállás hőmérő PN átmenet mint hőmérő PTAT hőmérséklet érzékelő MOS kompatibilis kőmérséklet érzékelő. Hőmérséklet érzékelők. Ellen állás hőmérő. Pt Ni, Cu, W. Hőmérséklet érzékelők. Félvezető ellen állás hőmérő.

amaris
Download Presentation

Termikus kérdések, termikus elvű alrendszerek

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Termikus kérdések,termikus elvű alrendszerek

  2. Hőmérséklet érzékelők • Ellenállás hőmérő • PN átmenet mint hőmérő • PTAT hőmérséklet érzékelő • MOS kompatibilis kőmérséklet érzékelő

  3. Hőmérséklet érzékelők Ellenállás hőmérő Pt Ni, Cu, W

  4. Hőmérséklet érzékelők Félvezető ellenállás hőmérő

  5. A PTAT elv Hőmérséklet érzékelők A pn átmenet mint hőmérő -1,5 … 2 mV/K

  6. Hőmérséklet érzékelők Áram kimenetű PTAT szenzor, BJT-vel T3 = n T4 n+1 EGYFORMA dióda ill. npn tranzisztor!

  7. Hőmérséklet érzékelők Hőmérséklet különbség (gradiens) mérés A Seebeck effektust használjuk ki Az integrált termoelem

  8. CMOS kompatibilis termikus szenzoresettanulmány • Az igények: • kis fogyasztás • kis helyigény • elfogadható pontosság • lehetőleg digitális kimenet • ne kelljen többlet technológiai lépés

  9. MOS jellemzők VT = 1.6 mV/K,  = 0.54%/K.

  10. Áram kimenetű hőmérséklet szenzor

  11. Az érzékenység

  12. VC tápfeszültség függése

  13. Frekvencia kimenetű változat

  14. Frekvencia a hőmérséklet függvényében

  15. Stabilitás, statisztika Experiment No. 1 2 3 4 5 Process ES2 ECPD10 AMS AMS AMS AMS Feature size, m 1 0.8 1.2 1.2 0.8 Number of samples 4 5 120 241 10 m() 10-3 7.79 7.90 7.815 7.896 7.703 rel() 0.0205 0.021 0.0161 0.00906 0.021 m(f), kHz 2 1132.5 854.78 855.71 824.2 953.86 rel(f) 0.0252 0.059 0.0391 0.0367 0.0583 VDD dependence oC/V 1.44 0.6 1.47 no data 2.95 1 on the same chip 2 VDD=5V, T=20oC

  16. Vizsgálat széles hőmérséklet tartományban

  17. Beépített termikus teszt a BS áramkörrel

  18. Beépített termikus teszt a BS áramkörrel

  19. Beépített termikus teszt a BS áramkörrel

  20. Felhasználás egy termikus teszt chipben

  21. A termikus elvű effektív érték mérő

  22. A termikus elvű effektív érték mérőA Seebeck effektus S a Seebeck állandó [V/K] Sértéke félvezetőkre kimagaslóan nagy! Például Si/Al kontaktusnál ~ 1 mV/K

  23. A termikus elvű effektív érték mérő

  24. A termikus elvű effektív érték mérő Példa. Számítsuk ki az effektív érték mérő érzékenységét az alábbi adatokkal: a = 100 m, b = 5 m, L = 120 m,  = 150 W/mK, S = 10-3 V/K, R = 2 k, N = 12 Például Ube= 10 V  Uki = 0,96 V

  25. Cvtérfogategységre számolt hőkapacitás, [Ws/Km3] A termikus elvű effektív érték mérőHatárfrekvencia

  26. Pólusok a negatív valós tengelyen. Az első: Példa. Számítsuk ki az imént tárgyalt effektív érték mérő határfrekvenciáját! Adatok: a = 100 m, b = 5 m, L = 120 m, cv = 1,6106 Ws/Km3 Az első töréspont A termikus elvű effektív érték mérőHatárfrekvencia

  27. A termikus elvű effektív érték mérőEgy gyakorlati alkalmazás: RF teljesítmény mérő

  28. Termikus aktuátorok Si 2,6 - 4,1 ppm/oC (300 - 800 K) Ni 12,7 - 16,8 ppm/oC CTE - coefficient of thermal expansion (e) Alapjelenség: a hőtágulás

  29. Egyik vége szabadon, a megnyúlás Mindkét végén befogva, az erő Termikus aktuátorok Példa. A rúd méretei: 5 20  500 m, anyaga Si E =1,31011 N/m2 e = 3 ppm/oC T = 100 oC

  30. Ha hőátadással is számolunk: h hőátadási együttható “HTC” W/m2K K kerület Hosszegységre eső disszipáció: A határfeltételekből Termikus aktuátorok - a hőeloszlás számítása

  31. Termikus aktuátorok„Megtört rudas” mechanikai transzformátor

  32. „Megtört rudas” mechanikai transzformátor Példa  = 1o  ds/dA=28,6

  33. Hőtáguláson alapuló “kétrudas” meghajtó Hot arm width, WHOT (nm) 350 Hot arm length, LHOT (m) 38 Cold arm width, WCOLD ( m) 1.5 Cold arm length, LCOLD ( m) 28.5 Flexure width, WFLEX (nm) 350 Flexure width, WFLEX ( m) 9.5

  34. Termikus hatáson alapuló mikrorendszerek Hőtáguláson alapuló “kétrudas” meghajtó

  35. A kihajlás (buckling) A megoldás A leíró differenciálegyenlet Illesztés a határfeltételekhez

  36. A kihajlás (buckling) Példa. A rúd méretei: 5 20  500 m, anyaga Si E =1,31011 N/m2 e = 3 ppm/oC T = 100 oC F0=3,9 10-3 N Vagyis a két végén befogott rúd csak kb. 27 oC fűtést bírna ki!

  37. Termikus aktuátorok„Bimetall” aktuátor

  38. Termikus aktuátorok: a tintasugaras nyomtató Teljesítmény ~ W, néhány s időre Frekvencia ~ 1 kHz

  39. Hősugárzás érzékelő 1. Az érzékenység számítása Si - = 100 W/mK Ha UD = 1 V mérhető   T = 0,001 oC észlelhető 23 nW  3,7 mW/cm2 Valóban ez a felső határ?

  40. Például I=16 A, f=10 Hz esetén Hősugárzás érzékelő A korlát: a zaj NEP= Noise Equivalent Power NEP < 1 nW ideális esetben (I zajtalan, erősítő zajtalan)

  41. Hősugárzás érzékelő 2. Az időállandó számítása Közelítés: koncentrált paraméteres modell

  42. Hősugárzás érzékelő 1D array készíthető - infra kamera! Négyzetes pixelek termoelem érzékelővel

  43. Termikus elvű gázáramlás mérő 1 cm/s - 5 m/s

  44. Pirani elvű vákuummérő 100 Pa alatt jó Ha a gázatomok szabad úthossza nagyobb, mint az izzított felület és az edény falának hideg felülete közötti távolság, a gázatomok által elhordott energia arányos a gáznyomással Szabályozás állandó hőfokra, a szükséges teljesítmény mérése

  45. Termikusan vezérelt optikai iránycsatoló Az optikai hullámvezetők törésmutatója hőmérsékletfüggő Lassú kapcsoló

More Related