Твердотільний радіовимірювальний оптико-частотний перетворювач витрат газу
DOI:
https://doi.org/10.15330/pcss.22.2.224-232Ключові слова:
твердотільний радіовимірювальний оптико-частотний витратомір газу, фоточутливий транзистор, від’ємний диференціальний опір, частота, інтерферометричний спосіб рефрактометріїАнотація
В роботі представлено дослідження твердотільного радіовимірювального оптико-частотного перетворювача витрат газу на основі транзисторної структури з від’ємним диференційним опором. Розроблено математичну модель твердотільного радіовимірювального оптико-частотного витратоміра, яка дозволила отримати функцію перетворення та рівняння чутливості. Твердотільний радіовимірювальний оптико-частотний витратомір газу створено на основі транзисторної структури з від’ємним диференційним опором, що складається з HEMT польового транзистора і біполярного транзистора з пасивним індуктивним елементом. При заміні пасивної індуктивності на активний індуктивний елемент перетворювач повністю можна виконати в інтегральному вигляді. В основі роботи твердотільного радіовимірювального оптико-частотного витратоміру газу лежить інтерферометричний спосіб рефрактометрії оптично прозорих рідин і газів. Від’ємний опір, утворений паралельним включенням повного опору з ємнісною складовою на електродах колектор-стік транзисторної структури та індуктивності, приводить до виникнення електричних коливань в контурі твердотільного автогенератора. Встановлено, що на виході твердотільного радіовимірювального оптико-частотного витратоміра існують періодичні коливання, частота яких змінюється зі зміною оптичного випромінювання, яке діє на фоточутливі транзистори. Теоретичні та експериментальні дослідження показали, що зі зростанням витрат газу від 0 л/год до 4 л/год зменшується частота генерації від 812,65 МГц до 811,62 МГц при напрузі живлення 3,3 В, а при напрузі живлення 3,8 В від 813,00 МГц до 811,80 МГц. Показано, що вибором режиму живлення з постійної напруги, можна отримати практично лінійну залежність частоти генерації від витрат газу та вибирати канали для передачі вимірювальної інформації. Проведені дослідження показали, що чутливість розробленого пристрою складає 262 кГц/л/год. Отримані теоретичні та експериментальні дослідження мають гарний збіг, відносна похибка не перевищує 2,5%.
Посилання
H. Schaumburg, Sensoren (Stuttgart, Teubner, 1992).
R.G. Jackson, Latest sensors (Technosphere, Moscow, 2007).
Sensors: Reference Manual/Under total. ed. V.M. Sharapova, E.S. Polishchuk, (Technosphere, Moscow, 2012).
V.S. Osadchuk, A.V. Osadchuk, Y.A. Yushchenko, Elektronika ir Elektrotechnika 84(4), 89 (2008).
Microelectronic sensors of physical quantities / Ed. Z. Yu. Gotra, Vol. 2 (League - Press, Lviv, 2002).
R.A. Hooshmand, M. Joorabian, IEE Proc.-Sci. Meas. Technol. 153(4), (2006).
Kwang-Jow Gan, Kuan-Yu Chun, Wen-Kuan Yeh, International Journal on Recent and Innovation Trends in Computing and Communication 3(8), 5224 (2015).
Rainer Engel1, Hans-Joachim Baade, Determination of liquid flowmeter characteristics for precision measurement purposes by utilizing special capabilities of ptb’s “hydrodynamic test field”. Conference: 6th International Symposium on Fluid Flow Measurement (Querétaro, Mexico, 2006). http://dx.doi.org/10.13140/2.1.1424.0321.
A.V. Osadchuk, V.S. Osadchuk, Radiomeasuring microelectronic transducers of physical quantities. International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON) (2015) https://doi.org/10.1109/SIBCON.2015.7147167.
N.G. Tarnovskii, V.S. Osadchuk, A.V. Osadchuk, Russian Microelectronics 29(4), 279 (2000) https://doi.org/10.1007/BF02773276.
A.V. Osadchuk, V.S. Osadchuk, I.A. Osadchuk, O.O. Seletska, P. Kisała, K. Nurseitova, Proceedings SPIE Volume 11176, Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry, and High-Energy Physics Experiments 111761I (2019).
A.V. Osadchuk, V.S. Osadchuk, I.A. Osadchuk, Maksat Kolimoldayev, Paweł Komada, Kanat Mussabekov, Proc. SPIE 10445, Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry, and High Energy Physics Experiments104451X (2017).
A.V. Osadchuk, V.S. Osadchuk, I.A. Osadchuk, P. Kisała, T. Zyska, A. Annabaev, K. Mussabekov, Przegląd Elektrotechniczny R93(3), 113 (2017).
Yulin Jiang, Sensors 20, 1431 (2020) https://doi.org/10.3390/s20051431.
Jianfeng Chen, Kai Zhang, Leiyang Wang and Mingyue Yang, Sensors 20, 4804 (2020) https://doi.org/10.3390/s20174804.
Mateusz Turkowski, Artur Szczecki and Maciej Szudarek, Sensors 19, 530 (2019) https://doi.org/10.3390/s19030530.
Thi Huong Ly Nguyen and Suhyun Park, Sensors 20, 388 (2020) https://doi.org/10.3390/s20020388).
Patent № 34077 of Ukraine, G01 No. 21/45. Optical floumeter of gas with frequency output / Osadchuk V.S., Osadchuk O.V., Deundyak V.P., Deundyak M.V. // Publ. Bul. No. 14 dated July 25, 2008.
MATLAB Programming Fundamental (MathWorks, Inc, 2019).
S.M. Sze, K.Ng. Kwok, Physics of Semiconductor Devices (Wiley-Interscience, Hoboken, USA, 2007).
User`s Guide includes PSPISE A/D, PSPISE A/D Basics and PSPISE Cadence Design Systems. Inc. All rights reserved (2016).
L. Rosado, Physical electronics and microelectronics. Ed. V.A. Terekhova (Higher school, Moskow, 1991).
V.V. Brajlovskyj, A.D. Veryga, Z.J. Gotra et al, Radioelectron. Commun. Syst. 53, 550 (2010) https://doi.org/10.3103/S0735272710100055.
Web-source: https://airspy.com/download/.
Web-source: https://www.rtl-sdr.com/tag/sdrsharp/.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
