Termikus mikroaktuátor szilárdsági és megbízhatósági vizsgálata
Termikus mikroaktuátor szilárdsági és megbízhatósági vizsgálata
Hajdu Dávid BSc IV. évf.
e-mail: h_david3@hotmail.com
Konzulens: Dr. Kovács Ádám, Műszaki Mechanikai Tanszék
e-mail: adamo@mm.bme.hu
A hagyományos gépészeti alkalmazásokban egyre nagyobb szerepet kapnak a különféle elektromos rendszerek és szabályozások. Az integráció növekedésével és a technológia fejlődésével lejjebb tolódik a határ a kicsi, akár mikro- vagy nanoméretek felé. A mikroprocesszorok méretei csökkenése mellett bizonyos gépészeti eszközöket is egyre kisebb méretben gyártanak. A hatékonyabb működés, kisebb energiafelhasználás és praktikusság miatt az igény is nagy a méretcsökkentésre. Például egy gyorsulásérzékelő is előnyösebb kisebb méretben, nemcsak a pontosabb működése, hanem a könnyebb kezelhetősége miatt is.
A Mikro-Elektro-Mechanikai Rendszerek (MEMS) elnevezés a szerkezet működésére és méretére utal. Egy átlagos emberi hajszál vastagsága kb. 80 mikrométer körüli. Ehhez képest egy MEMS jellemző mérete egy-két mikrométertől néhány száz mikrométerig terjed. Az ilyen méretű szerkezetek gyártásának technológiája megegyezik a mikroprocesszorokéval. A szerkezetet egy szilícium lapkából munkálják ki elektrokémiai úton, éppen ezért a geometriája korlátozott, jellemzően egyszerű elemekből, például állandó keresztmetszetű, egyenes szakaszokból áll. Az egyszerűbb megoldások gyakran egyetlen mozgó alkatrészt sem tartalmaznak, működésük egyszerű fizikai jelenségeken alapul.
Az „elektro” szó az eszköz működésének jellegére utal. A MEMS szerkezetek általában egyszerű feladatot látnak el, de lehetnek kisebb komplexitásúak is integrált elektronikával. Ez a nagyfokú integráltság adja egyik legnagyobb előnyét. A működésre való tekintettel két csoportba sorolhatjuk őket, szenzorok és aktuátorok (érzékelők és beavatkozók). Szokás ezeket a szerkezeteket „transzduszer”-eknek is nevezni, mivel fizikai mennyiségek átalakítása a feladatuk. Szenzor esetén pédául hőmérsékletet, nyomást, gyorsulást, sebességet mérhetünk, amit feszültség formájában mérünk. Aktuátort használva a működtetéshez feszültségre van szükségünk, hogy hőmérsékletnövekedést, elmozdulást, nyomásnövekedést stb. hozhassunk létre.
A téma nagyon tág, a TDK dolgozatomban egy speciális aktuátor típust, az ún. termikusan működtetett beavatkozókat vizsgáltam. A kívülről bekapcsolt feszültség hatására a szerkezeten áram folyik keresztül, ami felmelegíti annak bizonyos szakaszait. A hőmérsékletnövekedés hatására alakváltozás következik be, amely az aszimmetrikus szerkezet elmozdulását eredményezi. Egy egyszerű, többszörösen befogott tartó a mechanikai modell, amelyet szilárdságtanilag ellenőriztem. A cél az volt, hogy a működést minél pontosabban meghatározhassam analitikus úton, figyelembe véve minél több jelenséget. Az analitikus eredményeket végeselem modellel kapottakkal vetettem össze, és jó egyezést kaptam, ami bizonyítja a számítás helyességét. A dolgozatban az eszköz használhatóságát is vizsgáltam.
Irodalom:
1. D. Yan: Mechanical Design and Modeling of MEMS Thermal Actuators for RF Applications, Waterloo, Ontario, 2002, 25-48.
2. A.B. Seng, Z. Dahari, O. Sidek, M.A. Miskam: Design and Analysis of Thermal Microactuator, 2009, 281-292.
3. Gróf Gy.: Hőközlés (Ideiglenes jegyzet), BME Budapest, 1999, 5-24.
szerző
-
Hajdu Dávid
gépészmérnöki
nappali alapszak
konzulens
-
Dr. Kovács Ádám
egyetemi docens, Műszaki Mechanikai Tanszék
