Прокопова Марія Олександрівна. Мікроелектронні частотні перетворювачі концентрації газу : дис... канд. техн. наук: 05.13.05 / Вінницький національний технічний ун-т. - Вінниця, 2005.
Анотація до роботи:
Прокопова М.О. Мікроелектронні частотні перетворювачі концентрації газу. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування. Вінницький національний технічний університет, Вінниця, 2005.
Дисертаційна робота присвячена розробці нового класу мікроелектронних перетворювачів концентрації газу з частотним виходом на основі напівпровідникових структур з від’ємним опором, принцип яких базується на функціональній залежності реактивних властивостей транзисторних структур з від’ємним опором від впливу концентрації газу, що надає можливість виготовлення та створення конкурентноспроможних зразків цієї продукції.
У дисертаційній роботі розроблені теоретичні підходи до створення мікроелектронних перетворювачів концентрації газу з частотним виходом у вигляді біполярних та МДН- та біполярних транзисторних структур на основі розв’язку рівняння Пуассона, основних положень теорії комплексної змінної, що дало можливість отримати залежність активної і реактивної складових повного опору, функції перетворення та рівняння чутливості від впливу концентрації газу та доведено, що ці залежності є суттєвими для створення нового класу мікроелектронних частотних перетворювачів концентрації газу з поліпшеними метрологічними та економічними показниками. Вперше розроблені математичні моделі частотних мікроелектронних перетворювачів концентрації газу, в яких на відміну від існуючих, враховано вплив концентрації газу на елементи нелінійних еквівалентних схем перетворювачів на основі біполярних та МДН- та біполярних транзисторних структур з від’ємним опором, що дало змогу отримати рівняння чутливості і функції перетворення концентрації газу у частоту. Розроблено пакет прикладних програм для моделювання та розрахунків характеристик розроблених мікроелектронних частотних перетворювачів концентрації газу.
У дисертаційній роботі в науковому аспекті розроблені математичні моделі як газочутливих резистивних елементів, так і мікроелектронних частотних перетворювачів на основі нелінійних еквівалентних схем, що дозволило отримати вольт-амперні характеристики, функції перетворення і рівняння чутливості розроблених приладів.
В інженерно-технічному аспекті створено новий клас мікроелектронних частотних перетворювачів концентрації газу на основі реактивних властивостей транзисторних структур з від’ємним опором, які працюють у широкому діапазоні частот від Гц до Гц.
Розроблено пакет прикладних програм в обчислювальному середовищі “Matlab 5.2” для моделювання та розрахунків характеристик перетворювачів концентрації газу з врахуванням впливу концентрації газу на реактивні властивості і від’ємний опір напівпровідникових біполярних і МДН- транзисторних структур.
Отримано такі основні наукові і практичні результати:
Вперше розроблено математичні моделі частотних мікроелектронних перетворювачів концентрації газу, в яких, на відміну від існуючих, враховано вплив концентрації газу на елементи нелінійних еквівалентних схем перетворювачів на основі двох біполярних і МДН- та біполярного транзисторних структур з від’ємним опором, що дало змогу отримати рівняння чутливості та функції перетворення концентрації газу у частоту.
Удосконалено математична модель резистивного елементу, яка відрізняється від існуючих тим, що в ній враховані фізичні процеси, що приводять до зміни опору поверхні газочутливого напівпровідника на основі оксидів металу , від кількості адсорбованих молекул газу в результаті фізичної та хімічної адсорбції.
В результаті математичного моделювання отримано аналітичні вирази, які можуть бути використаними для інженерного розрахунку вольт-амперних характеристик, функції перетворення і чутливості розроблених частотних мікроелектронних перетворювачів концентрації газу.
Вперше розроблено частотні мікроелектронні перетворювачі концентрації газу на основі двох біполярних і МДН- та біполярного транзисторних структур для виміру зміни концентрації газу в діапазоні від 100 до 5000 ppm з чутливістю від 26,5 до 100 Гц/ppm для перетворювача на основі двох біполярних транзисторів та з чутливістю від 0,5 до 5 Гц/ppm для перетворювача на основі МДН- та біполярного транзисторів.
Вперше розроблено частотні мікроелектронні перетворювачі концентрації газу на основі двох біполярних і МДН- та біполярного транзисторних структур з активним індуктивним елементом для виміру зміни концентрації газу в діапазоні від 100 до 5000 ppm з чутливістю від 115 до 500 Гц/ppm для перетворювача на основі двох біполярних транзисторів та з чутливістю від 60 до 150 Гц/ppm для перетворювача на основі МДН- та біполярного транзисторів.
Розроблені частотні мікроелектронні перетворювачі використано для створення вимірювального блоку концентрації газів метану та пропану в гірських виробленнях у гірничій промисловості. Сумарна похибка системи вимірювання становить 1,6 %. Аналіз проведених теоретичних і експериментальних досліджень показав, що математична модель описує поведінку перетворювача з похибкою %.
Публікації автора:
Осадчук В.С., Прокопова М.О. Напівпровідникові частотні перетворювачі газу // Вісник Вінницького політехнічного інституту. – 2003. - № 6. – С. 106 - 110.
Осадчук В.С., Осадчук О.В., Прокопова М.О. Математична модель мікроелектронного частотного газового перетворювача // Вісник Вінницького політехнічного інституту. – 2003. - № 4. – С. 94 – 98.
Осадчук В.С., Осадчук О.В., Прокопова М.О., Осинський С.В. Дослідження газових напівпровідникових елементів на основі полікристалічних плівок окису // Оптикоелектронні інформаційно-енергетичні технології. – 2003. - №5. – С. 108 – 113.
Осадчук В.С., Осадчук О.В., Прокопова М.О. Частотний перетворювач концентрації газу на основі двох біполярних транзисторів з активним індуктивним елементом // Вісник Вінницького політехнічного інституту. – 2005. - № 2. – С. 86 – 90.
Осадчук В.С., Осадчук О.В., Прокопова М.О. Напівпровідниковий частотний перетворювач концентрації метану // Матеріали III Міжнародної науково-практичної конференції “Динаміка наукових досліджень”. – Дніпропетровськ. – 2004. – С. 29 – 30.
Осадчук В.С., Осадчук О.В., Крилик Л.В., Прокопова М.О. Частотний перетворювач концентрації газу // Матеріали II Міжнародної науково-практичної конференції “Динаміка наукових досліджень”. – Дніпропетровськ. – 2004. – С. 53 – 55.
Осадчук В.С., Осадчук А.В., Прокопова М.А. Исследование частотного газового преобразователя на основе двух биполярных транзисторов // Материалы XII международной научно-технической конференции “Приборостроение”. - Винница – Кореиз. - 2003. - С. 14 - 17.
Крилик Л.В., Прокопова М.О. Дослідження електричних параметрів частотного вологочутливого перетворювача на основі біполярних транзисторів // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. Збірник наукових праць. – Хмельницький. - 2002. – Т 1, № 9. – С. 58 – 62.
Пат. 47906 УКРАЇНА, МКІ G 01 N 27/12. Пристрій для вимірювання газу/ В.С. Осадчук, О.В. Осадчук, М.О. Прокопова (УКРАЇНА). – № 2001107208; Заявлено 23.10.2001; Опубл. 15.07.2002, Бюл. № 7.
