Czujniki ciśnienia odporne na ekstremalne temperatury

Czujniki ciśnienia odporne na ekstremalne temperatury

Naukowcy z Fraunhofer Institute for Microelectronic Circuits and Systems (IMS) opracowali technologię, która ma uczynić czujniki ciśnienia odporniejszymi, umożliwiając im funkcjonowanie w temperaturze do 250 stopni Celsjusza.

System czujników ciśnienia może być szczególnie użyteczny dla geologów poszukujących złóż ropy. Wykonują oni głębokie odwierty, nierzadko przebijając się przez skały. W procesie tym uczestniczą duże ilości czujników określających ciśnienie, czy porowatość. Warunki w jakich pracują są ekstremalne. Muszą one być odporne na wysokie temperatury, ciśnienia, wstrząsy, czy wibracje. Czujniki musza też być w stanie przesłać odczyty na powierzchnię.

Jednym z głównych problemów była do niedawna odporność na wysokie temperatury. Czujniki były w stanie wytrzymać temperaturę do 125 stopni Celsjusza, a na dużych głębokościach ta często jest znacznie wyższa.

W nawiązaniu do tego problemu, inżynierowie z Fraunhofer skonstruowali nowe czujniki ciśnienia. Składają się one z dwóch elementów, umieszczonych na chipie, albo płytce. Pierwszym elementem jest sam czujnik, a drugim EEPROM. „Jest to element, który przechowuje wszystkie odczyty, razem z danymi potrzebnymi do kalibracji.” – stwierdził Hoc Khiem Trieu, szef wydziału w IMS.

By umożliwić czujnikom prawidłowe działanie nawet w ekstremalnie wysokich temperaturach, twórcy zmodyfikowali płytkę. Podczas, gdy normalna płytka zrobiona jest z krzemu monokrystalicznego, naukowcy zastąpili go tlenkiem krzemu.

„Dodatkowa powłoka tlenkowa zapewnia lepszą izolację elektryczną.” – powiedział Hoc Khiem Trieu. „Zapobiega prądom upływowym, które zwykle pojawiają się w bardzo wysokich temperaturach, a które są przyczyną awarii konwencjonalnych czujników w wysokich temperaturach.” – dodał.

Zastosowanie warstwy tlenku krzemu pozwoliło naukowcom udoskonalić izolację elementu pamięci o trzy do czterech rzędów wielkości. Wedle założeń, powinno to umożliwić działanie czujników nawet w 350 stopniach Celsjusza.

Jakkolwiek, jak dotąd, naukowcom udało się dojść jedynie do 250 stopni Celsjusza, planują oni dalsze badania nad wyższymi temperaturami.

Twórcy wierzą, że ich czujniki znajdą szerokie zastosowanie w przemyśle; od środowisk petrochemicznych, przez aplikacje geotermalne, po silniki samochodowe.

(lk)