Твердотільний радіовимірювальний оптико-частотний перетворювач витрат газу

Abstract

В роботі представлено дослідження твердотільного радіовимірювального оптико-частотного перетворювача витрат газу на основі транзисторної структури з від’ємним диференційним опором. Розроблено математичну модель твердотільного радіовимірювального оптико-частотного витратоміра, яка дозволила отримати функцію перетворення та рівняння чутливості. Твердотільний радіовимірювальний оптико-частотний витратомір газу створено на основі транзисторної структури з від’ємним диференційним опором, що складається з HEMT польового транзистора і біполярного транзистора з пасивним індуктивним елементом. При заміні пасивної індуктивності на активний індуктивний елемент перетворювач повністю можна виконати в інтегральному вигляді. В основі роботи твердотільного радіовимірювального оптико-частотного витратоміру газу лежить інтерферометричний спосіб рефрактометрії оптично прозорих рідин і газів. Від’ємний опір, утворений паралельним включенням повного опору з ємнісною складовою на електродах колектор-стік транзисторної структури та індуктивності, приводить до виникнення електричних коливань в контурі твердотільного автогенератора. Встановлено, що на виході твердотільного радіовимірювального оптико-частотного витратоміра існують періодичні коливання, частота яких змінюється зі зміною оптичного випромінювання, яке діє на фоточутливі транзистори. Теоретичні та експериментальні дослідження показали, що зі зростанням витрат газу від 0 л/год до 4 л/год зменшується частота генерації від 812,65 МГц до 811,62 МГц при напрузі живлення 3,3 В, а при напрузі живлення 3,8 В від 813,00 МГц до 811,80 МГц. Показано, що вибором режиму живлення з постійної напруги, можна отримати практично лінійну залежність частоти генерації від витрат газу та вибирати канали для передачі вимірювальної інформації. Проведені дослідження показали, що чутливість розробленого пристрою складає 262 кГц/л/год. Отримані теоретичні та експериментальні дослідження мають гарний збіг, відносна похибка не перевищує 2,5%.