Расчет коэффициента преобразования кондуктометрического датчика биосенсора

На основе теории функции комплексного переменного и конформных отображений проведен расчет коэффициентах преобразования кондуктометрического датчика биосенсора по уточненной пятикомпонентной модели....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2007
Hauptverfasser:	Михаль, А.А., Рубанчук, М.П.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2007
Schriftenreihe:	Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Schlagworte:	Сенсоэлектроника
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/52874
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Расчет коэффициента преобразования кондуктометрического датчика биосенсора / А.А. Михаль, М.П. Рубанчук // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2007. — № 5. — С. 35-39. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-52874
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-528742014-01-09T03:08:12Z Расчет коэффициента преобразования кондуктометрического датчика биосенсора Михаль, А.А. Рубанчук, М.П. Сенсоэлектроника На основе теории функции комплексного переменного и конформных отображений проведен расчет коэффициентах преобразования кондуктометрического датчика биосенсора по уточненной пятикомпонентной модели. 2007 Article Расчет коэффициента преобразования кондуктометрического датчика биосенсора / А.А. Михаль, М.П. Рубанчук // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2007. — № 5. — С. 35-39. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 2225-5818 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/52874 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Сенсоэлектроника Сенсоэлектроника
spellingShingle	Сенсоэлектроника Сенсоэлектроника Михаль, А.А. Рубанчук, М.П. Расчет коэффициента преобразования кондуктометрического датчика биосенсора Технология и конструирование в электронной аппаратуре
description	На основе теории функции комплексного переменного и конформных отображений проведен расчет коэффициентах преобразования кондуктометрического датчика биосенсора по уточненной пятикомпонентной модели.
format	Article
author	Михаль, А.А. Рубанчук, М.П.
author_facet	Михаль, А.А. Рубанчук, М.П.
author_sort	Михаль, А.А.
title	Расчет коэффициента преобразования кондуктометрического датчика биосенсора
title_short	Расчет коэффициента преобразования кондуктометрического датчика биосенсора
title_full	Расчет коэффициента преобразования кондуктометрического датчика биосенсора
title_fullStr	Расчет коэффициента преобразования кондуктометрического датчика биосенсора
title_full_unstemmed	Расчет коэффициента преобразования кондуктометрического датчика биосенсора
title_sort	расчет коэффициента преобразования кондуктометрического датчика биосенсора
publisher	Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
publishDate	2007
topic_facet	Сенсоэлектроника
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/52874
citation_txt	Расчет коэффициента преобразования кондуктометрического датчика биосенсора / А.А. Михаль, М.П. Рубанчук // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2007. — № 5. — С. 35-39. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Технология и конструирование в электронной аппаратуре
work_keys_str_mv	AT mihalʹaa rasčetkoéfficientapreobrazovaniâkonduktometričeskogodatčikabiosensora AT rubančukmp rasčetkoéfficientapreobrazovaniâkonduktometričeskogodatčikabiosensora
first_indexed	2025-07-05T04:22:40Z
last_indexed	2025-07-05T04:22:40Z
_version_	1836779423712411648
fulltext	Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2007, ¹ 5 35 ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ 28.03 2007 ã. Îïïîíåíò ê. ò. í. Á. À. ÄÅÌÜßÍ×ÓÊ (ÎÍÓ èì. È. È. Ìå÷íèêîâà, ã. Îäåññà) Ê. ò. í. À. À. ÌÈÕÀËÜ, Ì. Ï. ÐÓÁÀÍ×ÓÊ Óêðàèíà, ã. Êèåâ, Èíñòèòóò ýëåêòðîäèíàìèêè E-mail: Marymed@ukr.net ÐÀÑ×ÅÒ ÊÎÝÔÔÈÖÈÅÍÒÀ ÏÐÅÎÁÐÀÇÎÂÀÍÈß ÊÎÍÄÓÊÒÎÌÅÒÐÈ×ÅÑÊÎÃÎ ÄÀÒ×ÈÊÀ ÁÈÎÑÅÍÑÎÐÀ Íà îñíîâå òåîðèè ôóíêöèè êîìïëåêñíî- ãî ïåðåìåííîãî è êîíôîðìíûõ îòîáðà- æåíèé ïðîâåäåí ðàñ÷åò êîýôôèöèåíòà ïðåîáðàçîâàíèÿ êîíäóêòîìåòðè÷åñêîãî äàò÷èêà áèîñåíñîðà ïî óòî÷íåííîé ïÿ- òèêîìïîíåíòíîé ìîäåëè. Êîíäóêòîìåòðè÷åñêèé áèîñåíñîð (ÊÁÑ) ïðåäñòàâ- ëÿåò ñîáîé äèôôåðåíöèàëüíûé ïåðâè÷íûé ïðåîáðà- çîâàòåëü, ñîñòîÿùèé èç äâóõ êîíäóêòîìåòðè÷åñêèõ äàò÷èêîâ (ÊÄ). Êîíñòðóêòèâíî ÷óâñòâèòåëüíûå ýëå- ìåíòû ÊÄ ñîñòîÿò èç äâóõ èäåíòè÷íûõ ïî ãåîìåòðèè ñèñòåì ýëåêòðîäîâ, òîïîëîãèÿ êîòîðûõ, êàê ïðàâèëî, ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé âñòðå÷íûå ãðåáåíêè. Íà îäíó èç ïàð ýëåêòðîäîâ íàíîñÿò òîíêèé ñëîé áèîëîãè÷åñêè àêòèâíîé ìåìáðàíû, ÷óâñòâèòåëüíîé ê èññëåäóåìî- ìó âåùåñòâó. Èññëåäóåìîå âåùåñòâî, êîíöåíòðàöèþ êîòîðîãî íåîáõîäèìî îïðåäåëèòü, äèôôóíäèðóåò ÷å- ðåç ïîëóïðîíèöàåìóþ ìåìáðàíó â òîíêèé ñëîé áèî- êàòàëèçàòîðà, â êîòîðîì ïîä äåéñòâèåì áèîëîãè÷å- ñêîãî ìàòåðèàëà ïðîòåêàåò õèìè÷åñêàÿ ðåàêöèÿ. Ðåçóëü- òàòîì ýòîé ðåàêöèè ÿâëÿåòñÿ èçáûòî÷íàÿ êîíöåíòðà- öèÿ èîíîâ. Ñóòü çàäàâàåìîãî ôèçè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ çà- êëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî ïîä äåéñòâèåì ïðèëîæåííîãî ãðà- äèåíòà ýëåêòðè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà èçáûòî÷íàÿ êîí- öåíòðàöèÿ èîíîâ ïðåîáðàçóåòñÿ â ïðèðàùåíèå ñîïðî- òèâëåíèÿ íà ýëåêòðîäàõ ÷óâñòâèòåëüíîãî ýëåìåíòà. Ñ îäíîé ñòîðîíû, äëÿ áîëåå òî÷íûõ èçìåðåíèé íåîáõî- äèìî ñòðåìèòüñÿ ïîâûøàòü ñîïðîòèâëåíèå. Ïðè çà- äàííîé êîíöåíòðàöèè òàêîé ðåçóëüòàò ìîæíî ïîëó÷èòü â ïåðâè÷íîì ôèçè÷åñêîì ïðåîáðàçîâàòåëå ñ ìàêñè- ìàëüíûì êîýôôèöèåíòîì ïðåîáðàçîâàíèÿ. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, êàê ïðàâèëî, áèîëîãè÷åñêèå ìåìáðàíû äî- âîëüíî äîðîãè. Ïîýòîìó èõ îáúåì äîëæåí áûòü ìè- íèìàëüíûì è, ñëåäîâàòåëüíî, ìèíèìàëüíûìè äîëæ- íû áûòü ãàáàðèòû ýëåêòðîäíîé ñèñòåìû [1]. Ïðîèçâîëüíîå âàðüèðîâàíèå ãåîìåòðèè ýëåêòðîäîâ ìîæåò ïðèâåñòè ê òîìó, ÷òî äëÿ ìàëûõ (1�10 ìêì) çàçîðîâ ìåæäó ýëåêòðîäàìè â îáùåé ïðîâîäèìîñòè ìîæåò ïðåâàëèðîâàòü âêëàä êàê äâîéíîãî ýëåêòðè- ÷åñêîãî ñëîÿ, òàê è ôàðàäååâñêèõ ïðîöåññîâ íà ìåæ- ôàçíîé ãðàíèöå ìåòàëë/ýëåêòðîëèò. Â ýòîì ñëó÷àå ïåð- âè÷íûé ïðåîáðàçîâàòåëü íåîáõîäèìî ðàññìàòðèâàòü íå êàê êîíäóêòîìåòðè÷åñêèé, à êàê ýëåêòðîõèìè÷å- ñêèé. Ïðîáëåìà â òîì, ÷òî îäíè è òå æå ïàðàìåòðû ýêâèâàëåíòíîé ñõåìû áóäóò èíôîðìàòèâíûìè äëÿ îäíîãî òèïà ïðåîáðàçîâàòåëåé è äåñòàáèëèçèðóþùè- ìè äëÿ äðóãîãî òèïà. Òî åñòü äëÿ êàæäîãî ïðåîáðàçî- âàòåëÿ òðåáóþòñÿ ñâîè ýíåðãåòè÷åñêèå ðåæèìû è, ñîîòâåòñòâåííî, ôóíêöèîíàëüíûå ñõåìû âòîðè÷íûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé. Òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ðàññìàòðèâàòü ñåíñîð êàê êîíäóêòîìåòðè÷åñêèé ïðåîáðàçîâàòåëü è ïîëó÷èòü äëÿ íåãî ìàêñèìàëüíóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ïðè ìèíèìàëü- íîé ïëîùàäè ýëåêòðîäíîé ñèñòåìû (÷òî îáåñïå÷èâà- åò ìèíèìàëüíûé îáúåì èññëåäóåìîé ïðîáû) è ïðè ìèíèìàëüíîì âëèÿíèè ïðèýëåêòðîäíûõ ïðîöåññîâ, íåîáõîäèìî äîâîëüíî òî÷íî çíàòü êîýôôèöèåíò ïðå- îáðàçîâàíèÿ ÊÄ áèîñåíñîðà. Îïèñàíèå ðàñ÷åòíîé ìîäåëè. Ðàñ÷åòàìè ïëàíàð- íûõ ãðåáåí÷àòûõ ýëåêòðîäîâ çàíèìàþòñÿ äàâíî. Êàê ïðàâèëî, äëÿ ðàñ÷åòà êîýôôèöèåíòà ïðåîáðàçîâàíèÿ ïëàíàðíî ðàñïîëîæåííûõ ýëåêòðîäîâ èñïîëüçóþò ìåòîä êîíôîðìíûõ îòîáðàæåíèé, êîòîðûé ñïðàâåä- ëèâ äëÿ ïëîñêîïàðàëëåëüíûõ ïîëåé. Íàïðèìåð, â [2] áûë ïðîèçâåäåí ðàñ÷åò ïîëÿ äëÿ èíäóêöèîííûõ ïå- ÷åé Â×-íàãðåâà, ïîçæå ìåòîä áûë èñïîëüçîâàí ïðè ðàñ÷åòå êîíñòàíòû ÊÄ [3]. Îäíàêî è â òîì, è â äðó- ãîì ñëó÷àå ïëîñêîïàðàëëåëüíîå ïîëå èìååò ìåñòî ïðè áåñêîíå÷íî äëèííûõ ýëåêòðîäàõ è íåîãðàíè÷åííîì êîëè÷åñòâå ãðåáåíîê. Òàêàÿ ðàñ÷åòíàÿ ìîäåëü íå ó÷è- òûâàåò êðàåâûå ýôôåêòû íà ïîñëåäíèõ êðàéíèõ ýëåê- òðîäàõ è íà òîðöàõ ýëåêòðîäîâ. Áîëåå òî÷íàÿ, òðåõ- êîìïîíåíòíàÿ ðàñ÷åòíàÿ ìîäåëü áûëà ïðåäëîæåíà â [4]. Îäíàêî è â ýòîé ìîäåëè íàðóøàëàñü ðàñ÷åòíîñòü ýëåêòðîäíîé ñèñòåìû, ïîñêîëüêó â ðàñ÷åò âõîäèëè η λ λ λ λξ ξ ξ ξ µ µ µ µ µ µ µ µ µ µ η η η η 2 1 Ðèñ. 1 Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2007, ¹ 5 36 ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ òîëüêî îáëàñòè λ, ξ è η. Êàê ñëåäóåò èç ðèñ. 1 (1 � ïîòåíöèàëüíûå ýëåêòðîäû, 2 � çàçåìëåííûå ýëåê- òðîäû), ÷àñòü ïðîñòðàíñòâà, à èìåííî îáëàñòü µ, íå âõîäèò â ðàñ÷åò êîýôôèöèåíòà ïðåîáðàçîâàíèÿ. Âòîðîé ôàêòîð, ñíèæàþùèé òî÷íîñòü ðàñ÷åòà êî- ýôôèöèåíòà ïðåîáðàçîâàíèÿ, êàñàåòñÿ òîëùèíû ýëåê- òðîäîâ. Äëÿ òåõíîëîãèé, îáåñïå÷èâàþùèõ òîíêèå ïëåíêè (äîëè ìêì), ýòèì ôàêòîðîì ìîæíî ïðåíå- áðå÷ü. Íî äëÿ äåøåâûõ âàðèàíòîâ ÊÁÑ, èñïîëüçóþ- ùèõ, íàïðèìåð, ôîëüãèðîâàííûé ñòåêëîòåêñòîëèò ñ òîëùèíîé ôîëüãè 18 èëè 35 ìêì, áóäåò âîçíèêàòü äî- âîëüíî ñóùåñòâåííàÿ îøèáêà â ðàñ÷åòàõ. Äëÿ ðàñ÷åòà ýëåêòðîäíîé ñèñòåìû ÊÁÑ ìû èñ- ïîëüçîâàëè ñóùåñòâóþùóþ, õîðîøî ðàçâèòóþ òåî- ðèþ ðàñ÷åòà ïîãîííîé åìêîñòè. Îäíàêî, êàê ñëåäóåò èç [5, ñ. 17], â ñèëó ìàòåìàòè÷åñêîé àíàëîãèè ïîòåí- öèàëüíûõ ïîëåé ðàçëè÷íîé ôèçè÷åñêîé ïðèðîäû ñó- ùåñòâóåò ïðÿìàÿ çàâèñèìîñòü ìåæäó åìêîñòüþ Ñ è ïðîâîäèìîñòüþ G: , G C A= = γ ε (1) Ïðè ýòîì ïîñêîëüêó âûðàæåíèå (1) åñòü îòíîøå- íèå ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí íà âûõîäå è âõîäå ïðåîáðà- çîâàòåëÿ, òî ïàðàìåòð À íå ÷òî èíîå, êàê êîýôôèöè- åíò ïðåîáðàçîâàíèÿ ñîîòâåòñòâóþùåãî ïåðâè÷íîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Ñ öåëüþ ïîëó÷åíèÿ áîëåå òî÷íîãî âûðàæåíèÿ äëÿ êîýôôèöèåíòà ïðåîáðàçîâàíèÿ ÊÁÑ àâòîðû ïðåäëà- ãàþò: � âî-ïåðâûõ, èçìåíèòü êîíôèãóðàöèþ ýëåêòðî- äîâ ïóòåì çàìåíû ïðÿìûõ óãëîâ ïðîâîäíèêîâ íà ñî- îòâåòñòâóþùèå äóãè îêðóæíîñòåé (ðèñ. 2); � âî-âòîðûõ, ê ñóùåñòâóþùåé òðåõêîìïîíåíò- íîé ìîäåëè ðàñ÷åòà [4] äîáàâèòü åùå äâå ñîñòàâëÿþ- ùèõ � Gµ è Gφ, êîòîðûå ó÷èòûâàþò ñîîòâåòñòâåííî âêëàä ïîëÿ â óãëàõ ýëåêòðîäíîé ñèñòåìû è òîëùèíó ýëåêòðîäîâ. Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà äîïîëíèòåëüíûõ ñîñòàâëÿþ- ùèõ. Îáîçíà÷èì îáëàñòü ñèëîâûõ ëèíèé, îãðàíè÷åí- íóþ êîëüöåîáðàçíîé ÷àñòüþ ýëåêòðîäîâ, ñèìâîëîì µ (ðèñ. 2); ñîîòâåòñòâåííî ïðîâîäèìîñòü áóäåì îáîçíà- ÷àòü Gµ. Â [6] ïðèâåäåíû îáùèå âûðàæåíèÿ äëÿ ðàñ÷åòà åìêîñòè Gµ, îáðàçîâàííîé äâóìÿ ðàçíîèìåííî çàðÿ- æåííûìè êîàêñèàëüíûìè êîëüöåâûìè ýëåêòðîäàìè ñ ðàäèóñàìè à1, b1, a2 è b2, ðàñïîëîæåííûìè â îäíîé ïëîñêîñòè. Îäíàêî â íàøåì ñëó÷àå âíóòðåííåå êîëü- öî ïðåâðàùàåòñÿ â êðóã, ò. å. a1=0. Òîãäà, â ñîîòâåò- ñòâèè ñ (1), âûðàæåíèå äëÿ ðàñ÷åòà Gµ áóäåò èìåòü ñëåäóþùèé âèä: 1 2 2 2 2 12 2 2 22 1 1 2 2 2 3 , 4 1 G b N b Y Y b b a b b − µ      π  = − + γ         −          (2) ãäå N � êîëè÷åñòâî ïîòåíöèàëüíûõ ýëåêòðîäîâ (òîã- äà êîëè÷åñòâî ó÷àñòêîâ ñî ñêðóãëåííûìè óãëàìè ýëåê- òðîäîâ áóäåò 4N); 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 ; a a a Y E b b b a a K b b         = + − + +                    + −           (3) 2 1 1 12 2 2 2 3 1 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1 1 ; b b Y E b b b b a K b b b b b b b E K a a a a       = + −                  − − − ×                             × + − −                         (4) Ê è Å � ïîëíûå ýëëèïòè÷åñêèå èíòåãðàëû 1-ãî è 2- ãî ðîäà. Äëÿ ñîïîñòàâëåíèÿ ïîëó÷åííûõ âûðàæåíèé ñ ïðåä- ûäóùèìè ðàñ÷åòàìè, ïðèâåäåííûìè â [4], íåîáõî- äèìî ïðåäñòàâèòü ðàäèóñû ÷åðåç øèðèíó ýëåêòðîäà à è çàçîð ñ. Êàê ñëåäóåò èç ðèñ. 2, a2=b1+c, b2=b1+c+a. Â ñîîòâåòñòâèè ñ àëãîðèòìîì ðàñ÷åòà, ïðåäñòàâ- ëåííûì â [4], ïåðåéäåì ê áåçðàçìåðíûì âåëè÷èíàì: p=a/c, f=a/b1. Òîãäà âûðàæåíèÿ (2)�(4) ïðèìóò ñëå- äóþùèé âèä: ãäå γ � ε = εp � ε0 � óäåëüíàÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîâîäèìîñòü èëè, â ñîîòâåòñòâèè ñ ÄÑÒÓ 3651.1, ýëåêòðîëèòè÷åñêàÿ ïðîâîäèìîñòü ðàñòâîðà; εpε0; äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü ñðåäû; äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü âàêóóìà. a c a/2 b2 a2 b1 ξ µ η Ýëåêòðîäû Ðèñ. 2 Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2007, ¹ 5 37 ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ ( ) 23 4 G a p f fp N fp µ + + π = × γ ( )2 12 3 2 1 2 22 ; 1 c p f fp Y f p p p f pf Y p f p f pf −    + +× − +       + +       +     +−   + +      (5) 3 2 2 2 1 1 1 ; f p Y f p fp f p f p E f p fp f p fp f p f p K f p fp f p fp  += + − + +      + +− + +    + + + +          + ++ −    + + + +      (6) 2 12 2 3 2 2 1 1 1 1 . p p Y E p f pf p f pf p p K p f pf p f pf p f p p E p f pf p f p f p p K p f p f      = + −    + + + +           − − −    + + + +            + − + −      + + + +            − −     + +       (7) Òàêèì îáðàçîì, íàìè ðàññìîòðåíû âñå ó÷àñòêè ïîëÿ, îáðàçîâàííûå ýëåêòðîäíîé ñèñòåìîé â âåðõíåé ïîëóïëîñêîñòè. Â çàâèñèìîñòè îò ïîëîæåíèÿ ðàññìàò- ðèâàåìûõ ýëåêòðîäîâ ýòî ìîãóò áûòü îáëàñòè η, λ èëè ξ � èç ìîäåëåé, ïðåäñòàâëåííûõ â [4], èëè îá- ëàñòü µ, îïèñûâàåìàÿ ôîðìóëîé (5). Ñòðîãî ãîâîðÿ, äëÿ åìêîñòíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé íåîáõîäèìî ó÷èòû- âàòü ïîëå íèæíåé ïîëóïëîñêîñòè. Îäíàêî äëÿ êîí- äóêòîìåòðè÷åñêîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ýòîé ñîñòàâëÿ- þùåé ìîæíî ïðåíåáðå÷ü, ïîñêîëüêó óäåëüíàÿ ýëåê- òðè÷åñêàÿ ïðîâîäèìîñòü áóôåðíîãî ðàñòâîðà è ïîä- ëîæêè îòëè÷àþòñÿ íà 3�4 ïîðÿäêà. Â òî æå âðåìÿ äëÿ ïëåíîê, òîëùèíà êîòîðûõ îäíî- ãî ïîðÿäêà ñ çàçîðîì ìåæäó ýëåêòðîäàìè, íåîáõîäè- ìî óòî÷íèòü ðàñ÷åòíóþ ìîäåëü. Ýòà ìîäåëü äîëæíà ó÷èòûâàòü òîëùèíó ýëåêòðîäîâ (ðèñ. 3). Òîãäà â äî- ïîëíÿþùåé ìîäåëè â êà÷åñòâå ýëåêòðîäîâ âûñòóïàþò ïëîñêîñòè ÀÂ è CD. Î÷åâèäíî, ïîëå ìåæäó íèìè èäåí- òè÷íî ïîëþ èäåàëüíî ïëîñêîãî êîíäåíñàòîðà. Ïðè ýòîì åìêîñòü Ñ ìîæíî îïðåäåëèòü ÷åðåç ïëîùàäü S è çàçîð d ïî èçâåñòíîé ôîðìóëå C/ε=S/d. Ñ ó÷åòîì óðàâíåíèÿ (1), ñîñòàâëÿþùàÿ, îïðåäåëÿåìàÿ ïðÿìîëèíåéíûìè ó÷àñòêàìè, çàïèøåòñÿ ñëåäóþùèì âûðàæåíèåì: ( )1 2 2 2 2 1 2 1 1 , 2 G NhL ha N c c Nh L a c N φ = + + = γ   = + +     (8) Òàê êàê L2>>a, òî ïðè N→∞ âûðàæåíèå (8) ïðè- ìåò ñëåäóþùèé âèä: ( )1 2 2 . G Nh L pc c φ ≈ + γ (9) Âëèÿíèå ñêðóãëåííûõ ó÷àñòêîâ ìîæíî ó÷åñòü âû- ðàæåíèåì, èçâåñòíûì èç [7, ñ. 345]: 2 2 1 2 4 . ln G h N a b φ π= γ (10) Ïðîñóììèðîâàâ âûðàæåíèÿ (9) è (10), ïîëó÷èì ïîëíîå âûðàæåíèå äëÿ Gφ, ó÷èòûâàþùåå òîëùèíó ýëåêòðîäîâ: ( )2 2 8 . ln G Nh hN L pc c p f p φ π= + + γ  +     (11) Ñ ó÷åòîì ïîëó÷åííûõ ðàíåå óðàâíåíèé îáùåå (ïîë- íîå) âûðàæåíèå äëÿ êîýôôèöèåíòà ïðåîáðàçîâàíèÿ ÊÁÑ áóäåò èìåòü ñëåäóþùèé âèä: , G G G G A Gξ η λ µ φ+ + + = γ + (12) ãäå ( )2 2 2 2 ( ) 1 ; ( ) G K k N L K k ξ = − ′γ Ïîäëîæêà Ýëåêòðîäû A B C D φ ξ η λ µ Ðèñ. 3 ãäå h � L2 � ñ � à � òîëùèíà ýëåêòðîäîâ; äëèíà ýëåêòðîäîâ; øèðèíà çàçîðà; øèðèíà ýëåêòðîäà. Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2007, ¹ 5 38 ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ ( )1 1 ( ) 2 1 ; ( ) G K k pc N K k η = +  ′γ 2 2 ( ) ; ( ) K k L K k Gλ = ′γ ( ) 23 4 G a p f fp N fp µ + + π = × γ ( )2 12 3 2 1 2 22 ; 1 c p f fp Y f p p p f pf Y p f p f pf −    + +× − +       + +       +     +−   + +      ( )2 2 8 ; ln G Nh hN L pc c p f p φ π= + + γ  +     ki è ki' � ìîäóëè ýëëèïòè÷åñêèõ èíòåãðàëîâ. Âûðàæåíèÿ äëÿ Gξ, Gη, Gλ, ki è ki' âçÿòû èç [4]. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî â êîíäóêòîìåòðèè, êàê ïðà- âèëî, èñïîëüçóåòñÿ òåðìèí «êîíñòàíòà» êîíäóêòîìåò- ðè÷åñêîãî äàò÷èêà Êä. Î÷åâèäíî, ñîãëàñíî êëàññè- ÷åñêîìó îïðåäåëåíèþ êîíñòàíòû, ïðèâåäåííîìó â [1], ýòà õàðàêòåðèñòèêà äàò÷èêà îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëü- íà êîýôôèöèåíòó ïðåîáðàçîâàíèÿ (1): ä 1 .Ê A = (13) Ïîýòîìó ðàññìîòðèì íåêîòîðûå ðåçóëüòàòû â ãðà- ôè÷åñêîì âèäå, ðóêîâîäñòâóÿñü òðàäèöèîííîé â êîí- äóêòîìåòðèè òåðìèíîëîãèåé. Òàê, ðåçóëüòàòû âû÷èñëåíèé ñîãëàñíî âûðàæåíè- ÿì (12) è (13) ïðè ð=1; 2 è òîëùèíå ýëåêòðîäîâ h 18 è 35 ìêì ïðåäñòàâëåíû â ãðàôè÷åñêîì âèäå íà ðèñ. 4. Êàê âèäíî èç ãðàôèêîâ, ïðè çíà÷åíèÿõ à>100 ìêì ïîëå çîíû φ îáåñïå÷èâàåò ïðàêòè÷åñêè àääèòèâíûé ñäâèã â ðàñ÷åòå êîíñòàíòû ÊÄ Kä. Íà ðèñ. 5 ïðèâåäåíû çàâèñèìîñòè êîíñòàíòû äàò- ÷èêà Kä ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ ð=à/ñ (b1=10 ìêì, h=0). Èç ðèñóíêà âèäíî, ÷òî ïðè ð>1 èçìåíåíèå ñ âûçûâàåò àääèòèâíûé ñäâèã â ðàñ÷åòå Kä. Â òî æå âðåìÿ îäèíàêîâîå ïðèðàùåíèå ñ (50 ìêì) íå ïðèâî- äèò ê îäèíàêîâûì ïðèðàùåíèÿì â ðàñ÷åòå Kä. Îñîáåííîñòè õîäà êðèâûõ íà ðèñ. 4 è 5 ïîçâîëÿ- þò äëÿ èíæåíåðíûõ âû÷èñëåíèé àïïðîêñèìèðîâàòü èõ ïðîñòåéøèìè ëèíåéíûìè óðàâíåíèÿìè y=ax+b. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ âëèÿíèÿ òîëùèíû ïëåíêè h íà ðàñ÷åò À ðàññìîòðèì ïîãðåøíîñòü êîýôôèöèåíòà ïðå- îáðàçîâàíèÿ, îáóñëîâëåííóþ íàëè÷èåì êîíå÷íîé òîë- ùèíû ýëåêòðîäîâ: 0 . GA A G A G G G GG φ = φ ξ η λ µ φ − δ = = + + ++ Ðåçóëüòàòû âû÷èñëåíèé ñîãëàñíî ïîñëåäíåìó âû- ðàæåíèþ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 6. Èç ãðàôèêîâ ñëåäóåò, ÷òî ïðè òîëùèíå ïëåíîê ýëåêòðîäîâ ÊÁÑ áîëåå 5 ìêì ó÷åò ñîñòàâëÿþùåé Gφ ïðè îäèíàêîâîé øèðèíå ýëåê- òðîäà è çàçîðà (ð=1) îáÿçàòåëåí ïðàêòè÷åñêè ïðè âñåõ çíà÷åíèÿõ çàçîðà. Êä, 103 ìêì�1 0,12 0,08 0,04 0,00 0 50 100 150 200 à, ìêì ð=1, h=18 ìêì ð=2, h=18 ìêì ð=1, h=35 ìêì ð=2, h=35 ìêì Ðèñ. 4 Êä, 103 ìêì�1 0,14 0,10 0,06 0,02 0 1 2 3 4 5 p ñ=300 ìêì 250 ìêì 200 ìêì 150 ìêì 100 ìêì ñ=50 ìêì Ðèñ. 5 δ, % 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 h, ìêì ñ=50 ìêì, ð=1 ñ=100 ìêì, ð=1 ñ=200 ìêì, ñ=100 ìêì, ñ=200 ìêì, ð=5 ñ=200 ìêì, ð=10 Ðèñ. 6 ð=1 ð=2 Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2007, ¹ 5 39 ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ Âûâîäû 1. Ñîâåðøåíñòâîâàíèå êîíäóêòîìåòðè÷åñêèõ áèî- ñåíñîðîâ (ÊÁÑ) òðåáóåò âûñîêîé òî÷íîñòè îïðåäåëå- íèÿ êîýôôèöèåíòà ïðåîáðàçîâàíèÿ èõ äàò÷èêîâ. Àâ- òîðàìè ïðåäëîæåíî ñêðóãëèòü ïðÿìûå óãëû ýëåêòðîä- íîé ñèñòåìû è ââåñòè ïÿòèêîìïîíåíòíóþ (âìåñòî òðåõêîìïîíåíòíîé) ðàñ÷åòíóþ ìîäåëü ÊÁÑ. Â ðåçóëü- òàòå îáåñïå÷èâàåòñÿ áîëåå âûñîêàÿ òî÷íîñòü îïðåäå- ëåíèÿ êîýôôèöèåíòà ïðåîáðàçîâàíèÿ êîíäóêòîìåòðè- ÷åñêîãî äàò÷èêà áèîñåíñîðà. 2. Îïèðàÿñü íà òó èëè èíóþ òåõíîëîãèþ íàíåñå- íèÿ ýëåêòðîäîâ ìîæíî ïîëó÷èòü ðàñ÷åòíîå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà ïðåîáðàçîâàíèÿ ÊÁÑ è îöåíèòü ìåòðî- ëîãè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè, â ÷àñòíîñòè ìåòîäè÷å- ñêóþ ïîãðåøíîñòü, îáóñëîâëåííóþ òîëùèíîé ïëåíêè. ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ 1. Ëîïàòèí Á. Â. Êîíäóêòîìåòðèÿ.� Íîâîñèáèðñê: ÑÎ ÀÍ ÑÑÑÐ, 1964. 2. Òàáàêñ Ê. Ê. Ðàñ÷åò ýëåêòðè÷åñêèõ ïîëåé äëÿ íåêîòîðûõ çàäà÷ âûñîêî÷àñòîòíîãî íàãðåâà // Òð. Ìîñêîâñêîãî ýíåðãåòè÷å- ñêîãî èí-òà. Òåîðåòè÷åñêèå îñíîâû ýëåêòðîòåõíèêè.� 1953.� ¹ 12.� Ñ. 157�165. 3. Olthuis W., Streekstra W., Bergveld P. Theoretical and experimental determination of cell constants of planar-interdigitated electrolyte conductivity sensors // Sensors and Actuators, B.� 1995.� Vol. 24�25, N 1�3.� P. 252�256. 4. Ëåâèöêèé À. Ñ., Ìåäâåäåíêî Ì. Ï., Ìèõàëü À. À. Ðàñ÷åò êîýôôèöèåíòà ïðåîáðàçîâàíèÿ ïëàíàðíîé ñèñòåìû ýëåêòðîäîâ ñ ãðåáåí÷àòîé ãåîìåòðèåé // Òåõí³÷íà åëåêòðîäèíàì³êà.� 2006.� ¹ 5.� Ñ. 9�16. 5. Èîññåëü Þ. ß., Êî÷àíîâ Ý. Ñ., Ñòðóíñêèé Ì. Ã. Ðàñ÷åò ýëåêòðè÷åñêîé åìêîñòè.� Ë.: Ýíåðãîèçäàò, 1981. 6. Èîññåëü Þ. ß. Îöåíêà åìêîñòåé â ñèñòåìàõ êîàêñèàëüíûõ êîëüöåâûõ ýëåêòðîäîâ, ðàñïîëîæåííûõ íà ïëîñêîé ãðàíèöå äâóõ äèýëåêòðè÷åñêèõ ñðåä // Ýëåêòðè÷åñòâî.� 1982.� ¹ 11.� Ñ. 66�69. 7. ßâîðñêèé Á. Ì., Äåòëàô À. À. Ñïðàâî÷íèê ïî ôèçèêå.� Ì.: Íàóêà, 1965. ÍÎÂÛÅ ÊÍÈÃÈ Í Î Â Û Å Ê Í È Ã È Êëàðê Ý. Ð., Ýáåðõàðä Ê. Í. Ìèêðîñêîïè÷åñêèå ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ ìàòåðèàëîâ.� Ì.: Òåõíîñôåðà, 2007.� 376 ñ. Çà ïîñëåäíèå äåñÿòèëåòèÿ â îáëàñòè ìàòåðèàëîâåäåíèÿ áûë ñîâåðøåí îãðîìíûé ñêà÷îê âïåðåä. Îäíîâðåìåííî î÷åíü áûñòðî ðàçâèâàëèñü è îïòè÷åñêèå ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ ìàòåðèàëîâ. Â êîìïüþòåðíîé ìèêðîñêîïèè ïðîèçîøëè ñòîëü çíà- ÷èòåëüíûå èçìåíåíèÿ, ÷òî ïîÿâèëàñü ïîòðåáíîñòü â êíèãå, îïèñûâàþùåé âîç- ìîæíîñòè íîâåéøèõ îïòè÷åñêèõ ìèêðîñêîïîâ, èñïîëüçóåìûõ äëÿ èññëåäîâàíèÿ êîíñòðóêöèîííûõ ìàòåðèàëîâ. Â êíèãå ðàññìàòðèâàþòñÿ îñíîâû îïòè÷åñêîé ìèêðîñêîïèè, îïèñûâàþòñÿ ìåòî- äû îïòè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé, êàê êëàññè÷åñêèå (ìåòîäû òåìíîãî ïîëÿ è èíòåð- ôåðåíöèîííàÿ ìèêðîñêîïèÿ), òàê è íîâåéøèå, à òàêæå íåîïòè÷åñêèå � íàïðè- ìåð, àêóñòè÷åñêèå è ðåíòãåíîâñêèå. Ðàññìàòðèâàåòñÿ ïîñòðîåíèå äâóìåðíîãî èçîá- ðàæåíèÿ íà îñíîâå òðåõìåðíîãî ìàññèâà äàííûõ è ìåòîäû ïðåîáðàçîâàíèÿ öèô- ðîâîãî èçîáðàæåíèÿ íà êîìïüþòåðå, èçó÷àåòñÿ ðàáîòà êîíôîêàëüíîãî ëàçåðíîãî ñêàíèðóþùåãî ìèêðîñêîïà, ïðèâîäÿòñÿ ïðèìåðû òðåõìåðíîé ðåêîíñòðóêöèè ñòðóêòóðû êîìïîçèòîâ. Êíèãà áóäåò ïîëåçíà ó÷åíûì, ñïåöèàëèñòàì â îáëàñòè ìàòåðèàëîâåäåíèÿ, àñïè- ðàíòàì. Í Î Â Û Å Ê Í È Ã È Ãðèãîðüÿí Ñ. Ã. Êîíñòðóèðîâàíèå ýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ ñèñòåì àâòî- ìàòèçàöèè è âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè.� Ì.: Ôåíèêñ, 2007.� 303 ñ. Â ó÷åáíîì ïîñîáèè ðàññìîòðåíû êðàòêèå ñâåäåíèÿ èç ñòàíäàðòîâ, ôàêòîðû, îïðåäåëÿþùèå êîíñòðóêöèþ è íàäåæíîñòü ýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ è ñèñòåì, íåñó- ùèå êîíñòðóêöèè, ïðèáîðíûå êîðïóñà, êîìïîíîâêà áëîêîâ è øêàôîâ, ñðåäñòâà îòîáðàæåíèÿ èíôîðìàöèè, êîíñòðóèðîâàíèå ïå÷àòíûõ ïëàò, ìèêðîñáîðîê, îáúåì- íîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ìîíòàæà, à òàêæå îïòîýëåêòðîííûå êîìïîíåíòû è óçëû. Îïèñàíû ñïîñîáû îõëàæäåíèÿ, îáåñïå÷åíèÿ ïîìåõîçàùèùåííîñòè, ýëåêòðîìàã- íèòíîé ñîâìåñòèìîñòè è âçðûâîçàùèùåííîñòè ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðû, åå çà- ùèòà îò ìåõàíè÷åñêèõ âîçäåéñòâèé è àãðåññèâíîé âíåøíåé ñðåäû. Ðàññìîòðåíû ìåòîäû èçãîòîâëåíèÿ ïå÷àòíûõ ïëàò è òåõíîëîãèÿ ñáîðêè ýëåêòðîííûõ óçëîâ, à òàêæå ìåòîäû àêòèâèçàöèè ìûñëèòåëüíîãî ïðîöåññà ïðè ðåøåíèè òâîð÷åñêèõ èíæåíåðíûõ çàäà÷. Ïîñîáèå ïðåäíàçíà÷åíî äëÿ ñòóäåíòîâ, îáó÷àþùèõñÿ ïî ñïåöèàëüíîñòÿì íàïðàâ- ëåíèÿ «Àâòîìàòèçàöèÿ è óïðàâëåíèå», à òàêæå ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíî ñòó- äåíòàìè ðîäñòâåííûõ íàïðàâëåíèé è ïðàêòè÷åñêè âñåõ èíæåíåðíûõ ñïåöèàëü- íîñòåé, ñâÿçàííûõ ñ ýëåêòðîííîé òåõíèêîé.

Расчет коэффициента преобразования кондуктометрического датчика биосенсора

Institution

Ähnliche Einträge