Eintrag in der Universitätsbibliographie der TU Chemnitz
Tenholte, Dirk
Dötzel, Wolfram (Prof. Dr.-Ing.) ; Gatzen, Hans-Heinrich (Prof. Dr.-Ing.) ; Hauptmann, Peter (Prof. Dr. rer. nat. habil.)
Ein MEMS Vakuumsensor nach dem Reibungsprinzip
A MEMS Friction Vacuum Gauge
Kurzfassung in deutsch
Die vorliegende Arbeit beschreibt einen MEMS Vakuumsensor, dessen Funktionsprinzip auf der druckabhängigen Squeezedämpfung in engen Spalten und der ebenfalls druckabhängigen Molekulardämpfung beruht. Nach einer kurzen geschichtlichen Einführung in die Vakuummeßtechnik und der technischen Klassifikation des MEMS-Sensors wird ein Modell zur mathematischen Beschreibung des Sensors hergeleitet. Methoden unterschiedlicher Autoren zur Berechnung der druckabhängigen Squeeze- und Molekulardämpfung werden diskutiert und mit eigenen Meßwerten verglichen. Anhand der Ergebnisse wird ein Modell zur Berechnung der druckabhängigen Dämpfung des Sensors aufgestellt. Neben der direkten elektrischen Kontaktierung zur Energieversorgung des Sensors werden Möglichkeiten einer indirekten induktiven und kapazitiven Energieübertragung ins Vakuum untersucht und die theoretischen sowie meßtechnischen Ergebnisse diskutiert. Eine Auswahl von Methoden zur Detektion der Sensorbewegung wird vorgestellt und deren Eignung für den Sensorbetrieb theoretisch und praktisch überprüft. Zur Bestimmung der druckabhängigen Dämpfung des Sensors gibt es unterschiedliche Verfahren, die beschrieben und bezüglich ihrer Anwendbarkeit bewertet werden. An gefertigten Sensoren wurden umfangreiche Messungen durchgeführt, um das reale Verhalten der Sensoren zu beschreiben und mit dem rechnerisch ermittelten zu vergleichen. Hierbei werden verschiedene Aspekte wie u. a. Meßbereich, Gasartabhängigkeit, Einsatztemperatur sowie Meß- und Wiederholgenauigkeit berücksichtigt. Die Arbeit wird mit einer Zusammenfassung der Ergebnisse und einem Ausblick auf weitere Verbesserungsmöglichkeiten des Sensors abgeschlossen.
Kurzfassung in englisch
The present text describes a MEMS vacuum gauge whose working principle is based on the pressure dependent squeeze damping in narrow gaps and the likewise pressure dependent molecular damping. After a short historical introduction to vacuum measurement technology and the technical classification of the MEMS gauge, a model for mathematical description of the sensor is derived. Approaches of several authors to calculate the pressure dependent squeeze and molecular damping are discussed and compared with own measurement results. Based on these results, a model for description of the pressure dependent damping is deduced. Besides the direct electrical connection of the sensor for power supply, options for indirect inductive and capacitive energy supply into the vacuum are investigated. Calculated and measured results are discussed. Several alternatives for detecting the sensor's movement are introduced and their applicability for the sensor operation is theoretically and practically investigated. Different ways to detect the pressure dependent damping are described and rated as to applicableness. Manufactured sensors were tested extensively to describe the real sensor behaviour and the measured results are compared to the calculated ones. Considered are several topics like measurement range, gas dependency, working temperature as well as accuracy and repeatability. The work concludes with a summary of the results and an outlook on further improvement opportunities for the sensor.
| Universität: | Technische Universität Chemnitz | |
| Institut: | Professur Mikrosysteme und Medizintechnik | |
| Fakultät: | Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik | |
| Dokumentart: | Dissertation | |
| Betreuer: | Dötzel, Wolfram (Prof. Dr.-Ing.) | |
| ISBN/ISSN: | 978-3-941003-04-0 | |
| URL/URN: | http://archiv.tu-chemnitz.de/pub/2009/0115 | |
| Quelle: | Chemnitz : Universitätsverlag, 2009. - 186 S. | |
| Freie Schlagwörter (Deutsch): | Gasdämpfung , Molekulardämpfung , Reibungsvakuummeter , Sensor , Squeezedämpfung , Vakuummessung , Vakuumsensor | |
| Tag der mündlichen Prüfung | 16.04.2009 |
