ЗАМЕРЫ ДАВЛЕНИЯ В УСЛОВИЯХ АГРЕССИВНЫХ СРЕД 

Адамов Александр Петрович, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки Республики Дагестан, кафедра микроэлектроники, Дагестанский государственный технический университет (Россия, Республика Дагестан, г. Махачкала, ул. Шамиля, д. 70), E-mail: arinaadamova75@gmail.com
Адамова Арина Александровна, кандидат технических наук, доцент, кафедра проектирования и технологии производства электронной аппаратуры, Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (Россия, г. Москва, 2-ая Бауманская, 5), E-mail: arina.adamova@rambler.ru
Семенцов Станислав Григорьевич, доктор технических наук, профессор, кафедра проектирования и технологии производства электронной аппаратуры, Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (Россия, г. Москва, 2-ая Бауманская, 5), E-mail: siemens_off@mail.ru
Темиров Алибулат Темирбекович, кандидат технических наук, доцент, декан факультета радиоэлектроники, телекоммуникаций и мультимедийных технологий, Дагестанский государственный технический университет (Россия, Республика Дагестан, г. Махачкала, ул. Шамиля, д. 70), Email: ali.temirov@rambler.ru
Цивинская Татьяна Анатольевна, главный технолог, кафедра проектирования и технологии производства электронной аппаратуры, Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (Россия, г. Москва, 2-ая Бауманская, 5), E-mail: info@bmstu.ru 

658.52 

DOI

10.21685/2307-4205-2020-1-8 

Актуальность и цели. Работа посвящена исследованию системы защиты чувствительного элемента высоточного пьезорезистивного датчика давления от воздействия агрессивной внешней среды. Эта задача особенно актуальна при разработке универсальных датчиков давления, рассчитанных на работу в различных средах, в том числе агрессивных. Рассмотрены технологические аспекты существующих технических решений в предметной области. Целью работы является синтез технических решений, позволяющих оптимизировать конструкцию подобных датчиков и повысить их надежность.
Материалы и методы. Экспериментальным методом определены
оптимальные размеры и величина гофрировки защитной разделительной мембраны из стали 12Х18Н10Т. В ходе эксперимента выявилась зависимость предельного рабочего давления от объема приборной жидкости. А также выяснилась и потребность в знании зависимости величины перемещения кремниевой мембраны от величины упругих деформаций. С целью определения величины перемещения использована методика моделирования методом конечных элементов в программной среде ANSYS. Моделирование позволило оценить распределение значений упругой деформации на поверхности мембраны.
Результаты. Предложены методики расчета размера разделительной защитной мембраны, расчета объема приборной жидкости, таблицы зависимости величины перемещений кремниевых мембран от габаритных размеров и рабочего давления. В результате расчеты объединяются в расчет системы, состоящей из защитной мембраны, кремниевой рабочей мембраны и объема жидкости. Предложены технологические решения, позволяющие реализовать разработанные методики и обосновать применимость различных конструкционных материалов. Получены значения упругой деформации на различных рабочих диапазонах датчиков.
Выводы. Предложенные в работе методики, технологии и конструктивные решения позволяют на новом качественном уровне решить задачу создания универсального датчика давления с заданным диапазоном измерений, функционирующего в условиях агрессивных внешних сред. Результатом правильно рассчитанного усилия Q, усилия передачи рабочего давления на кремниевую мембрану, является простая конструкция малогабаритного высокоточного датчика давления работающего в агрессивных средах на высокие давления. Помимо снижения массогабаритов и повышения точности измерений, предложенные решения позволяют значительно повысить надежность функционирования датчиков в условиях агрессивных сред. 

Ключевые слова

датчик давления, сенсор давления, защитная мембрана, пьезорезистивный сенсор 

 Скачать статью в формате PDF

1. Адамов, А. П. Методы обеспечения надежности в беспроводных сенсорных сетях по критерию сетевой нагрузки / А. П. Адамов, А. А. Адамова, М. Н. Юлдашев // Труды Международного симпозиума Надежность и качество. – 2016. – Т. 1. – С. 197–199.
2. Пономарев, С. Д. Расчет упругих элементов машин и приборов / С. Д. Пономарев, Л. Е. Андреева. – Москва : Машиностроение, 1980. – С. 279–283.
3. Андреев, К. А. Математические модели гибридных чувствительных элементов датчиков давления / К. А. Андреев, Ю. Н. Тиняков, В. А. Шахнов // Датчики и системы. – 2013. – № 9. – С. 2–9.
4. Готра, З. Ю. Технология микроэлектронных устройств / З. Ю. Готра. – Москва : Радио и связь, 1991. – 527 с.
5. Адамов, А. П. Методологические основы обеспечения технологичности электронных средств / А. П. Адамов, Г. Х. Ирзаев, А. А. Адамова. – Санкт-Петербург : Политехника, 2008. – 312 с.
6. Адамов, А. П. Классификация состояний беспроводной сенсорной сети с использованием методов машинного обучения / А. П. Адамов, М. Н. Юлдашев // VII Всерос. науч.-техн. конф. в области САПР (МЭС-2016). – Москва, 2016. – С. 248–251.
7. Адамов, А. П. Методика оценки технологичности электронных изделий на этапах проектирования и производства / А. П. Адамов, А. А. Адамова, В. А. Шахнов // Труды Международного симпозиума Надежность и качество. – 2015. – Т. 2. – C. 352–356.