Алматы 2017 январь

 

●

 Технические науки 

 

224                                                                                            

№1 2017 Вестник КазНИТУ 

 

5.  Жасалатын аспаптардың бөліктері мен элементтерін  бір қалыпқа келтіру және стандарттау; 

6.  Ақпаратты  өңдеу  мен  өлшеу  үдерісін  зерделендіру  үдерістерін  ендіру,  ол  микропроцессор-

лар мен қазіргі заманғы элементтік базаны қолдану арқылы жүзеге асуы тиіс. 

Жоғарыда айтылған ережелерді физикалық шамалар датчиктеріне (ФШД) қолданылуын қарас-

тырайық. ФШД–дің өндіріс шығындарын және құнын  төмендету үшін микроэлектроника  мен мик-

ромеханиканың топтық үдерісін пайдалану қажет. Бұл жерде үлкен диаметрдегі кремний пластинала-

рын  және  микроэлектронды  датчиктердің  (МЭД)  ең  сезімтал  элементтерінің  (кристаллдар)  аз  өлше-

мін  және жарайтындарын пайдалану арқылы   жартылай өткізгішті сезімтал элементтердің (ЖӨСЭ) 

жалпылай  шығарылуын  қамтамасыз  етуге  болады.  ЖӨСЭ–дің  базалық  жобаларын  және  практикада 

тексерілген  өлшеу  модульдарын  (ӨМ)  пайдалану  негізінде  микроэлектронды  ФШД–дің    құрамдас 

бөліктерін жаппай өндіріске енгізуге болады [1]. 

Айта кету керек, шетелдік аспап және датчик жасаушы фирмалар (Эндэвко, Этран, Кулайт жә-

не т.б.) дәл осы жолмен жүруде, олар бірнеше базалық өлшеу модульдерін жобалау мен жасау техно-

логиясын қайта қарап, оларды ФШД жасауда әртүрлі жобалық орындалуын пайдаланады.    

Ғылыми–зерттеу  және  тәжірбиелік–жобалау  жұмыстарын жүргізу  үдерісінде  біртектестірілген 

бірнеше  ЖӨСЭ және ӨМ жасалған, олар бөліктер мен базалық элементтерді, арнайы технологиялық 

үдерістерді,  операциялар  мен  алмасуларды  пайдалану  негізінде  жұмыс  істейді.  Осындай  жобалау–

технологиялық  шешімдер  (ЖТШ)    негізінде  микромеханикалық  элементтер  мен  технологияларды 

пайдалана отырып, тұтас бір қозғалыс параметрлері [2-4],  күштік шама датчиктерінің тобы жасалған. 

ЖӨСЭ және ӨМ–ның жасалған негізгі жобалары 1…4 суреттерінде көрсетілген. 

Оларды жобалау мен жасауда мынадай жобалау–технологиялық шешімдер қолданылған: 

 микроблоктар мен мембраналарды  профильдеу; 

 механикалық  кернеудің  концентраттарын,  вакуумделген  микро  қуыстарын,  қабаттық  және 

диффиузиондық термокомпенсаторын, поликремниилік термо және тензорезисторларын құру;  

 монокристаллдық кремнийді прецизионды терең анизотропты ою; 

 кремнийді плазмохимиялық ою және контактілі металдау 

 кремнийді анодты және диффузионды шынымен және металмен қосу. 

5

4

1

2

3

 

 

1-cурет. Қысымды ӨМ МЭД (1 - кремнийлік мембрана; 2 - шыны; 3 – метал қаптама; 4 – шынының металға 

кірігу аумағы; 5-еріту  аумағы) 

 

с 

2-сурет. Сызықтық акселерометрдің өлшеу модулі  

 

 

●

 Техникалық ғылымдар 

 

ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017                                          

225 

 

 

а 

 

 

 

 

 

 

б 

3-сурет. Салыстырмалы қысым(а)  мен абсолютті қысымның (б) өлшеу модулі 

 

4-сурет. Жетілдірілген элементтері бар салыстырмалы қысымның біртектестірілген өлшеуіш модулі   

(1-шыны втулка–ұстағыш; 2-кремний кристаллы; 3-тезосызба; 4- жоғары бағытталған диффузиялық шиналар; 

5- жұқа қабатты өткізгіш; 6- кристаллдың табысу ауданы; 7- иілгіш өткізгіш; 8- жұқа қабатты  баптағыш эле-

мент;  9- жұқа қабатты резистор; 10-шығысты жұқа қабатты өткізгіштер) 

 

ӘДЕБИЕТТЕР 

[1]  Михайлов П.Г. Микроэлектронные датчики, особенности конструкций и  характеристик //  Приборы 

и Системы. Управление, Контроль, Диагностика  2004, № 6. С.38-42. 

[2]  Михайлов П.Г. Микроэлектронный датчик давления  и температуры // Приборы и Системы.  Управ-

ление, Контроль, Диагностика. – 2003. № 11. – С. 29-31. 

[3]  Михайлов П.Г. Микроэлектронный датчик  давления // Приборы и Системы. Управление, Контроль,  

Диагностика. - 2003. № 11, - c. 29-30 

[4]    Михайлов  П.Г.  Микромеханические  устройства  и  приборы.  Учебное  пособие.  /  Пенза: 

Информационно-издательский центр ПГУ, 2007 174 с. 

 

Ожикенов К.А.,  Михайлов П.Г., Айтимов М.Ж., Кушегенова Ж.К., Кагазбекова Л.С.

 

Базовые  конструкции    измерительных  модулей  и  чувствительных  элементов  микроэлектронных 

датчиков физических величин.  

Резюме.  В  статье  рассмотрены  различные  конструктивные,  технологические  и  экономические  методы 

унификации и стандартизации измерительных модулей и чувствительных элементов микроэлектронных датчи-

ков физических величин.  

5 

 

●

 Технические науки 

 

226                                                                                            

№1 2017 Вестник КазНИТУ 

 

Ключевые  слова:  Датчик,  контроль,  технологические  методы,  конструктивно-технологические  реше-

ния, модуль измерения. 

 

Ozhikenov K.A., Mikhailov P.G., Aitimov M.Zh., Kushegenova Zh.K., Kagazbekova L.S.

 

Basic  design  of  measuring  modules  and  the  sensitive  elements  of  microelectronic  sensors  of  physical 

quantities. 

Summary. The article deals with various structural, technological and economic unification and standardization 

of methods measurement modules and the sensitive elements of microelectronic sensors physical quantities. 

Key words: Sensor, control, technological methods, construction and technological solutions, measuring module. 

 

 

ӘОЖ: 681.518.54; 681.586.773 

 

1

К.А. Ожикенов, 

2

П.Г. Михайлов, 

1

М.Ж. Айтимов,  

1

Ж.К. Кушегенова, 

1

Л.С. Кагазбекова 

 

(

1

Қ. И. Сәтбаев атындағы Қазақ Ұлттық зерттеу техникалық университеті,  

Алматы, M_J_Ai@mail.ru.  

2

Пенза мемлекеттік технологиялық университеті, Пенза, РесейҚ 

 

СИЫМДЫЛЫҒЫ ЖОҒАРЫ ҚЫСЫМ ДАТЧИКТЕРІН МОДЕЛЬДЕУ 

 

Аңдатпа: Берілген жұмыста сиымдылығы жоғары қысым датчиктері (СЖҚД)   мен олардың негізгі өл-

шеу модулі (ӨМ) және сезімтал элементтерін (СЭ)  модельдеу ерекшеліктері қарастырылған.  

Кілт сөздер: Датчик, бақылау, өлшеу модулі, сезімтал элементтер.  

 

Сиымдылығы жоғары қысым датчиктері (СЖҚД)  ғылым мен техниканың әртүрлі салаларында 

жоғары сұраныста, себебі олар жоғары уақытша  тұрақтылыққа ие пен өлшенетін қысым мен темпе-

ратураның кең шеңберінде сенімді жұмыс істейді.  СЖҚД–ның негізгі кемшілігі –  0 мен 100 Гц ара-

лығындағы тар жиіліктік диапазоны болып табылады [1, 2]. 

Қазіргі  заманғы  СЖҚД–ның  негізі  өлшеу  модулі  (ӨМ)  және  оның  құрамына  енетін  сезімтал 

элемент  (СЭ)  –  1  сурет,  олар  сиымдылығы  жоғары  датчиктердің  метрологиялық  ерекшеліктерінің 

басым көпшілігін анықтайды, сондықтан да  оларды модельдеу  датчикті жасау үдерісіндегі міндетті 

процедура болып табылады [3].    

 

1-сурет. Дифференциальды қысымды өлшейтін сиымдылығы жоғары датчиктің өлшеу модулі 

 

Зерттеу  үдерісін  жүргізу  барысында  модельдеудегі  базалық  конструктив  ретінде  бельгиялық  

компания BCM Sensor Technologies жасаған 115С типтес сиымдылығы жоғары өлшеу модулі қабыл-

данды [4].  

Маtlab-Simulink жүйесінде модельдеу үдерісін жүргізу барысында,  Simulink кітапханаларының 

қызметші блоктарын баптау үшін, өлшенетін қысымның СЭ–тің сиымдылығы өзгерісіне байланысты 

болатын [5], негізгі математикалық модельдер алынды[6]: 

–  мембрана иілімі 

 

●

 Техникалық ғылымдар 

 

ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017                                          

227 

 

p

h

E

R

M





















3

4

2

0

16

)

1

(

3

 

 

 

 

 

(1) 

бұндағы Е – Юнг модулі; µ– Пуассона коэффициенті; h – мембрана қалыңдығы 

          – СЭ–тің сиымдылығының абсолютті өзгерісі: 

p

h

E

R

E

C

M





















3

2

6

2

)

1

(

16







   

 

 

 

(2) 

– сиымдылықтың салыстырмалы өзгерісі 

p

h

E

R

C

C

M



















3

4

2

16

)

1

(





 

 

 

 

 

(3) 

Сиымдылығы жоғары ӨМ–нің орындайтын қызметтеріне байланысты, оның құрылымдық қыз-

меттік моделі жасалынды (сурет 2).    

 

а) 

 

 

 

б) 

2-сурет. Сиымдылығы жоғары ӨМ–нің құрылымдық қызметтік сызбасы және оны модельдеудегі  

бағдарламаның жұмыс терезесі  

а 

 

●

 Технические науки 

 

228                                                                                            

№1 2017 Вестник КазНИТУ 

 

Сурет 2–ге сәйкес,  аралық  және тікелей түрлендірулер үшін төмендегі құрылымдық түрленді-

рулер формуласын алуға болады: 

Р

1

, Р

2

→(Р

1

 – Р

2

)  

 

 

 

 

 

   (4) 

δ=F

1

(Р

1

 - Р

2

)=S

δ

 (Р

1

 – Р

2

)  

 

 

 

 

  (5) 

ΔC

1

= F

2

(δ)= S

С

 δ   

 

 

 

 

 

 

(6) 

ӨМ–нің анықтамалық мәліметтерінен алынған берілгендерге сәйкесті,  статикалық қысым мен 

температураның әсерінен болатын қателіктерді мына түрде көрсетуге болады: 

 







T

F

С

Т

3

Т



















ВПИ

100

01

,

0

     

 

 

(7) 











СТАТ

4

СТАТ

Р

F

С

СТАТ

ВПИ

100

03

,

0

Р



















   

                   (8) 

Бұндағы δ – орталық электрод жылжуы, S

δ

, S

С

 – жылжуға (1) және сиымдылыққа (2) байланыс-

ты СЭ блоктарының ауыстыру коэффициенттері, , ВПИ – өлшеудің жоғары шегі, Т – қоршаған орта 

температурасы. 

  Байланыс мәліметтері қызметтік блоктарды баптауда қолданылды. Осылайша, диодты темпе-

ратура  датчигі  үшін  (сурет  2а),  ток  және  кернеу  термобайланысты    параметрлер    болып  табылады 

және температура әсерін компенсанциялау үшін қолдануға болады [7]: 

тура ток үшін: 























1

0

kT

U

q

e

I

I



                       

 

 

 

(9) 

диодтағы кернеудің түсуі үшін 

0

I

I

ln

q

T

k

U

e







 

 

 

              

(10) 

Сиымдылығы жоғары датчиктің ӨМ және СЭ–н  модельдеудегі Маtlab-Simulink ортасында жа-

салған бағдарламалар кешенінің негізгі жұмыс терезесі   2 б) суретінде көрсетілген.  

Құрылымдық қызметтік сызба негізінде (2 а) суреті)  Маtlab-Simulink  бағдарламасы ортасында 

«Sensor» негізгі блогының және оның ішкі блоктарының жасалынған математикалық моделі 3 және 4 

суреттерде көрсетілген. 

 

 

 

3-сурет. «Sensor» негізгі блогының математикалық моделі 

 

●

 Техникалық ғылымдар 

 

ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017                                          

229 

 

 

 

4-сурет. «Sensor» негізгі блогының ішкі блоктарының математикалық моделі 

 

Жүргізілген  зерттеулер  үдерісі  барысында  алынған  нәтижелер  жасалынатын  датчиктер  мен 

өлшеу жүйелерінің техникалық ерекшеліктерін тиімдендіру үшін қолдануға болады.  

  

ӘДЕБИЕТТЕР  

[1]   Фрайден  Дж.  Современные  датчики:  справочник:  пер.  с  англ.  [Текст]  /  Дж.  Фрайден  –  М.: 

Техносфера, 2005. – 588с. 

[2]  Датчики  теплофизических  и  механических  параметров.  /  Справочник  под  ред.  Багдатьева  Е.Е., 

Гориша А.В., Малкова Я.В. в 2-х томах. М.: ИПРЖР,1998. 

[3]  Михайлов  П.Г.,  Лапшин  В.И.,  Сергеев  Д.А.  Моделирование  и  конструирование  кремниевых 

чувствительных  элементов  емкостных  датчиков  давлений  //  Известия  Южного  федерального  университета. 

Технические науки. 2013 г № 5. С. 128 – 133. 

[4]   Каталог продукции BCM Sensor Technologies (электронный ресурс) www bcmsensor.com. 

[5]    Тихонов А.И., Тихоненков В.А., Мокров Е.А. Упругие элементы преобразователей механических 

величин: Уч. пособие / Ульяновск: УлГТУ, 1998. – 120 с. 

[6]  Дьяконов В. П.  MATLAB 6.5 SPl/7 + Simulink 5/6 Основы применения. Серия «Библиотека профес-

сионала». / М.: СОЛОН Пресс, 2005.  800 с. 

[7]  Михайлов П.Г., Сергеев Д.А., Михайлова В.П. Цифровой датчик давления и температуры // Сборник мате-

риалов трудов МНТК «Современные информационные технологии». Выпуск 10–Пенза ПГТА, 2009.      С. 15-17. 

       

Ожикенов К.А.,  Михайлов П.Г., Айтимов М.Ж., Кушегенова Ж.К., Кагазбекова Л.С. 

 

Моделирование емкостных датчиков давления 

Резюме. Статья посвящена новому направлению в приборостроении –– рассматривается проблема моде-

лирования емкостных датчиков давления. 

Ключевые слова: Датчик, контроль, модуль измерения, чувствительные элементы. 

 

Ozhikenov K.A., Mikhailov P.G., Aitimov M.Zh., Kushegenova Zh.K,. Kagazbekova L.S.

 

Modelling of capacitive pressure sensors 

Summary. The article is devoted to a new direction in the instrument - the problem of modeling of capacitive 

pressure sensors. 

Key words: Sensor, control, measuring module, sensitive elements. 

 

●

 Технические науки 

 

230                                                                                            

№1 2017 Вестник КазНИТУ 

 

УДК 621.869 

Б.Т. Сазамбаева, Г.И. Куанышев, М.А. Жуманов  

(Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева 

Алматы, Республика Казахстан, a.sazambaeva_t@mail.ru) 

 

К ВОПРОСУ О МОДЕЛИРОВАНИИ ЛЕНТОЧНЫХ  ТРУБЧАТЫХ КОНВЕЙЕРОВ 

 

Аннотация. Ленточные трубчатые конвейеры в настоящее время находят все большее распространение как 

эффективный способ поточного транспортирования  сыпучих грузов на большие расстояния, имеющие трассы с вер-

тикальными и горизонтальными изгибами при минимальном числе перегрузочных узлов. Материальные перевозки 

сыпучих массовых грузов  требуют наладки в промышленности ленточных  конвейерных систем, позволяющих уве-

личить тоннажи грузов и транспортировать на более длинные  расстояния  разнообразными маршрутами в закрытой 

форме. Для этого требуется существенный прогресс в технологии, сфере системного проектирования, анализа и чис-

лового моделирования. Научная проблема состоит в создании методологии системного проектирования ленточных 

трубчатых  конвейеров,  включающей  концепции  компьютерной  среды  проектирования,  в  основе  которых  согласо-

ванные процедуры структурно – компоновочного проектирования ТЛК. 

В  связи  с  этим,  работы  по  исследованию,  проектированию  ленточных  трубчатых  конвейеров  являются 

целесообразными и востребованными.  

Нами  рассмотрен  процесс  моделирования    ленточного  трубчатого  конвейера,  показана  физическая  мо-

дель ЛТК, освещена проблема нагружения ленты роликоопор.   

 

жүктеу/скачать 28,19 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: