Recherche und Validierung eines thermischen Modells dotierter piezoresistiver Widerstände
2014
Temperaturanderungen fuhren bei piezoresistiven Drucksensoren zu Messfehlern. Um diese Einflusse zu kompensieren, ist die genaue Kenntnis uber das thermische Verhalten des Sensors von Vorteil. Die vorliegende Arbeit beschaftigt sich mit der thermischen Modellbildung piezoresistiver Drucksensoren. Das Modell beschreibt den Verlauf der Ausgangsspannung des Sensors bei sprunghaften Anderungen der Umgebungstemperatur. Die durch Joulesche Warme entstehende Eigenerwarmung des Sensors wird dabei ebenfalls berucksichtigt. Fur die Berechnung der Ausgangsspannung wird sowohl der Temperaturkoeffizient der Empfindlichkeit, als auch der Temperaturkoeffizient des Widerstandes berucksichtigt.Die Modellbildung findet auf Basis einer Literaturrecherche gangiger thermischer Modelle statt. Die in der Literatur gefundenen Modelle werden bezuglich ihrer benotigten Eingangsparameter, der Arten der betrachteten Warmeubertragung und benotigter Messungen fur die Ermittlung der Eingangsparameter verglichen und bewertet. Fur die Beschreibung des thermischen Verhaltens erweist sich die thermisch-elektrische Analogie als beste Losung.Bei der Anwendung des Modells wird der piezoresistive Drucksensor in vier Bereiche aufgeteilt: piezoresistive Widerstande, Membran, Substrat, Gegenkorper. Diese Bereiche konnen mit unterschiedlichen Warmekapazitaten und Warmewiderstanden beschrieben werden. Die Formeln fur die Berechnung der einzelnen thermischen Elemente werden zusammengestellt und auf zwei verschiedene piezoresistive Drucksensoren angewendet.
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