MD1269Y - Dispozitiv şi metodă de măsurare a rezistenţei senzorului pe bază de oxizi semiconductori nanostructuraţi în diapazon de ordinul microwaţilor - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la domeniul tehnicii de măsurare şi poate fi utilizată în aparate de măsurat, în care se utilizează senzori pe bază de oxizi semiconductori nanostructuraţi.Dispozitivul de măsurare a rezistenţei senzorului pe bază de oxizi semiconductori nanostructuraţi în diapazon de ordinul microwaţilor include o sursă de tensiune de referinţă reglabilă Uref, conectată la ieşirea unui microcontroler şi unită în serie cu senzorul nanostructurat cercetat Rx şi un rezistor de referinţă Ro, punctul de legătură al căruia cu senzorul cercetat Rx este conectat la intrarea microcontrolerului, totodată circuitele comune al rezistorului de referinţă Ro, sursei de tensiune de referinţă Uref şi ale microcontrolerului sunt unite la pământ.Metoda de măsurare a rezistenţei senzorului pe bază de oxizi semiconductori nanostructuraţi în diapazon de ordinul microwaţilor constă în aceea că se măsoară tensiunea Uref a sursei de tensiune de referinţă, se măsoară căderea de tensiune pe rezistorul de referinţă Uro, se calculează căderea de tensiune pe nanostructura cercetată conform formulei= Uref-Uro, se calculează valoarea curentului care trece prin nanostructură după formula=/Ro, se calculează puterea aplicată pe nanostructură=*, se setează valoarea tensiunii de referinţă Uref astfel, încât putereasă nu depăşească valoarea maxim admisibilă Pm în conformitate cu expresia≤Pm. Calcularea valorii rezistenţei senzorului Rx se efectuează conform legii lui Ohm, utilizând valorile obţinuteşi.

Description

Invenţia se referă la domeniul tehnicilor de măsurare şi poate fi utilizată în dispozitivele de măsurare în care sunt utilizaţi senzori pe bază de oxizi semiconductori nanostructuraţi.

Este cunoscut un dispozitiv de măsurare a rezistenţei senzorilor bazat pe legea lui Ohm pentru circuite electrice sau punţi de măsurare, care include măsurarea rezistenţei active pe curent continuu cu ajutorul ohmmetrului digital, galvanometrului diferenţial şi potenţiometrului curentului continuu, precum şi o metodă de măsurare a rezistenţei senzorilor, care se bazează pe legea lui Ohm pentru circuite electrice, care include măsurarea rezistenţei active la un curent continuu cu ajutorul unei punţi electrice cu patru braţe şi a unui voltmetru digital [1].

Cea mai apropiată soluţie este un dispozitiv de măsurare a rezistenţei senzorilor pe bază de oxizi semiconductori nanostructuraţi, care include o sursă de tensiune de referinţă conectată la un voltmetru şi unită în serie cu senzorul nanostructurat cercetat şi cu un rezistor suplimentar, la nodul de conectare a căruia cu senzorul este conectată intrarea unui amplificator; ieşirea amplificatorului este conectată la un voltmetru, totodată rezistorul, nodurile comune ale sursei de tensiune de referinţă, amplificatorul şi voltmetrele sunt conectate la masă, precum şi o metodă de măsurare a rezistenţei senzorilor pe bază de oxizi semiconductori nanostructuraţi, care constă în aceea că se măsoară tensiunea U1 a sursei de tensiune de referinţă, se măsoară tensiunea U3 pe rezistorul suplimentar, se calculează valoarea tensiunii care cade pe senzorul cercetat conform formulei Ux=U1-U3, se calculează valoarea curentului care trece prin senzorul cercetat conform formulei Ix=U3/R3, iar calcularea valorii rezistenţei senzorului Rx se efectuează conform legii lui Ohm, utilizând valorile obţinute Ux şi Ix [2].

Un dezavantaj al acestor dispozitive şi metode este că la măsurarea rezistenţei unui senzor nanostructurat la proba cercetată sunt aplicate tensiuni şi curenţi nereglementaţi, care poate duce la o disipare mare de energie electrică pe nanostructură şi, ca urmare, la înrăutăţirea parametrilor sau deteriorarea nanostructurii.

Problema soluţionată de invenţie constă în elaborarea unui dispozitiv şi a unei metode care în procesul de măsurare a rezistenţei nanostructurii va monitoriza energia electrică disipată pe nanostructură şi o va menţine în valori prestabilite sigure.

Dispozitivul, conform invenţiei, înlătură dezavantajele de mai sus prin faptul că include o sursă de tensiune de referinţă reglabilă Uref, conectată la ieşirea unui microcontroler şi unită în serie cu senzorul nanostructurat cercetat Rx şi un rezistor de referinţă Ro, punctul de legătură al căruia cu senzorul cercetat Rx este conectat la intrarea microcontrolerului, totodată circuitele comune al rezistorului de referinţă Ro, sursei de tensiune de referinţă Uref şi ale microcontrolerului sunt unite la pământ.

Metoda, conform invenţiei, elimină posibilitatea de depăşire în timpul măsurării a puterii admisibile în nanostructură prin faptul că se măsoară tensiunea Uref a sursei de tensiune de referinţă, se măsoară căderea de tensiune pe rezistorul de referinţă Uro, se calculează căderea de tensiune pe nanostructura cercetată conform formulei =Uref-Uro, se calculează valoarea curentului care trece prin nanostructură după formula = /Ro, se calculează puterea aplicată pe nanostructură = * , se setează valoarea tensiunii de referinţă Uref astfel, încât puterea să nu depăşească valoarea maxim admisibilă Pm în conformitate cu expresia ≤Pm, se calculează valoarea rezistenţei senzorului Rx conform legii lui Ohm, utilizând valorile obţinute şi .

Rezultatul invenţiei constă în eliminarea riscului de deteriorare a nanostructurii din cauza depăşirii valorii maxim admisibile a puterii electrice aplicate la nanostructură.

Invenţia se explică prin desenul din figură, în care este prezentată schema-bloc a dispozitivului de măsurare a rezistenţei senzorilor pe baza metodei propuse. Schema-bloc a dispozitivului cuprinde: o sursă de tensiune de referinţă reglabilă Uref, la intrarea căreia este aplicat un semnal de control de la schema de dirijare, care reprezintă un microcontroler, sursa de tensiune de referinţă reglabilă Uref este unită în serie cu senzorul nanostructurat cercetat Rx şi un rezistor de referinţă Ro, căderile de tensiune ale cărora sunt digitalizate prin intermediul convertoarelor analogic-digitale încorporate în microcontroler, de asemenea acesta procesează datele recepţionate cu scopul de a calcula valoarea rezistenţei nanostructurii cercetate, de a calcula valoarea şi de a menţine la o anumită mărime puterea electrică disipată în nanostructură prin controlul valorii Uref. Punctele comune Ro ale schemei de control şi sursei de tensiune de referinţă sunt unite la pământ.

Procesul de măsurare a rezistenţei senzorilor pe bază de oxizi semiconductori nanostructuraţi este efectuat după cum urmează.

La prima etapă se măsoară tensiunea sursei de tensiune de referinţă Uref.

La etapa a doua se măsoară căderea de tensiune pe rezistorul de referinţă .

La a treia etapă se calculează căderea de tensiune pe nanostructura cercetată

= Uref - [1]

La a patra etapă se calculează curentul ce trece prin nanostructură

= = / Ro [2]

La etapa a cincea se calculează puterea electrică disipată pe nanostructură

= * = * (Uref - ) / Ro [3]

La etapa a şasea este stabilită o tensiune a sursei de referinţă cu aşa o valoare, încât puterea disipată în nanostructură să nu o depăşească pe cea maxim admisibilă Pm

≤ Pm [4]

La a şaptea etapă, după determinarea repetată a şi Uref, se calculează valoarea rezistenţei nanostructurii

Rx = / = (Uref - ) * Ro / [5]

Drept exemplu de aplicare practică a metodei descrise sunt prezentate rezultatele măsurătorilor următorilor parametri: rezistenţa rezistorului de referinţă Ro=10 kOhm; tensiunea sursei de tensiune de referinţă Uref=20 V; tensiunea pe rezistorul de referinţă =0,2 V; puterea maxim admisibilă pe structura studiată Pm=0,5 mW; puterea reală disipată pe nanostructură = /Ro*(Uref- )=0,2/10000*(20-0,2)=0,4mW<0,5mW, rezistenţa nanostructurii Rx=(Uref- )*Ro/ =(20-0,2)*10000/0,2=990 kOhm.

1. Лозицкий Б.Н., Мельниченко И. И. Радиотехника, Электрорадиоизмерения, Энергия, Москва, 1976, с.193-194

2. MD 1065 Y 2016.08.31

Claims (2)

1. Dispozitiv de măsurare a rezistenţei senzorului pe bază de oxizi semiconductori nanostructuraţi în diapazon de ordinul microwaţilor, care include o sursă de tensiune de referinţă reglabilă Uref, conectată la ieşirea unui microcontroler şi unită în serie cu senzorul nanostructurat cercetat Rx şi un rezistor de referinţă Ro, punctul de legătură al căruia cu senzorul cercetat Rx este conectat la intrarea microcontrolerului, totodată circuitele comune al rezistorului de referinţă Ro, sursei de tensiune de referinţă Uref şi ale microcontrolerului sunt unite la pământ.

2. Metodă de măsurare a rezistenţei senzorului pe bază de oxizi semiconductori nanostructuraţi în diapazon de ordinul microwaţilor, realizată cu ajutorul dispozitivului definit în revendicarea 1, care constă în aceea că se măsoară tensiunea Uref a sursei de tensiune de referinţă, se măsoară căderea de tensiune pe rezistorul de referinţă Uro, se calculează căderea de tensiune pe nanostructura cercetată conform formulei =Uref-Uro, se calculează valoarea curentului care trece prin nanostructură după formula = /Ro, se calculează puterea aplicată pe nanostructură = * , se setează valoarea tensiunii de referinţă Uref astfel, încât puterea să nu depăşească valoarea maxim admisibilă Pm în conformitate cu expresia ≤Pm, se calculează valoarea rezistenţei senzorului Rx conform legii lui Ohm, utilizând valorile obţinute şi .