Учебное пособие 800670

температуре Тο;

R(Т) - сопротивление при повышенной Т температуре; Т = Т – Тο – изменение температуры.

Значение ТКС составило = 0,002 1/К.

Температурная зависимость сопротивления нагревателя при разных значениях внешнего напряжения

UH,B	IH,мА	RH,Oм	Т,˚С
0	0	22,3	20
1	26,7	23,638	50
1,5	39,1	25,868	100
2	49,6	28,098	150
2,5	59,7	30,328	200
3	68,8	32,558	250
3,5	75,8	34,788	300
4	81,9	37,018	350
4,5	88,5	39,248	400
5	93,4	41,478	450
5,5	104,3	43,708	500

Температурные зависимости газовой чувствительности сенсорного элемента датчика газов к парам этилового спирта в воздухе, а также при оптическом воздействии в присутствии этилового спирта представлены на рис. 3 [8]. Установлено, что максимальная газовая чувствительность к парам этилового спирта в воздухе (1700 ppm) без воздействия света наблюдается при температуре 330 оС и составляет 1,8 отн.ед. При облучении тестовой структуры фиолетовым светом температура максимальной газовой чувствительности снижается до 290 оС. При этом величина газовой чувствительности составляет 6 отн.ед., а также появляется пик дополнительной чувствительности при температуре 130 оС величиной 4,8 отн.ед. Таким образом, воздействие фиолетового света увеличивает газовую чувствительность основного пика в 3 раза и

251

уменьшает температуру максимальной газовой чувствительность на 40 оС. Пик дополнительной чувствительности к этанолу при 130 оС может быть использован для низкотемпературного измерения содержания этанола в воздухе при световом воздействии.

Температурная зависимость газовой чувствительности сенсорного элемента датчика газов к парам изопропилового спирта в воздухе, а также при оптическом воздействии в присутствии изопропилового спирта представлены на рис. 4.

Рис. 3. Температурная зависимость газовой чувствительности сенсорного элемента к парам этилового спирта (1700 ppm) в воздухе

при облучении фиолетовым светом (1) и без освещения (2)

252

Рис. 4. Температурная зависимость газовой чувствительности сенсорного элемента датчика газов к парам изопропилового спирта (1300 ppm) в воздухе при облучении фиолетовым светом (1) и без

освещения (2)

Максимальная газовая чувствительность сенсорного элемента датчика газов к парам изопропилового спирта (1300 ppm) в воздухе без воздействия света наблюдается при температуре 400 оС и составляет 15,5 отн.ед. При облучении тестовой структуры фиолетовым светом температура максимальной газовой чувствительности уменьшается на 10 оС, а величина газовой чувствительности увеличивается до 38,7 отн. ед., а также появляется пик дополнительной чувствительности при температуре 260 оС величиной 11,1 отн.ед. В данном случае величина газовой чувствительности основного пика при освещении увеличивается более чем в 2 раза. Добавочный пик при 260 оС также может быть использован для определения содержания пропанола в воздухе при воздействии света на датчик газа.

Температурная зависимость газовой чувствительности сенсорного элемента датчика газов к парам ацетона в воздухе, а также при оптическом воздействии при присутствии ацетона представлены на рис. 5. Максимальная газовая чувствительность к парам ацетона (1700 ppm) в воздухе без воздействия света

253

наблюдается при температуре 360 оС и составляет 7,4 отн. ед. При облучении тестовой структуры светодиодом температура максимальной газовой чувствительности практически не изменяется, величина газовой чувствительности равна 10,1 отн.ед., а также появляется пик дополнительной чувствительности при температуре 136оС, величиной 8,6 отн.ед.

Рис. 5. Температурная зависимость газовой чувствительности сенсорного элемента датчика газов к парам ацетона (1700 ppm) в воздухе при облучении фиолетовым светом (1) и без освещения (2)

Таким образом, во всех выполненных экспериментах воздействие света увеличивает газовую чувствительность к парам этилового, изопропилового спирта и ацетона в основном пике в 1,5 – 3 раза. Температура максимальной газовой чувствительности снижается на 10 – 40оС, либо не изменяется (ацетон). Кроме того, в области более низких температур 130 – 260 оС появляется дополнительный пик газовой чувствительности по величине сравнимый или превосходящий чувствительность датчика к соответствующему газу без освещения. Появление низкотемпературного пика газовой чувствительности указывает на то, что световые фотоны активируют новые механизмы газовой чувствительности, отсутствующие в неосвещенных образцах. К таким механизмам может быть отнесено взаимодействие света непосредственно с заряженными поверхностными состояниями, например, вакансии кислорода и их активация, а также низкотемпературные световые взаимодействия с молекулами контролируемых газов. Для дополнительных пиков температура

254

максимальной чувствительности датчика газов к этиловому и изопропиловому спиртам и ацетону оказывается в 2 – 3 раза ниже температуры максимальной чувствительности к тем же газам, но при отсутствии светового воздействия на поверхность датчика. Эти дополнительные пики также могут быть использованы для мониторинга воздушной среды при более низких температурах, что приводит к снижению потребляемой мощности датчиков газов.

Литература

1.Shapira Y. Relationship between photodesorption and surface conductivity in ZnO / Y. Shapira, R.B. McQuistan, D. Lichtman // Physical Review B., 1977.- Vol. 15.- No. 4.- P. 2163 - 2169.

2.Camagni P. Photosensitivity activation of SnO2 thin film gas sensors at room temperature / P. Camagni, G. Faglia, P. Galinetto, C. Perego, G. Samoggia, G. Sberveglieri // Sensors and Actuators B Chemical., 1996.- Vol. 31.- P. 99 - 103.

3.Comini. E. Light enhanced gas sensing properties of indium oxide and tin oxide sensors / E. Comini, A. Cristalli, G. Faglia, G. Sberveglieri // Sensors and Actuators B Chemical., 2000. Vol. 65. - P. 260

-263

4.Comini E. UV light activations of tin oxide thin films for NO2 sensing at low temperature / E. Comini, G. Faglia, G. Sberveglieri // Sensors and Actuators B Chemical. 2001. Vol. 78. -P. 73 - 77.

5.Русских, Д.В. Релаксация оптически стимулированного электросопротивления тонких пленок SnO2 [Текст] /Д.В. Русских, С.И. Рембеза // Физика и техника полупроводников. - 2009. -Т. 43.- Вып. 6.- С. 811 - 815.

6.Влияние оптического излучения маломощных светодиодов на электрические и газочувствительные свойства пленок SnO2 [Текст] / С.И. Рембеза, Т.В. Свистова, В.М. Аль-Тамееми, С.В. Овсянников, К.Н. Багнюков // Воронеж: ВГТУ. - 2013. - Т..9 .-№ 6.1 - С.95 -98 .

7.Рембеза, С. И. Термостабилизация микроэлектронных датчиков газов [Текст] / С.И. Рембеза, Д.В. Русских // Твердотельная электроника и микроэлектроника: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ. - 2005. - Вып. 5.- С. 125 - 128.

8.Стимулированная светом газовая чувствительность пленок SnO2 [Текст] / Рембеза С.И., Свистова Т.В., Аль-Тамееми В.М., Багнюков К.Н. // Вестник ВГТУ. - 2013. – Т. 9. - № 4. - С.120-123.

Воронежский государственный технический университет

255

УДК 621.9

А.И. Неронов, А.В. Турецкий

ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ТЕРМОАНЕМОМЕТР

Рассматривается целесообразность разработки и анализ технических характеристик высокочувствительного термоанемометра

Термоанемометры (ТА) получили широкое распространение для измерения различных физико-химических параметров газовых потоков. В частотности, ТА успешно применяют для контроля скоростей и расходов вентиляционных потоков при строительстве различных архитектурных сооружений и в процессе их эксплуатации; для проведения исследовательских работ по изучению динамических параметров турбулентных течений; для измерения концентрации взрывоопасных газов; в автомобилестроении для оптимизации работы карбюраторных двигателей внутреннего сгорания; при исследовании и контроле обтекания сложных тел потоками газа; для измерения расхода газов в трубах большого диаметра и т.д.

Исследование показало, что одним из немногих приборов, удовлетворяющим требованиям, предъявляемым к средствам измерения характеристик турбулентных течений, является высокочувствительный термоанемометр.

Чувствительный элемент ТА практически не вносит возмущений в поток, имеет высокую пространственную разрешающую способность для измерений микромасштабов турбулентности и малую инерционность при измерении пульсаций.

Технические характеристики устройства: напряжение питания 12В; температура эксплуатации от -20 до 120 С0; конструкция изделия должна предусматривать удобное размещение в процессе эксплуатации на любых поверхностях; габаритные размеры должны быть не более 0,12 0,07 0,017м; масса изделия не должна превышать 0,3 кг; надписи на изделии должны выполняться стандартными буквами с общепринятыми сокращениями; климатическое испытание УХЛ; категория размещение 2; в изделии должны быть использованы стандартные элементы, материалы и сырье, разрешенные к применению; конструкция деталей и сборочных единиц должна быть технологичной и разработана с

256

использованием типовых и перспективных технологических процессов; время безотказной работы в часах 10000 при вероятности P(t)=0,85; срок службы изделия с учетом времени хранения должен быть не менее 5 лет; изделие должно быть конкурентоспособным; годовая программа выпуска, 10000 штук.

Всоответствии требованиям технического задания, разрабатываемое устройство относится к переносимой аппаратуре. Конструкция должна быть прочной. Габаритные размеры должны предусматривать удобное размещение в процессе эксплуатации.

При проектировании изделия стоит обратить внимание на импортную элементную базу. Применение этих компонентов позволит снизить себестоимость изделия и повысить конкурентоспособность прибора на рынке.

Врезультате всего вышеперечисленного на устройство можно сделать вывод, при разработке изделия могут быть выполнены все перечисленные в техническом задании требования, а производство изделия возможно на любом радиотехническом предприятии с применением широко используемых материалов и оборудования, не требующего специальной оснастки.

Описание работы устройства. Разрабатываемое устройство построено на основе микросхемы LM358, созданной компанией STMicroelectronics. Данная микросхема сравнивает значение двух термисторов R1 и R2, один из которых имеет постоянную температуру и другой изменяет свои значения в зависимости от скорости обдува.

Микросхема работает на напряжении 3 В.

Однотипные, но низкоомный R2 номиналом 15 Ом и высокоомный R1 номиналом 100 Ком вместе с резисторами R1 и R3 образуют мостик Уинстона, в диагональ которого включена микросхема DD1.1

Резистор R4 вносит такую асимметрию сопротивлений

мостика, при которой для его баланса термистор R2 должен быть разогрет до 500С.

Разогревающий ток около 60 мА формирует, умощненный эмиттерным повторителем VT1, сигнал с выхода DD1.1, выполняющего таким образом роль термостата.

Заметим, что через высокоомный термистор R1 протекает малый то, не приводящий к его заметному разогреву по отношению к температуре окружающей среды.

257

Если на систему подует ветер, то терморезистор R1 останется при прежней своей температуре окружающей среды, а разогретый терморезистор R2 охладится, мостик разбалансируется, заставляя DD1.1 повысить напряжение на эмиттере VT1 для обеспечения большего подогревающего тока через R2 и восстановления температуры 500С ,требуемой для равновесия мостика. Это повышение напряжения через резистивный делитель R6-R7, DD1.2 и триммер VT1 передается для индикации на 3,5 разрядный модуль ЖК вольтметра постоянного тока LCDVelleman.

Плавающий параметрический стабилизатор VD1-VT2-R11- R12-C3 обеспечивает питание модуля.

Триммер VT2 позволяет откалибровать нуль термоанемометра, для чего достаточно временно накрыть термисторы R1 и R2 коробочкой, исключающей малейшие дуновения, и регулировкой R10 установить нулевые показания

LCDVelleman.

Триммером R10 калибруют чувствительность термоанемометра, обдувая термисторы R1 и R2 воздушным потоком

снаперед известной скоростью.

Витоге, можно выделить следующие особенности проектируемого изделия:

низкая погрешность измерений, компактные размеры, быстродействие, универсальность использования, потребляемая мощность: +12 В, 50 мА.

Дальнейшая модернизация устройства может идти по пути улучшения схемотехники и расширения функциональных возможностей.

Воронежский государственный технический университет

258

УДК 621.3

Е.А. Рогозин, В.А. Хвостов, Д.И. Коробкин, А.А. Змеев

ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ПРИ ОБРАБОТКЕ ИНФОРМАЦИИ, ТРЕБУЮЩЕЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕР ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ИНФОРМАЦИ

В статье проанализированы особенности функционирования автоматизированных систем

Развитие АС (автоматизированных систем) в настоящее время привело к существенному усложнению проблемы обеспечения БИ (безопасности информации). Обусловлено данное обстоятельство рядам внутренних противоречий и факторов, характерных современным тенденциям развития информационных технологий.

Первым из важнейших противоречивых тенденций развития рассматриваемой предметной области является противоречие между сложностью и разнообразием современного программного и аппаратного обеспечения современных АС, порождаемых необходимостью удовлетворения все более и более широких потребностей пользователей, и необходимостью решения задачи ЗИ. Сложность и разнообразие современного программного и аппаратного обеспечения современных АС является источником роста числа потенциальных уязвимостей. В то же время потребности ОБИ также расширяются. Возрастает количество конфиденциальной информации, расширяется номенклатура требующей защиты информации, усложняется технологический цикл обработки конфиденциальной информации и т.п.

Второй важной тенденцией является противоречие между широкой номенклатурой и постоянно растущими возможностями способов и средств реализации различных видов угроз БИ и необходимостью разработки формальных документов, содержащих модели новых видов угроз БИ и постоянного пересмотра действующих моделей известных видов угроз, а также разработка требований по защите информации от этих видов угроз. При этом модели угроз и требования по ЗИ постоянно находятся в роли догоняющего. Эффективность мер по ЗИ во многом определяются возможностям требований по защите информации, закрепленных в действующих нормативных документах, соответствовать новым

259

угрозам БИ. Следствием этого является положение, когда ЗИ, реализованная в соответствии с действующими нормативными документами, не учитывает ряда новых видов угроз БИ или новых возможностей известных видов угроз БИ. Кроме того, следствием постоянного возрастания числа разновидностей угроз БИ, а также способов и средств защиты от них, является возрастание номенклатуры требований по защите от этих угроз и числа нормативных документов, в которых закреплены эти требования. В таких условиях самостоятельной проблемой организации ЗИ становится согласованное применение большого числа разнородных требований по защите информации, порядок одновременного применения которых в указанных нормативных документах в большинстве случаев не оговорен.

Всоответствии со сложившейся в теории больших систем научным подходом разрешения указанных противоречий необходима структуризация основных составляющих проблемы. При этом проблема ЗИ естественным образом можно декомпозировать на следующие компоненты. Средства вычислительной техники (АС), угрозы безопасности информации, требования к системам и средствам ЗИ.

Всоответствии с нормативной документацией [1,2], под АС понимается множество информационных ресурсов, СВТ, употребляемых в соответствии с заданным технологическим циклом, средств и систем обеспечения, помещений, в которых они установлены и т.п.

При этом в составе АС традиционно рассматриваются следующие элементы:

1.Информационные ресурсы - документы и массивы документов на бумажных носителях, документы и массивы документов на электронных носителях: библиотеках, архивах, фондах, банках данных, других видах информационных систем;

2.К основным техническим средствам и системам АС (ОТСС АС) - следует относить технические системы и множество средств и входящие в их состав различные соединительные, связанное непосредственно с коммуникационным оборудованием, которое может использоваться как для хранения так и передачи в различные пункты информацию, обладающую свойством «конфиденциальности». Непосредственно к ОТСС АС могут относиться:

260