Моделирование тепловых процессов в датчиках газового состава

Структура датчика газового состава. Система автоматического моделирования интегральных схем Synopsys TCAD. Расчет температуры рабочей области датчика при импульсном питании нагревателя. Тепловые характеристики для материалов чувствительного элемента.

Рубрика Физика и энергетика
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 27.10.2013
Размер файла 2,1 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Рис. 34. Изменение температуры мембраны в процессе нагрева

По итогам моделирования, были построены семейства температурных характеристик в зависимости от координаты для нагрева и охлаждения. Результаты моделирования приведены на рисунках 35-36.

Рис. 35. Семейство характеристик температуры от координаты Х для разных времен

Рис. 36. Семейство характеристик температуры от координаты Y для разных времен

Распределение температуры в процессе охлаждения, а также семейства температурных характеристик в зависимости от координаты представлены на рисунках 37-39.

Рис. 37. Изменение температуры мембраны в процессе охлаждения

Рис. 38. Семейство характеристик температуры от координаты Х для разных времен

Рис. 39. Семейство характеристик температуры от координаты Y для разных времен

В итоге были построены семейства зависимостей температуры от времени для различных координат Х и Y. Результаты представлены на рисунках 40-41.

Рис. 40. Семейство характеристик зависимости температуры от времени для различных координат Х

Рис. 40. Семейство характеристик зависимости температуры от времени для различных координат Y

На полученных графиках видно, что максимальная температура выше, чем в случае с нитридом, что свидетельствует о меньших потерях температуры на теплоотвод. Время спада и нарастания также малы по сравнению с рабочим временем датчика. Изменения температуры в установившемся режиме составляют около десяти градусов, что также является приемлемым результатом для успешного детекирования газа.

Значительное отличие времени нагрева структуры от остальных структур является подозрительным и, возможно, обусловлено программными ошибками в расчетах.

3.6 Сравнение полученных результатов

В итоге работы, для более наглядного представления результатов, семейства характеристик для различных структур были построены на одном графике.

Зависимость температуры от координаты Х были построены для времени 0.2 с - в момент наибольшего нагрева структуры.

Заключение

датчик газовый температура тепловой

В данном дипломном проекте проводилось моделирование тепловых процессов чувствительного элемента датчика газового состава. В ходе выполнения работы были изучены основные инструменты системы автоматического моделирования Sentaurus TCAD, такие как Sentaurus Structure Editor, Sentaurus Device и Tecplot_SV. При помощи этих инструментов было проведено моделирование структуры чувствительного элемента датчика, отличающиеся материалами мембраны и конструкцией нагревательного элемента. Получены семейства температурных зависимостей от времени и координаты.

Анализ полученных результатов позволил получить информацию о максимальной температуре нагрева для каждой из структур при одинаковой форме и длительности импульса. Для мембраны из оксида кремния максимальная температура равна 1100К и 850К для различного типа резисторов. Разница в значении обусловлена различием в сопротивлении нагревательного элемента из-за изменения его длины. Для мембраны из нитрида кремния и многослойной структуры состава SiO2-Si3N4-SiO2, максимальные температуры соответственно равны 430К и 500К. Такие отличия значений от мембраны из оксида кремния обусловлено большой разницей в удельных теплопроводностях материалов, которые равны 0.014 и 0.185 для оксида кремния и нитрида кремния соответственно. времена нагрева и охлаждения структуры достаточно малы и равны 20 мс и 60 мс, соответственно. Эти времена значительно ниже, чем рабочее время датчика, необходимое для детектирования газа. Более равномерное распределение температуры наблюдается при моделировании многослойной структуры.

Список литературы

1. Полупроводниковые газовые сенсоры для автономных и карманных газоаналитических приборов, 2004, с. 13. www.bankrabot.com/work_70002.html

2. А. Васильев, И. Олихов, А. Соколов. Газовые сенсоры для пожарных извещателей. Электроника: Наука, Технология, Бизнес, №2, 2005, с. 24.

3. А.А. Васильев, С.Ю. Гогиш-Клушин, О.С. Гогиш-Клушина, Д.Ю. Харитонов. Измерительные элементы газовых датчиков на основе тонких мембран из нанокристаллического оксида алюминия. Датчики и системы, №10, 2006, с. 4-6.

4. Deal, S.E. Hansen, M.E. Law, C.S. Rafferty, G. Chin, C.C. Lin, SUPREM-IV.GS Two Dimensional Process Simulation for Silicon and Gallium Arsenide user reference manual, 1993

5. Королев М.А., Красюков А.Ю., Крупкина Т.Ю., Чаплыгин Ю.А. Виртуальное производство интегральных полупроводниковых структур в системе двухуровневой подготовки кадров в области наноинженерии

6. Сопова О. Программное обеспечение для приборно-технологического моделирования от компании Synopsys.

7. TCAD Sentaurus Tutorial, March 2010

8. Sentaurus Workbench User Guide Version D-2010.03, March 2010

9. Sentaurus Structure Editor User Guide Version D-2010.03, March 2010

10. Sentaurus Process User Guide Version D-2010.03, March 2010

11. Sentaurus Device User Guide Version D-2010.03, March 2010

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Анализ датчика мгновенных температур, его устройство, принцип работы и область применения. Расчет датчика, определение сопротивления его чувствительного элемента, приращение сопротивления. Метрологическое обеспечение прибора, расчет погрешностей.

    курсовая работа [66,5 K], добавлен 06.08.2013

  • Расчет термодинамического газового цикла. Определение массовых изобарной и изохорной теплоёмкостей. Процессы газового цикла. Изохорный процесс. Уравнение изохоры - v = const. Политропный процесс. Анализ эффективности цикла. Определение работы цикла.

    задача [69,7 K], добавлен 17.07.2008

  • Расчеты газового потока в камере ракетного двигателя на сверхзвуковых и дозвуковых режимах, со скачками и без скачков уплотнения. Определение значений сил взаимодействия потока со стенками камеры и тяги двигателя. Расчет скоростей газового потока.

    курсовая работа [616,3 K], добавлен 27.02.2015

  • Анализ существующих малоинерционных датчиков. Конструкция датчика мгновенных температур. Этапы преобразования измеряемых величин в измерительной системе. Разработка информационно измерительной системы. Погрешность вариаций химического состава нити.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 24.01.2014

  • Порядок построения профиля канала переменного сечения. Методика расчета параметров газового потока. Основные этапы определения силы воздействия потока на камеру и тяги камеры при разных вариантах газового потока. Построение графиков изменения параметров.

    курсовая работа [446,2 K], добавлен 18.11.2010

  • Поддержание газового состава воздуха по кислороду и углекислому газу на ПЛА с помощью системы электрохимической регенерации воздуха раздельного типа ЭРВ-М. Распределение личного состава по отсекам при боевой готовности. Производительность установки.

    курсовая работа [143,1 K], добавлен 03.02.2016

  • Исследование переходных и установившихся процессов в системе автоматического регулирования температуры в производственной печи на основе методов компьютерного моделирования. Расчет значения параметров элементов по задающему и возмущающему воздействию.

    лабораторная работа [182,5 K], добавлен 22.10.2015

  • Анализ бесконтактного трансформаторного датчика. Электромагнитные поля, изучаемые в электроразведке. Электромагнитные зондирования и профилирования. Подземные методы электроразведки. Выбор и обоснование материала бесконтактного трансформаторного датчика.

    курсовая работа [56,7 K], добавлен 11.10.2012

  • Подбор дутьевого вентилятора. Расчет газового тракта. Основные типы котельных установок. Подбор дымососа и дымовой трубы. Аэродинамический расчет воздушного тракта. Расчет сопротивления кипятильного пучка. Аксонометрическая схема газового тракта.

    курсовая работа [379,4 K], добавлен 04.11.2012

  • Создание аппаратуры для измерения параметров разреженной атмосферы. Механизм возникновения самостоятельного газового разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях. Алгоритм моделирования, разработка и описание программы. Испытания и анализ данных.

    дипломная работа [1,4 M], добавлен 10.11.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.