Исследование и разработка детектора по теплопроводности на основе МЭМС-технологии для газовой хроматографии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат технических наук Терехин, Илья Владимирович

• Терехин, Илья Владимирович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Терехин, Илья Владимирович

Оглавление

Введение

Глава 1. Хроматография

1.1. Хроматография в экологии

1.2. Хроматографическая аппаратура

1.3. Детекторы для газовой хроматографии

1.3.1. Детектор электронного захвата (ДЭЗ)

1.3.2. Пламенно-ионизационный детектор (ДИП, ПИД)

1.3.3. Термоионный детектор (ДТИ, ТИД)

1.3.4. Детектор по теплопроводности (ДТП)

1.3.5. Масс-селективный детектор (МСД)

1.4. МЭМС-детекторы

Выводы по разделу 1

Глава 2. Расчет теплоотдачи и напряженно-деформированного состояния датчика

2.1. Классификация термомикросистем

2.2. Процессы турбулентной диффузии в газовой среде

2.2.1. Особенности процессов турбулентного переноса в каналах

2.2.2. Структура поля температур в неизотермическом турбулентном потоке

2.3. Дифференциальные уравнения теплообмена

2.4. Числа подобия

2.5. Подобие процессов конвективного теплообмена при вынужденном движении теплоносителя

2.6. Обобщение опытных данных на основе теории подобия

2.8. Расчет напряженно-деформированного состояния прямоугольной пластины

2.10. Расчет температурных напряжений в прямоугольной пластине

2.11. Расчет термонапряжений и изменение сопротивления в терморезисторах на подложке

Выводы по разделу 2:

Глава 3. Компьютерное моделирование гидродинамики и теплообмена в газовой камере датчика по теплопроводности

3.1. Описание программ и выбор расчетных моделей

3.1.1. Программы моделирования, цель их применения

3.2. Газодинамический расчет течения газов в канале и в камере теплообмена

3.2.1. Выбор моделей теплового преобразователя (с локальным нагревом, с проволочным, размеры термоэлементов, расположение их в чипе.)

3.2.2. Течение газа в канале

3.2.3. Течение газа в камере

3.3. Температурные поля в теплообменной камере детектора

3.3.1. Термодинамические характеристики микрочипов

Глава 4. Разработка детектора по теплопроводности для хроматографа на основе МЭМС-технологии и его характеристики

4.1. Технические данные хроматографа

4.2. Достоинства и недостатки ДТП

4.3. Особенности конструкции ДТП

4.4. Характеристики ДТП

4.4.1. Методика измерения характеристик детектора по теплопроводности на газовом хроматографе

4.4.2. Исследование терморезистивного МЭМС-датчика расхода газа 8УК-1 с различными газами

3

4.4.3. Режим работы

4.4.5 Применение детектора в составе хроматографа для анализа качества воздуха с системе вентиляции метрополитена

Общие выводы

Приложение 1

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка детектора по теплопроводности на основе МЭМС-технологии для газовой хроматографии»

Введение

Принято считать, что история развития MEMS технологий стартовала в

1954 году, когда был открыт пьезорезистивный эффект в материалах Ge и Si,

нашедший впоследствии своё применение в первых датчиках давления и

ускорения. Первый датчик давления на основе MEMS в массовых объёмах был

выпущен National Semiconductor в 1974 году, а старт производства в мировых

масштабах MEMS датчиков давления и акселерометров для подушек

безопасности автомобилей относится к началу 1990-х годов.

Сегодня ежегодные объёмы продаж ИС превышают уровень в $200 млрд.

долларов, MEMS - $10 млрд. Ожидается, что в 2012 году общий рынок MEMS

составит порядка $15 млрд., то есть увеличится в полтора раза.[1,2]

Увеличивающаяся потребность в микроэлектромеханических системах

(МЭМС) и устройствах на их основе обусловлена быстрым развитием

малоразмерных аппаратов и приборов нового поколения. [3,4]

Области применений MEMS ранжированы от самых массовых рынков -

автомобильного и потребительского до рынков сложных приборов

специального назначения, производимых небольшими партиями: медицинских

приборов, военной и аэрокосмической техники, промышленных АСУ -

например, контроля АЭС, контрольно-измерительной аппаратуры для

мониторинга метеоусловий. Для массовых рынков важнейшим требованием

является соотношение низкая цена и высокие объёмы производства, а для

рынков приборов специального назначения ключевым требованием являются

высокие рабочие характеристики.

В области хроматографического анализа газов существует несколько

различных методов детектирования состава анализируемой смеси. Каждый

метод может иметь несколько вариантов реализации.[5,6]

Конструктивные решения при проектировании новых систем часто

базируются на эмпирических зависимостях и сдерживаются отсутствием

данных расчетных моделей. В данный момент признается, что работы в области

5

подбора материалов для производства, а так же физического дизайна детекторов требуют широкого применения компьютерного моделирования динамики потока, анализа параметров напряженно-деформированного состояния и изменения электрофизических параметров терморезисторов. Для понимания функционирования и предсказания технических характеристик микросистем необходимо всестороннее моделирование поведения как отдельных материалов и деталей, так и узлов и конструкций в целом. [7-9]

Актуальность проблемы

Учет факторов масштабирования и групповых микроэлектронных технологий изготовления чувствительных элементов, расширение областей применения микромеханических систем выдвигают новые проблемы конструкторско-технологического характера. К ним относятся: выбор расчетных схем и моделей, наиболее полно учитывающих факторы, влияющие на технические характеристики микромеханических систем, оптимизация параметров конструкций, обеспечивающих требуемые динамические характеристики чувствительных элементов; подбор и создание материалов, поиск способов уменьшения влияния напряженно-деформированного состояния конструкций, технологических, температурных и иных факторов на точность и стабильность характеристик микромеханических систем; выбор электронных элементов с минимальным уровнем собственных шумов и др. Решение указанных проблем ведет к улучшению технических характеристик микромеханических изделий и расширению сферы их применения. Одной из важнейших областей применения микромеханических систем является экология. Для обеспечения безопасности человека и сохранения окружающей среды требуются точные и надежные приборы. В современном мире также большую роль играет мобильность и стоимость средств анализа и контроля. Применение МЭМС технологий позволяет создавать миниатюрные устройства,

не уступающие или даже превосходящие аналогичные устройства, но отличающиеся высокой доступностью [10-12].

Цель работы

Целью работы является исследование и разработка детектора по теплопроводности для газовой хроматографии, определение основных закономерностей его проектирования и эксплуатации.

В работе решены следующие научные задачи:

• Исследование зависимости теплоотдачи терморезисторов датчика от параметров течения газа и геометрических размеров чувствительного элемента детектора.

• Расчет механических и температурных напряжений в мембране детектора.

• Анализ изменения сопротивления терморезисторов на подложке за счет терморезистивного и тензорезистивного эффектов.

• Разработка компьютерной модели для исследования газодинамики и теплообмена для различных конструкций детектора.

• Моделирование и анализ температурных полей и теплоотдачи терморезисторов при различных газах в зависимости от скорости течения.

• Разработка методики проведения испытаний детектора и оценки его основных характеристик.

Научная новизна

• Установлена зависимость теплоотдачи терморезистора от параметров течения газа и геометрических размеров чувствительного элемента детектора. Впервые были получены числа подобия для теплоотдачи платинового терморезистора на кристалле.

• Установлено влияние термо- и тензорезистивного эффектов на сопротивление терморезистора

• Разработаны модели для исследования газодинамики и теплообмена для различных конструкций детектора.

• Разработаны модели и проведены исследования распределения тепловых полей и теплоотдачи терморезисторов при различных газах в зависимости от скоростей течения, оценены температуры тепловых источников.

• Разработана методика проведения испытаний детектора и оценки основных характеристик прибора.

Практическая полезность полученных результатов

• Проведен анализ газодинамических параметров потока в газовых камерах различной конструкции.

• Получено уравнение описывающее влияние параметров газового потока и геометрических размеров терморезисторов на теплоотдачу для конструкций с использованием МЭМС-датчиков.

• Разработана конструкторская документация и изготовлен детектор по теплопроводности для газовой хроматографии с датчиком и газовой камерой оптимальной конструкции.

Личный вклад соискателя

Автору принадлежит анализ современного состояния и формулирование задач в области совершенствования детектора по теплопроводности; анализа газодинамических течений и вывода уравнения теплоотдачи для данного устройства; проведение экспериментов и расчетов; систематизация и анализ результатов; участие в создании конструкции прибора. Были проведены эксперименты по определению рабочих характеристик устройства, проведенные по установленным методикам. Автором был осуществлен

комплекс работ по компьютерному моделированию газодинамики и теплообмена в газовых камерах детектора, проведен анализ и обобщение полученных результатов, сделаны выводы и рекомендации для создания оптимальных конструкций детекторов по теплопроводности с датчиками на кристалле.

Основной объем исследований и разработок, вошедших в диссертацию, получен в соавторстве с C.B. Сажневым которому автор благодарен за тесное и плодотворное сотрудничество.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы:

- анализ зависимости теплоотдачи терморезистора на кристалле датчика,

- метод расчета термонапряжений и изменения сопротивления в терморезисторе на подложке, напряженно-деформированного состояния мембраны,

- результаты компьютерного моделирования газодинамики и теплообмена в каналах и в теплообменной камере детектора,

- результаты исследования работы детектора по теплопроводности на основе МЭМС-технологии.

Внедрение и использование результатов

Результаты работы были использованы при производстве газовых хроматографов «Яуза-100» ЕЛО «Химавтоматика» и МХК Научно-исследовательского и конструкторского института хроматографии. Были получены соответствующие акты о внедрении.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 2 тезиса докладов, 6 статей.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, где изложена сущность и актуальность проблемы, 4 разделов, выводов и приложений.

Диссертация изложена на 150 страницах, из которых 135 составляет основной текст работы, включая 34 рисунков и 8 таблиц.

Список литературы содержит 178 источника, включая 8 работ с участием автора.

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Терехин, Илья Владимирович

Общие выводы

1. В результате анализа детекторов для газовой хроматографии, было установлено, что все они имеют существенные минусы и ограничения по эксплуатации. Установлено, что наиболее универсальным является детектор по теплопроводности. Показано, что применение МЭМС-технологии позволяет устранить недостатки детектора по теплопроводности, сохраняя при этом положительные качества.

2. Установлена зависимость теплоотдачи терморезистора от параметров течения газа и геометрических размеров чувствительного элемента. Впервые получены числа подобия для теплоотдачи платинового терморезистора на кристалле.

3. Разработаны методы расчета напряженно-деформированного состояния мембраны с терморезисторами при действии распределенной нагрузки и теплового поля. Показано, что элементы датчика, такие как мембрана, могут испытывать максимальное механическое напряжение, равное 136 МПа, что меньше предела прочности используемых материалов.

4. Разработаны компьютерные модели для исследования газодинамики и теплообмена для различных конструкций детектора, учитывающие турбулентность потока при расчете теплоотдачи.

5. Разработаны модели и проведены исследования распределения тепловых полей и теплоотдачи терморезисторов в различных газах в зависимости от скорости течения при заданной тепловой мощности терморезисторов

6. Разработана методика проведения испытаний детектора и оценки основных характеристик прибора.

7. В результате разработки детектора были получены более высокие характеристики, такие как шумы, предел детектирования, дрейф нулевого сигнала по сравнению со стандартным детектором по теплопроводности.

Детектор может применяться в капиллярной хроматографии. Разработанное

134 устройство является более экономичным и надежным. Долговечность разработанного детектора на порядок выше чем у детектора с нитями накаливания.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Терехин, Илья Владимирович, 2012 год

ЛИТЕРАТУРА

1. K.Williams and R.Muller. Etch rates for micromachining processing./ IEEE J.Microelectromech Syst. №5. 1996.- pp. 256-269 .

2. E.Dehan, A.Henning, E.Arcilic, Y.Harros. Evaluating the use of MEMS-based gas and fluid delivery systems./

www.micromagazin.com/MICROJulv-August98UltrapureMaterials by Edward В Dehan, (p_101).htm

3. Соколов JI.B. Анализ возрастающих потребностей в микромеханических сенсорах и МЕМС/ Датчики и системы. №6. 2005.- С .41-43.

4. R.W. Gehman, M.G. Murray, J.W. Speldrich. Reduced Package Size for Medical Flow Sensor/ Honeywell Freeport, IL 61032. IMAPS Technical Symposium. May 3. 2000.- pp. 1-5.

5. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества./Справочник/JT.: Машиностроение, 1989. - 700с.

6. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества / Справочник: Кн. 1 / СП: Политехника. 2002. - 409 с.

7. Аш Ж. и др. Датчики измерительных систем. Т.2./ М.:Мир. 1992.420 с. Попов С.Г. Измерение воздушных потоков /М.-JL: ГИТТл, 1977.- 296 с.

8. Olin J. The evolution of Thermal Mass Flow Meters/ October. 2002.

www.iarmag.com

9. Smart Materials and Sensors: Atomistic to Macro Physics Models/http://www.cisr,gwu-edu/research/atomistic details .html)

Ю.Романченко А.Ф. Расширение функциональных возможностей термоанемометрических датчиков нестационарного энергетического состоянию./Электронный журнал «Исследовано в России». httD://wwwtzhumal.ape.relamtru/articles/20Q 1 /050.pdf П.Хроматографический анализ окружающей среды. Под ред. Р.Гроба. М.: Мир, 1979, 606 е.;

12.Жуховицкий A.A., Туркельтауб Н.М. Газовая хроматография. М.: Гостоптехиздат, 1962, 240 е.;

13.Сакодынский К.И., Киселев A.B., Иогансен A.B. и др. Физико-химическое применение газовой хроматографии. М.: Химия, 1973, 254 е.;

14.Жидкостная колоночная хроматография. В 3 т. Под ред. З.Дейла, К.Мацека, Я.Янака. М.: Мир, 1972;

15.Березкин В.Г., Алишоев В.Р., Немировская И.Б. Газовая хроматография в химии полимеров. М.: Наука, 1972, 287 е.;

16.Морозов A.A. Хроматография в неорганическом анализе. М.: Высш. шк., 1972, 233 е.;

17.Березкин В.Г., Бочков A.C. Количественная тонкослойная хроматография. М.: Наука, 1980,183 е.;

18.Лабораторное руководство по хроматографическим и смежным методам. В 2 т. Под ред. О.Микеш. М.: Мир, 1982, т. 1-2, 783 е.;

19.Кирхнер Ю. Тонкослойная хроматография. В 2 т. М.: Мир, 1981, т. 1, 615 е., т. 2, 523 е.;

20.Экстракционная хроматография. Под ред. Т.Браун, Г.Герсини. М.: Мир, 1978, 627 с.

21.Руководство по газовой хроматографии / Под ред. Л.А. Жуховицкого. М., 1969. 503 с.

22.. Вяхирев Д.А., Шушунов А.Ф. Руководство по газовой хроматографии. М., 1971.784 с.

23.W. G. Jennings, Gas Chromatography with Glass Capillary Columns (Academic, New York, 1980). 26R. Dandeneau and E. H. Zerenner, J. High Resolut. Chromatogr. 2, (1979).

137

24.Яшин Я.И. Физико-химические основы хроматографического разделения. М., 1976. 217 с.

25.Баффингтон Р., Уилсон М. Детекторы для газовой хроматографии: пер. с нем., - М.: Мир, 1993. - 80с.

26.Другов Ю.С., Березкин В.Г. Газохроматографический анализ загрязненного воздуха, - М.: «Химия», 1981. - 256с.

27.Хайвер К. и др. Высокоэффективная газовая хроматография. - М.: Мир, 1993.-326с.

28.М. Dressier, Selective Gas Chromatographic Detectors (Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, 1986).

29.MD. J. David, Gas Chromatographic Detectors (Wiley, New York, 1974).

J. Sevcik, Detectors in Gas Chromatography (Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, 1976).

30.P. G. Jeffery and P. J. Kipping, Gas Analysis by Gas Chromatography (Pergamon, London, UK, 1964).

31. Лурье A.A. Хроматографические материалы. M., 1978. 438 с.

32.Ураксеев М.А., Романченко А.Ф., Абдрашитова Д.Р., Шилов С.А. Перспективы термоанемометрических методов измерения расхода газа или жидкости датчиков нестационарного энергетического состоянию./ Электронный журнал «Исследовано в России».

iittp:/7w\w.zhmTial.ape;relam-.m/art.i.cles/2()01 /051 ,pdf

33.Царев Н.И., Царев В.И., Катраков И.Б. "Практическая газовая хроматография" Барнаул 2000

34."Аналитическая хроматография" М.:Химия 1993

35.Бражников В.В. "Детекторы для хроматографии" М.Машиностроение 1992

36.Гиошон Ж., Гийемен К. "Количественная газовая хроматография" ч.1, М.: Мир, 1991

37.Golay, M.J.E. In Gas Chromatography. Eds D.H.Desty / M.J.E. Golay. -

London, 1958. -P. 36.

38.Dijkstra G., De Goey J. // Gas chromatography, 1958 / Ed. D.H. Desty. L.: Butterworths, 1958. P. 56. Русс. пер. в кн.: Газовая хроматография. М.: Изд-во иностр. лит., 1961. С. 61.

39.Condon R.D. /I Proc. of Second Eastern Anal. Symp. N.Y., 1960.

40.Puree UJ. E. II Nature. 1964. Vol. 201. P. 1321.

41.Нориков Ю.Д. И Завод, лаб., 1956. Т. 22, № 1. С. 28.

42.Canin DL., King R.W., Shawnan S.D. II Anal. Chem. 1964. Vol. 36. P. 1175.

43. Petrocelli JA. /I Ibid. 1963. Vol. 35. P. 2220.

44.Rodel E. ACHEMA, European Convention of Chem. Eng. Frankfurt a. M., 1964.

45.Mohnke M., Saffert W. // Chem. Technol. 1961. Vol. 13. P. 685.

46. Schwartz R.D., Brasseaux DJ., Shoemake G.R. II J. Gas Chromatogr.1963. Vol. LP. 32

47.Wells G., Simon R. //J. Chromatogr. 1983. Vol. 256, N 1. P. 1-15.

48.Фарзане А.Д. II Журн. аналит. химии. 1997. Т. 52, № 11. С. 832

49.Messaros D.W., Law СЕ., Kolloff R.H. et al. // 20th Intern. Symp. "Advances in chromatography". N.Y., 1984.

50.Михеев M.A., Михеева И.М. Основы теплопередачи. Изд. 2-е, стереотип. М., «Энергия», 1977.

51.Таунсенд A.A. Структура турбулентного потока с поперечным сдвигом. Пер. с англ. М., Изд-во иностр. Лит., 1959.

52.Gesner F.B., Jones J.B. A preliminary study of turbulence characteridtics of flow along a corner. - «Trans. ASME», 1961, v.D83, № 4, p.657.

139

53.Brundrett E., Baines W.D. The production and difiusionof vorticity induct flow. - «J. Fluid. Mech.», 1964, v. 19, № 3, p.375.

54.Перенос теплапри турбулентном течении жидкости в квадратном канале.

- В кн.: Жидкие металлы. М, Атомиздат, 1967, с. 81. Авт.: М.Х.Ибрагимов, Ю.М. Работяшкин, Г.И. Сабелев, В.И. Сидоров, В.И. Субботин.

55.Бобков В.П., Ибрагимов М.Х., Субботин В.И. Расчет коэффициента турбулентного переноса тепла при течении жидкости в трубе. - «Атомная энергия», 1968, т.24, вып. 5, с.422.

5 6.Бобков В .П., Ибрагимов М.Х., Сабелев Г.И. Метод расчета коэфициента турбулентной диффузии тепла в каналах некруглого поперечног сечения.

- «Теплофизика высоких температур», 1968, т. 6, № 4, с.674.

57.Blake A.W., Sparrow Е.М. Experiments of turbulent heat transfer in a tube with circumferentially varying thermal boundary conditions. - «Trans. ASME», 1967, v.C89, №3. p.258.

58.P. P. Hunt and H. A. Smith, J. Phys. Chem. 65, 87 (1961). 3F. Bruner and G. P. Cartoni, J. Chromatogr. 10, 396 (1963). 4G. Schomburg and D. Henneberg, Chromatographia, 1. 23 (1968). 5E. Gil-Av and B. Feibush, Tetrahedron Lett. 3345 (1967).

59.R. M. Chicz and F. E. Regnier, Anal. Chem. 61, 2059 (1989). 7M. J. E. Golay, in Gas Chromatography 1958, edited by D. H. Desty (But-terworths, London, UK, 1956), p. 36.

60.A. J. P. Martin and R. L. M.Synge, Biochem. J. 35, 91 (1941). 9E. Cremer and F. Prior, Z. Elektrochem. 55, 66 (1951).

61.1,J. Janak, Chem. Listy 47, 464 (1953).

62.C. S. G. Phillips, Disc. Faraday Soc. 7, 241 (1949).

63.A. T, James and A. J. P. Martin, Biochem. J. 50, 679 (1952).

64. G. Guiochon and С Pommier, Gas Chromatography in Inorganics and Organometallics (Ann Arbor Science, Ann Arbor, MI, 1973), Chap. 5.

65.A. T. James and A. J. P. Martin, The Analyst 77, 915 (1952). I5C. L. Guillemin, M. Deleuil, S. Cirendini, and J. Vermont, Anal. Chem. 2015 (1971).

66. G. Guiochon, in Chromatographic Reviews, edited by M. Lederer (Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, 1967), Vol. 8, p. 1.

67.J. C. Giddings, in Chromatography, 3rd. ed., edited by E. Heftmann (Van Nostrand Reinhold, New York, 1975), pp. 27-44. ,8J. J Van Deemter, F. J. Zuiderweg, and A. Klinkenberg, Chem. Eng. Sci.5, 271 (1956).

68.R. P. W. Scott, in Gas Chromatography 1960, edited by R. P. W. Scott(Butterworths, London, UK, 1960), p. 144.

69.J. H. Purnell, J. Chem. Soc. 1960.

70.E. Grushka, Anal. Chem. 42, 1142 (1970).

71.J. M. Davies and J. C. Giddings, Anal. Chem. 55, 418 (1983).

72.M. Martin, D. P. Herman, and G. Guiochon, Anal. Chem. 58, 2200(1986).

73.W. G. Jennings, Gas Chromatography with Glass Capillary Columns (Academic, New York, 1980). 26R. Dandeneau and E. H. Zerenner, J. High Resolut. Chromatogr. 2, (1979).

74. S. R. Lipsky, W. J. McMurray, M. Hernandez, J. E. Purcell, and K. A. Bilkb, J. Chromatogr. Sei. 18, 1 (1980).

75.Поломошнов С. А. Конструктивно-технологический базис термомикросистем с малой потребляемой мощностью. Диссертация к.т.н./ М. 2005. МИЭТ (ТУ).

76.Романченко А.Ф. Расширение функциональных возможностей термоанемометрических датчиков нестационарного энергетического состоянию ./Электронный журнал «Исследовано в России». http ://www. zhurnal .ape.relarn.ru/articles/2Q01 /050.pdf

77.Ураксеев М.А., Романченко А.Ф., Абдрашитова Д.Р., Шилов С.А. Перспективы термоанемометрических методов измерения расхода газа или жидкости датчиков нестационарного энергетического состоянию./ Электронный журнал «Исследовано в России». http://wvm.zhumal.ape.relam.ru/aiticles/2001/051 ,pdf

78.Котов В.И., Черепахин И.И. Твердотельный микроанемометр для жидких и газообразных сред./ Электроника и Информатика - XXI век. IV Международная научно-техническая конференция: тезисы докладов, часть 2. М:МИЭТ. 2002.- С.42.

79.Вагнер В.Д., Пурцхванидзе И.А. Микростстемы: проблемы и решения./ Микросистемная техника. №10. 2002.- С. 13-18.

80.Котов В.И., Черепахин И.И. Интегральный кремниевый микроанемометр для измерения жидких и газообразных сред./ Микросистемная техника. №Л2003.- С. 14-20

81-S.Wu, Q.Lin, Y.Yuen. MEMS flow sensor for nano-fluidic application/Sensors and Actuators A 89. 200.- pp.152-158.

82.S.He, M.M.Mench, S.Tadigadapa. Thin film temperature sensor for realtime measurement of electrolyte temperature in polymer electrolyte fuel cell./Sensors and Actuators A 125. 2006.-pp.170-177.

83.T.H.Kim, S J.Kim. Development of micro-thermal flow sensor with thin film thermocouples/J.Micromech.Microeng. №16. 2006.- pp.2502-2508.

84.Зиновьев Д.В. Разработка интегральных термосенсоров на основе монокристаллической кремниевой фольги и исследование их

85.характеристик. Диссертация к.т.н./ М. 1999. МИЭТ (ТУ).

86.Henning А.К., Harris J.M., Hertzler В., Pearlstein R.: Contamination reduction

using MEMS-based, high-precision mass flow controllers./ In Proceeding

142

SEMICON West Symposium on Contamination Free Manufacturing for Semiconductor Processing. SEMI Mountain View, CA. 1998.-pp.l-ll.

87.Henning A.K., Fitch Y.S., Harris J.M., Dehan E.B., Cozad B.F., Christel L., Fathi J., Hopkins, D.A., Lilly, McCulley W„ Weber W.A, Zdeblik M. Microfluidic MEMS for semiconductor processing./ IEE Trans. Components, Packaging and Manufacturing Technology. B21.1998. - pp. 329-337.

88.K. S. Teh, L. Lin. Time-dependent buckling phenomena of polysilicon micro beams./ Microelectronics Journal. № 30. 1999 - pp.1169-1172.

89.Th. Borca-Tascuic, W.Liu, J.Liu, K.L.Wang, G. Chen. Anisotropic thermal conductivity of a Si/Ge quantum dot superlattice/. IMECE. HTD. V.№ 366- 2. 2000.- pp.381-384.

90.A. Ziegler et al. A bridge in understanding./ Materialstoday. Janaury. 2005.-p.14, перепечатка из Science (2004) 306, p. 1768.

91.Сажнев C.B., Фомичев M.A., Тимофеев B.H., Проблемы чистоты газового потока в расходомерах на базе МЕМС-технологии./ Оборонный комплекс - научно - техническому прогрессу России. №4 2004.-С. 68-71.

92.К.Williams and R.Muller. Etch rates for micromachining processing./ IEEE J.Microelectromech Syst. №5. 1996.- pp. 256-269 .

93. E.Dehan, A.Henning, E.Arcilic, Y.Harros. Evaluating the use of MEMS- based gas and fluid delivery

systems./ www.micromagazinxom/MICROJiilv-

August98UltrapureMaterialsDeliverv by Edward В Dehan, (p_101).htm

94.F.Mayer, O.Paul, H.Baltes.Influence of geometry and packaging on response of thermal CMOS flow sensor ./Presented at Traduceds'95. Eurosensor IX. Stockholm. Swden.1995.

95.C.Bang . A new approach to MEMS fabrication / www.sensorsiiiag.com 96.S.Renard, V.Gaff. The romies of generic micromachining technology of

MEMS / www, sensorsmagxom

97.S.W.Yason, H.Halvajian, K.Brener./MEMS, Microengineering and Aerospace Systems/ Reprint: American Institute of Aeronautics and Astronautics. 1999-(AIAA99-3802)

98.Ермаков А.П., Яценко C.H. Нитевидные кристаллы кремния как модельные объекты для создания первичных преобразователей физических величин./ Sensor&Systems. №5. 2000.- pp. 14-16.

99.Ермаков А.П. Механические свойства нитевидных кристаллов кремния и германия при внешних воздействиях и методы их изучения. Автореф. Дисс.д.т.н./Тула. ТПИ (ГУ).2000.- 32с

100. Петров П.П., Дугаев В.К, Новиков А.А. Нитевидные кристаллы твердых растворов Si-Ge с улучшенными метрологическими характеристиками./ Тезисы докладов 3 Всероссийской конференции. Воронеж. 1978.-С. 1- 10.

101. Ермаков С. А., Ермаков А.П., Дрожжин А.И. Первичные преобразователи на основе нитевидных кристаллов кремния и их применение в информационных системах. http ://www. sibsau.ru/science/archi v/PERSPEKTI VNYE%20MATERIAL Y %2QI%20TEHNOLOGII.pdf

102. Multiscale modeling of polycrystalline material./Smart Materials and Sensors: Atomistic to Macro Physics Models./2005. http://www.cisr.gwu.edii/research/atomistic details.html

103. C.Liu, J-B.Huang, A. Zhu, F. Jiang, S.Tung, Y.C.Tai and C.M. Ho. A Mi- cr omachined Flow Shear Stress Sensor based on Thermal Transfer Principle/J. of Microelectromechanical Systems. V.8. №1.1999.- pp. 90-99.

104. T.Yoshino, Y.Suzuki, N.Kasagi, S.Kamiunten. Optimum design of micro thermal flow sensor and its evaluation in wall stress measurements./Reprint:MEMS-03. Kyoto. Japan. Jan. 19-23. 2003.

105. Meng E., Wu S., Tai Y-C. Silicon couplers for microfluidic applications. Fresenius Journal of Analytical Chemistry. N 371(2).2001-pp.270-275.

106. Meng E., Gassman S., Tai Y-C. A MEMS body fluid flow sensor. Micro Total Analysis Systems.2001. Monterey, CF.2001- pp. 167-168.

107.Meng E., Tai Y-C. A Parylene MEMS flow sensing array. Technical Digest, the 12 International Conference on Solid Static Sensors, Actuators and Microsystems. Transducers 03, Boston, USA.2003- pp.686-689.

108.Y.Xie, Y.Shihand, Yu-C. Tai. Integrated surface-micromachined mass flow controller ./Reprint: California Institute of Technology. Caltech. Micromachining Lab. Electrical Engineer 136-93. 2003.

109.Z.Fan, J. M.Engel, J.Chen, Ch. Liu. Parylene Surface-Micromachined Membranes for Sensor Applications/J. of Microelectomechanical Systems. V.3. №3.2004.-pp. 484-490.

110.P.Cousseau, O. Dubochet, Ph. Lerch, Ph. Renaud. A Comparison of the Behavioral Characteristics of Miniature Gas Flow Sensors./ Swiss Federal Institute of Technology Laussane.2000. http://www.nsti.org/procs/MSM2000/13/T42.Q9

111.J.Han, Z.Y.Tan, K. Sato, M. Shikida Three-dimensional interconnect technology on a flexible polyimidefilm./ J. Micromech. Microeng. №14. 2004.- pp.38-48.

112.Z.Y. Tan, M. Shikida, M. Hirota, K. Sato. On-wall in-tube inserted thermal flexible micro sensor for measuring mass flow./ httn://ieeexplore.ieee.org/Xplore/log

.pdf?arnumber= 1590000

113.C.Lyons, A.Friedberger, W.Welser, G.Muller, G.Krotz, R.Kassing, B.Dai -mler, A.G. München. A high-speed mass flow sensor with heated silicon carbide bridges./MEMS 98. Proceedings. The Eleventh Annual International

Workshop. 1998- pp.356-360.

114.CMOSens PerformanceLine Mass Flow Controller for Gases./Preliminary 115.Information VI.4. July 2003. www.seiisirion.com

116.US Pat 6.813.944 Flow sensor http://www.uspto.gov/patft/index.html

117.US Pat. 6.550.324 Method and sensor for measuring a mass flow. http://www.uspto.gov/patft/index.html

118.EP 0698786 Atmosphere measuring device and flow sensor. http ://www .european-patent-office.org/index.en.php

119.US Pat 6.779.712 Flow sensor and method for producing the same. http.7/www.uspto.gov/patft/index.html

120.EP 1092962 Offset reduction for mass flow sensor. http://www.european-patent-office.org/index.en.php

121.US Pat 6.502.983 Micro-machined thermo-conductivity detector, http:// w ww. uspto. go v/patft/index. htm 1

122.US Pat. 6.868.723 Thermal anemometiy mass flow measurement apparatus and method, http://www.uspto.goy/patft/mdex .html

123 .US Pat. 6.868.722 Air flow rate measuring apparatus http://www.uspto.gov/patft/index.html

124.USPat 6.078.030 Component heater for use in semiconductor manufacturing equipment, http://www.uspto.gov/patft/index.html

125.US Pat 6.160.243 Apparatus and method for controlling fluid in a micromachined boiler http://wwwAispto.gov/patlVindexIitml

126.US Pat 6.627.465 System and method for detecting flow in a mass flow controller http ://w ww .uspto. go v/patft/index.html

127.US Pat 6.568.261 Hot wire gas flow sensor http://www.uspto.gov/patft/indexJitml

128.USPat 6.112.591 Flow sensor http://www.uspto.gov/patft/index.htol

129.US Pat 6.659.131 System and method for integrating gas components http ://www.uspto. gov/patft/index.html

130.US Pat. 7.107.835 Thermal mass flow sensor http ://www.uspto. gov/patft/index.html

131.Васильев A.A, Гогиш-Клушин С.Ю., Харитонов Д.Ю., Paranjape

132.М.(М.Паранджапе), Певгов В.Г., Писляков A.B. Новый подход к

микромашинной технологии изготовления сенсоров: микроэлектронные

146

чипы с тонкой мембраной из оксида алюминия./Сенсор. №3. 2002.- С.23-29/ www.sensor-magazine.ru

133.Васильев А.А. Микромощные полупроводниковые сенсоры на тонких диэлектрических мембранах./ Датчики и Системы. №10. 2004.-С.23-28.

134.T.McKnight. A Highly Automated Testing Facility for Calibration and Performance Testing of Mass Flow Controller./ IEEE. 1995.-pp. 157-160.

135.SEMASPEC #92051107A-STD SEMATECH Guide for Contamination Control in the Design, Assembly, and Delivery of Semiconductor Manufacturing Equipment 136.SEMASPEC #92071231B-STD SEMASPEC Provisional Test Method for Evaluating the Electromagnetic Susceptibility of Thermal Mass Flow Controllers

137.SEMASPEC #92071233B-STD SEMASPEC Provisional Test Method for

Determining the Corrosion Resistance of Mass Flow Controllers 138.SEMASPEC #92071223B-STD SEMASPEC Provisional Test Method for

Determining Warm-Up Time of Mass Flow Controllers 139.SEMASPEC #92071230B-STD SEMASPEC Provisional Test Method for

Determining Steady-State Supply Voltage Effects for Mass Flow Controllers 140.SEMASPEC #92071228B-STD SEMASPEC Provisional Test Method for Determining Mass Flow Controller Performance Characteristics from Ambient

and Gas Temperature Effects 141.SEMASPEC #92071225B-STD SEMASPEC Provisional Test Method for Verification of Calibration Accuracy and Calculation of Conversion Factors for a Mass Flow Controller Using Surrogate Gases 142.SEMASPEC #92071221B-STD SEMASPEC Provisional Test Method for Determining Accuracy, Linearity, Repeatability, Short Term Reproducibility, Hysteresis, and Dead band of Thermal Mass Flow Controllers 143.Mechanical characterization of thermal flow sensor membranes./ Sensors 2-е Actuators A125. 2006.- pp.260-266

144J.Puigcorbe. D.Yogel, B.Michel, A. Vila, I.Gracia, C. Cane, J.R.Morante. Thermal and mechanical analysis of micromachined gas sensors./ J.Micromech.Microeng. №13. 2003.- pp.548-556.

145.J.Hurly. Thermophysical Properties of Semiconductor Processing Gases./ http://wwwxse.clrc.ac.uk/ceg/papers/md23.pdf

146.Q.Lin, F.Jiang, Xu.Q Wang, Y. Xu, Z. Han, Yu.C Tai, J.Lew, Ch. M. Ho. Experiments and simulations of MEMS thermal sensors for wall shear-stress measurements in aerodynamic control applications./ J.Micromech.Microeng.V. 14. 2004.-pp. 1640-1649.

147.Q.Lin, Y.Xu, F.Jiang, Yu.C.Tai, Ch.M.Ho. Parametrized Three-Dimensional Model for MEMS Thermal Shear-Stress Sensors./Journal of Micro Electromechanical Systems. V.14, №3. 2005.- pp.625-633.

148.I.H. Jafri, F.Jr.DiMero, J.Neuner, S.DiMascio, J.Marchetti, Experimental investigation, modeling and simulations for MEMS based gas sensor used for monitoring process chambers in semiconductor manufacturing./ http://www.

149.J.Hildenbrand. Simulation and Characterisation of a Micromachined Gas Sensor and Preparation for Model Order Reduction. Diploma Thesis of Institute for Microsystem Technology./ Albert Ludwig University Freiburg, Germany. 2003. 14lp.

150.K.Mutamba, A.I.Ahmed, V.Guimapi Tsague. Analysis of Micromachined Thermal Sensor Structures./ Institute fur Hochfrequenztechnik TUD. 2003-pp.42-43.

151.C.Moosmann, E.B.Rudnyi, A.Greiner, J.G.Korvink. Model Order Reduction for Linear Convective Thermal Flow./ 2004.-9p. (pdf)

152.Рак A.Yu. Tensosensitivity of hot-wire probe./ Институт теоретической и прикладной механики СО КФР./ Новосибирск. 2002.-С.128-132

http://itam.nsc.ruMibr/eLib/confer/ICMAR/2002/part 2/pak.pdf

153.Пикулев А.А. Теоретическое исследование коэффициента теплоотдачи нагретой проволочки в потоке газа./ Журнал технической физики. Том 73, вып.6. 2003.- С. 32-35.

154.Чуйко В. А. Моделирование рабочих характеристик импульсного термисторного термоанемометра./Электронная версия статьи, опубликованной в сборнике Научные работы Донецкого национального технического университета. Серия: Вычислительная техника и автоматизация. Донецк. ДонНТУ. 2004.

15 5 .http://www

156.Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости./ М.:Наука. 1975.- 575с.

157.Физические величины. Справочник под ред. И.Г.Григорьева./ М.: Энергоатомиздат. 1991. -1200 с.

158.Клокова Н.П. Тензорезисторы./М. Машиностроение. 1990. - 222 с.

159.Штефель И.Т. Терморезисторы./М.:Наука. 1973. - 416 с.

160.Энциклопедия неорганических материалов / Т.1. Киев. ГРУСЭ. 1977. -840 с.

161.Сажнев С.В., Фомичев М.А., Тимофеев В.Н. Применение нитевидных первичных преобразователей в термоконвективных газовых расходомерах. Нано- и микро - системная техника, №1, 2006 - с.39-43.

162.Сажнев С.В., Тимофеев В.Н., Фомичев М.А., Миркурбанов Х.А. Физико-механические характеристики нитевидных первичных термопреобразователей в газовых расходометрах. Нано- и микросистемная техника, №4, 2007 - с.65-69.

163.Y. Fukuta, D. Collard, Т. Akiyama, Е.Н. Yang, Н. Fujita, Microactuated self-assembling of 3D polysilicon structures with reshaping technology, Proceedings of the 1997 IEEE 10th Annual International Workshop on

MEMS, 1997, pp. 477-481.

164.Q. Wu, K.M. Lee, C.C. Liu, Development of chemical sensors using microfabrication and micromachining techniques, Proceedings of the Fourth

International Meeting on Chemical SensorsB13 (1-3) (1993) 1-6.

149

165.Беляев Н.М. Сопротивление материалов. - М.: Наука, 1975 - 605с.

166.Концевой Ю.А., Литвинов Ю.М., Фаттехов Э.А. Пластичность и прочность полупроводниковых структур. - М.: Радио и связь. 1982 - 239с.

167.Физические величины. Справочник под ред. И.С. Григорьева. - М.: Энергоатомиздат. 1991. - 1200 с.

168.Maarten P., Brian D., Fernando В. A small area in-situ MEMS test structure to measure fracture strength by electrostatic probing. // SPJE

Proceedings r.3875. 1999.

169.A.B. Чигарев, A. С. Кравчук, A. Ф. Смалюк ANSYS для инженеров. Справочное пособие./ Машиностроение-1, 2004 г.- 512 с.

170.Теория тепломассообмена. Под ред. А.И.Леонтьева./ М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1997.- 683 с.

171.Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена./ М.: Атомиздат, 1979.416 с.

172.Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя./ М.: Наука, 1974.- 712 с.

173.Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа./ М.: Наука, 1973.- 848 с.

174.Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача./ М.:

Энергия, 1981.-416 с.

175.Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости./М. : Энергия. 1984.- 149 с.

176.Патанкар С., Сполдинг Д. Тепло и массообмен в пограничных слоях./ М.: Энергия. 1952.- 318 с.

177.Шнейдер П. Инженерные проблемы теплопроводности./ М.: Изд-во Иностр. Литер, i960.- 478 с.

178,Оцисик М.Н. Сложный теплообмен./ М.: Мир. 1976.- 616 с. 179.ГОСТ 26703-93 Хроматографы аналитические газовые. Общие технические требования и методы испытаний