Порядок виконання роботи. 1. Взяти сенсор, що запропонований викладачем, та виміряти номінальне значення його

1. Взяти сенсор, що запропонований викладачем, та виміряти номінальне значення його робочої характеристики. Наприклад, для тензорезистора – номінальне значення опору. Для цього зробити 5 незалежних вимірювань, розрахувати середнє значення, визначити абсолютну похибку вимірювання.

2. Дослідити характеристики сенсора під впливом магнітного поля.

3. Дослідити характеристики сенсора під впливом температури. Отримати температурну залежність електричного опору R(T) за 3 цикли. Побудувати залежність та розрахувати коефіцієнт термостабільності, що дозволить усунути вплив температури на характеристики сенсора.

4. Зробити висновки про вплив температури та магнітного поля на сенсор.

Зміст звіту

1. Номер, назва та мета роботи.

2. Короткі теоретичні відомості.

3. Робоча таблиця з результатами вимірювань.

4. Побудовані експериментальні залежності.

5. Висновки.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Що називають стабільністю приладу?

2. Які зовнішні фактори можуть впливати на стабільність сенсора?

3. Назвати методи тестування сенсорів в екстремальних умовах?

4. Як можна компенсувати вплив температури на робочі характеристики сенсорів?

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Мікроелектронні сенсори фізичних величин: Науково-навчальне видання. В 3 томах. Т.1/ За ред. З.Ю. Готри. – Львів: Ліга-Прес, 2003. – 595 с.

Лабораторна робота 4

Вивчення закономірностей розповсюдження акустичних хвиль у п’єзоелектриках та їх практичне використання

Мета роботи –дослідження температурної залежності робочої частоти кварцевого резонатора та освоєння методики використання кварцевого генератора у якості сенсора товщини тонкоплівкових зразків.

Елементи теорії.За функціональним призначенням п'єзоелектричні резонатори поділяються на дві групи: ті, що використовуються в генераторах, та ті, що використовуються в фільтрах. Особливістю резонаторів другої групи є жорсткі вимоги до частотної характеристики. Для усунення побічних резонансів при зсувових коливаннях по товщині використовується явище захоплення енергії, тобто локалізація енергії коливань у середній частині п'єзоелемента, в якій розташовані електроди резонатора. Розподіл амплітуди коливань вздовж перерізу пластини має дзвоноподібний характер (рис. 1), що забезпечує швидке затухання коливань до країв пластини.

Рисунок 1 - Розподіл амплітуди акустичних коливань

У кварцових резонаторах найчастіше використовуються пластини у вигляді диска, діаметр якого в 20-30 разів перевищує його товщину. Розміри металічних тонкоплівкових електродів п'єзоелемента набагато менші від розмірів пластин. Для подавлення побічних резонансів п'єзоелементи іноді виконують у формі лінзи.

Резонатори характеризуються номінальною частотою та допустимими відхиленнями від цієї частоти.

Частота кварцевого резонатору суттєво залежить від температури оточуючого середовища. З цієї причини при проектуванні та монтажі приладів, до складу яких входять кварцеві резонатори, необхідно використовувати системи охолодження для забезпечення необхідних характеристик приладів.

Оскільки частота коливань кварцевого резонатору залежить від маси (розмірів електродів), то резонатори знайшли широке використання як сенсорів мікромаси у фізиці та хімії. Формула 1 показує відносну зміну частоти коливань Δf/f кварцевої пластини внаслідок осадження на електрод речовини масою m_d.

, (1)

де m_а – маса кварцевої пластини.

Зв’язок між масою та товщиною плівки, що осаджується на поверхню одного з електродів, дозволяє використовувати кварцевий резонатор як сенсор товщини. В цьому випадку кристал кварца, у вигляді тонкого диску, виступає основним перетворюючим елементом. Механічні коливання кристалу збуджуються за допомогою зовнішнього генератору. Ненаважений кристал коливається з номінальною частотою. Зі збільшенням товщини шару на поверхні – частота коливань зменшується.

Товщина плівки визначається за співвідношенням:

, (2)

де N_q – частотна стала для зрізу кристалу кварцу (N_q=1,668∙10⁵ Гц×см);

ρ_q – густина кварцу г/см³ (ρ_q=2,65 г/см³);

f_q – резонансна частота кристалу без покриття;

f – резонансна частота після нанесення плівки;

d – товщина плівки;

ρ_f– густина плівки, г/см³.

Співвідношення в більшості випадків відповідає дійсності, але необхідно зауважити, що кофіцієнт пропорційності не є сталою вличиною, оскільки з ростом плівки змінюється як власна частота коливань кристалу, так і густина плівки. Оскільки ці зміни на інтервалі товщин для одного вимірювання не суттєві то ними нехтують.

В таблиці 1 наведено густину для масивних матеріалів, що можуть бути використані в лабораторній роботі.

Таблиця 1 - Густина деяких масивних матеріалів

Поиск по сайту: