Bitte benutzen Sie diese Referenz, um auf diese Ressource zu verweisen: doi:10.22028/D291-22995
Titel: Untersuchung der gasart- und spaltabhängigen Dämpfungseigenschaften mikromechanischer Resonatoren von der Molekular- bis zur Kontinuumsströmung
Sonstige Titel: Investigations on gas- and airgap-specific damping behaviour of micromechanical resonators from molecular to viscous flow
Verfasser: Schwarz, Patrick
Sprache: Deutsch
Erscheinungsjahr: 2014
SWD-Schlagwörter: Mikromechanik
Resonator
Sensor
Dämpfung
Vakuum
Gas
Spalt
Silicium
Aluminiumnitrid
Druck
Freie Schlagwörter: Resonanzfrequenz
Squeeze-Film
Thermoelastische Dämpfung
Viskose Dämpfung
Molekulare Dämpfung
Güte
resonator
damping
quality factor
vacuum
gas species
DDC-Sachgruppe: 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Dokumentart : Dissertation
Kurzfassung: Beim Konzept resonanter mikromechanischer Sensoren spielt die Dämpfung durch das umliegende Medium (Gas) eine wesentliche Rolle. Wichtige Einflussgrößen sind neben der Art des Gases und dessen Druck auch der Spaltabstand zwischen der schwingenden Struktur und einer gegenüberliegenden Fläche. In dieser Arbeit wurden daher mikromechanische Resonatoren unterschiedlicher Geometrie auf Basis kapazitiver und piezoelektrischer Prinzipien entwickelt und hinsichtlich ihres Resonanz- und Güteverhaltens untersucht. Es wurde das Verhalten sowohl von engspaltigen Squeeze-Film-dominierten als auch von weitgehend frei schwingenden Resonatoren über einen weiten Druckbereich (Hochvakuum bis Atmosphärendruck) für fünf verschiedene Gase untersucht. Dabei entwickelt sich, spalt- und gasartbedingt, ein hoch interessantes Zusammenspiel der unterschiedlichen Gasdämpfungseffekte im molekularen und viskosen Strömungsbereich sowie im Übergangsbereich. Dieses kann durch die Überlagerung der unterschiedlichen Dämpfungsmechanismen sehr gut quantitativ nachgebildet und verstanden werden. Neue Erkenntnisse ergaben sich bezüglich des Einflusses von Freiheitsgraden der Gase im molekularen Strömungsbereich sowie bezüglich eines thermisch-mechanischen Resonanzmodells, das den Übergangsbereich sehr gut abbilden kann. Auf Basis dieser Ergebnisse eröffnet sich die Möglichkeit, wichtige gasspezifische Parameter wie molekulare Masse, Viskosität, Wärmekapazität und Freiheitsgrade mit rein physikalischen Messungen zu ermitteln.
Fluid damping is a key factor in the concept of resonant micromechanical sensors. The most important parameters are the type of gas and the ambient gas pressure, but also the gap size between the vibrating structure and a counter facing surface. In this work, resonant micromechanical sensor structures with different geometries were developed and implemented, based on capacitive and piezoelectric principles of excitation. The damping behaviour of squeeze-film-dominated resonators as well as of nearly freely vibrating resonators was investigated for five different gases over a wide pressure range (high vacuum to atmospheric pressure). Depending on gas species and gap distance, a very interesting interplay of different gas damping effects in the molecular, viscous and transitional flow regimes was observed. This behaviour was modelled quantitatively by the superposition of different damping mechanisms in the different flow regimes. New knowledge was gained with respect to the influence of degrees of freedom in the molecular flow regime and with respect to a new thermo-mechanical resonance model in the transitional regime. Based on this insight it seems feasible to extract important gas-specific parameters, such as molecular mass, viscosity, heat capacity, and degrees of freedom from purely physical measurements.
Link zu diesem Datensatz: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-59176
hdl:20.500.11880/23051
http://dx.doi.org/10.22028/D291-22995
Erstgutachter: Seidel, Helmut
Tag der mündlichen Prüfung: 17-Sep-2014
SciDok-Publikation: 15-Okt-2014
Fakultät: Fakultät 7 - Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät II
Fachrichtung: NT - Systems Engineering
Ehemalige Fachrichtung: bis SS 2016: Fachrichtung 7.4 - Mechatronik
Fakultät / Institution:NT - Naturwissenschaftlich- Technische Fakultät

Dateien zu dieser Ressource:
Datei Beschreibung GrößeFormat 
Dissertation_Patrick_Schwarz_Endversion.pdf16,49 MBAdobe PDFÖffnen/Anzeigen


Alle Ressourcen in diesem Repository sind urheberrechtlich geschützt.