MIKROSYSTEMY ANALITYCZNE
DETEKCJA W MIKRO- I NANOOBJĘTOŚCIACH
Ćwiczenie nr 2
Mikrozawór pneumatyczny do dozowania gazów
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i warunkami poprawnego działania krzyŜowego
mikrozaworu pneumatycznego dozującego gaz
oraz z działaniem przepływomierza
Honeywell.
Opis stanowiska:
a. Schemat układu pomiarowego przedstawiony jest na poniŜszym rysunku:
b. Do zaworu pneumatycznego podłączone są trzy przewody:
1) doprowadzający gaz nośny (powietrze)
2) doprowadzający gaz dozowany (Hel)
3) doprowadzający powietrze sterujące pracą zaworu
Przepływ gazu w układzie wymuszany jest ciśnieniem ze spręŜarki (dla powietrza) lub z
butli (dla helu). KaŜda linia zaopatrzona jest w regulatory ciśnienia (PA – ciśnienie powietrza,
PHe – ciśnienie helu i PS – ciśnienie sterujące) oraz dodatkowo w zawory ręczne pozwalające
na całkowite odcięcie wybranego przepływu. Otwarcie lub zamknięcie linii sterującej
realizowane jest dodatkowo za pomocą zaworu elektromagnetycznego (EM). Jego działanie
sterowane jest za pośrednictwem karty sterującej National Instruments (NI) z komputera PC.
W momencie wyłączenia zaworu elektromagnetycznego (pozycja Stand-by) ciśnienie
podawane jest na membranę, która uszczelnia zawór i uniemoŜliwia przepływ helu.
Włączenie zaworu elektromagnetycznego (pozycja Dozowanie) odcina ciśnienie sterujące
membraną i hel dostaje się do kanału z gazem nośnym. Do przepływomierza trafia mieszanka
powietrza i helu.
___________________________________________________________________________
www.memslab.pl
c. Schemat obudowy chipu z zaworem pneumatycznym pokazany jest poniŜej, dokładny opis
znaleźć moŜna w artykule nr 1 (s. 320, rys. 3):
d. Obudowa chipu posiada pięć wejść - wykorzystane są tylko cztery z nich: wlot powietrza i
helu, doprowadzenie ciśnienia sterującego oraz wyjście do przepływomierza.
e. Gaz wychodzący z chipu po przejściu przez dławik (ograniczający przepływ) trafia do
przepływomierza Honeywell AMW 3200. Wartość przepływu konwertowana jest na napięcie
wskazywane przez multimetr METEX. Jego wskazania trafiają takŜe automatycznie na
komputer za pośrednictwem kabla RS-232. W zaleŜności od wartości przepływu, ale równieŜ
od rodzaju gazu zmienia się wartość wskazywanego napięcia. W wypadku braku przepływu
napięcie wynosić będzie 1 V. Zmiany są wyświetlane w postaci przebiegu na ekranie
monitora.
Przebieg ćwiczenia:
1. Zaznajomienie się z układem pomiarowym
- nie ruszać zaworów na butli z helem (ustawione będą przez prowadzącego),
2. Zapoznanie się z programami komputerowymi wykorzystywanymi w ćwiczeniu:
a. proszę uruchomić komputer (zalogować się jako „student”)
b. w ćwiczeniu wykorzystane będą dwa programy: „Dozownik” i „Scope View”
- „Dozownik” słuŜy do automatycznej obsługi zaworu elektromagnetycznego:
# ustawia się „Czas dozowania” i „Odstęp”,
# zawór moŜna uruchomić jednokrotnie lub cyklicznie (ikony na górze ekranu),
po kaŜdej zmianie ustawień naleŜy wcisnąć stop i start,
# lampki przy pozycjach „Dozowanie” i „Stand-by” informują, która pozycja jest
aktywna,
- „Scope View” słuŜy do sczytywania wskazań z multimetru:
# po uruchomieniu stanowiska wcisnąć przycisk „Power” (na ekranie pojawią się
wskazania zgodne z tymi na multimetrze),
# aby obserwować przebiegi napięcia w funkcji czasu wcisnąć przycisk „Scope”,
# w kolejnym oknie odznaczyć „Auto scale on”, ustawić „Offset” na 1 V oraz
„Units/div” na 0,5,
# naciśnięcie „Record” umoŜliwi zapis otrzymywanych wyników (naleŜy wpisać
nazwę pliku w którym dane będą zapisywane i wcisnąć „Ok”)
# naciśnięcie „Scope” spowoduje wyświetlenie okna, w którym będzie rysowany
przebieg,
# aby obserwować przebieg napięcia w funkcji czasu naleŜy wcisnąć „Run”,
# od tego momentu równieŜ zapisywane będą dane w pliku.
___________________________________________________________________________
www.memslab.pl
3. Przeprowadzenie pomiarów (dla spręŜonego powietrza oraz helu):
a. Wyznaczenie charakterystyki przepływu powietrza w zaleŜności od ciśnienia
(przepływ = f(PAWE)), przy odciętym przepływie helu (zawór ręczny w linii 2).
-maksymalne ciśnienie wejściowe: 2 bary. Kwant ciśnienia: 0,2 bara.
- „Czas dozowania” - 1s, „Odstęp” – 999 s.
b. Pomiar charakterystyk przepływu przy dozowaniu helu:
- ustawić maksymalne ciśnienie sterujące (PS = 2 bar),
- ustalić stałą wartość ciśnienia powietrza: 0; 0,5; 1 oraz 1,5 bara)
- zmieniać wartość ciśnienia helu od 0 do 2 bara, z kwantem 0,2 mbar,
- uruchomić cykliczne załączanie zaworu: „Czas dozowania” i „Odstęp” – 20s,
- sporządzić wykresy przepływu od ciśnienia helu (PA jako parametr).
c. Pomiary ciśnienia sterującego zaworem.
- zawór, jeŜeli będzie miał nieodpowiednie ciśnienie sterujące, moŜe nie być w
stanie przeciwdziałać przepływowi helu,
- odciąć dopływ gazu nośnego (zawór ręczny na linii 1),
- ustawić stałą wartość ciśnienia dla gazu dozowanego (0,5; 1 i 1,5 bara)
- ustawić „Czas dozowania” na 1 s i „Odstęp” na 999 s,
- zmieniać ustawienia ciśnienia sterującego PS od 0 do 2 barów:
I zmniejszyć do 0 ciśnienie na linii sterującej, poczekać aŜ sygnał na
multimetrze wzrośnie i osiągnie stałą wartość,
II zakręcać zawór ręczny na linii sterującej (linia 3),
III ustawiać kolejno róŜne ciśnienia na linii sterującej, krok dobrać samemu,
IV odkręcać zawór ręczny na linii sterującej,
V sygnał na wykresie zacznie spadać, czekać do ustabilizowania wartości i
odczytać napięcie (powrót do pkt. I),
- sporządzić wykresy przepływu (przeliczonego z napięcia) od wartości
ciśnienia sterującego,
-zaobserwować charakter i czas narostu i spadku sygnału.
4. Analiza wyników pomiarów:
a. przeliczyć wartości napięcia na przepływ (wg karty katalogowej przepływomierza
Honeywell), zbadać zmiany przepływu w zaleŜności od ciśnienia,
b. określić wpływ składu mieszaniny gazów na wskazania przepływomierza,
c. określić wymagane ciśnienie sterujące zaworu pneumatycznego.
5. Opracowanie wyników, przygotowanie sprawozdania.
Uwagi:
Przed wykonaniem ćwiczenia proszę zapoznać się z danymi katalogowymi
przepływomierza Honeywell AWM3200V oraz z artykułem nr 1 z Literatury.
Literatura:
1. J. A. Dziuban i inni, Portable gas chromatograph with integrated components,
Sensors and Actuators A, 115, 2004, 318−330
2. Jan A. Dziuban, Technologia i zastosowanie mikromechanicznych struktur
krzemowych i krzemowo-szklanych w technice mikrosystemów, Oficyna Wydawnicza
Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2004
3. Czasopisma poświęcone mikrosystemom, mikroczujnikom oraz mikrofluidyce,
np. Sensors and Actuators, Journal of Micromechanics and Microengineering.
___________________________________________________________________________
www.memslab.pl
Download

Mikrozawór pneumatyczny do dozowania gazów - MEMS lab