МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА” МОДЕЛЮВАННЯ БІМЕТАЛІЧНОГО ТЕПЛОВОГО МІКРОАКТЮАТОРА МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ до лабораторної роботи з курсу “Автоматизація проектування мікроелектронних систем” для студентів базового напрямку 6.08.04 “Комп’ютерні науки” Затверджено на засіданні кафедри “Системи автоматизації проектування” Протокол № Львів – 2005  Моделювання біметалічного теплового мікроактюатора: Методичні вказівки до лабораторної роботи з курсу “ Автоматизація проектування мікроелектронних систем ” для студентів базового напрямку 6.08.04 “Комп’ютерні науки”. Укладач Перейма Микола Євгенович Відповідальний за випуск Рецензенти МЕТА РОБОТИ Мета роботи – отримати практичні навички проектування теплових мікроелектромеханічних інтегральних пристроїв. КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ В даному розділі наведені осносні теоретичні відомості cтосовно будови, принципу функціонування та математичних моделей біметалічних мікроактюаторів. 2.1. Теплові мікроактюатори. Мікроактюатор - це пристрій, який перетворює енергію в керований рух. Мікроактюатори мають розміри від декількох квадратних мікрометрів до одного квадратного сантиметра. Діапазон використання мікроактюаторів надзвичайно широкий та різноманітний, і він з кожним роком зростає. Мікроактюатори використовуються в робототехніці, в керуванні космічних апаратів, біомедицині, дозиметрії, вимірювальних пристроях, в технологіях розваг, автомобілебудуванні та в домашньому господарстві та ін.
 Рис. 1 Використання біметалічного мікроактюатора при керуванні мікродзеркалом ендоскопічного томографа   Основні принципи перетворення енергії в актюаторах базуються на мікрозбудженні. Метою якого є генерація сил, які продукують механічний рух. Теплові виконуючі мікропристрої (теплові актюатори) використовують як лінійне або об'ємне розширення рідини чи газу, так і деформацію форми пластин внаслідок біметалічного ефекту, що має місце при зміні температури. Розглянемо біметалічний актюатор, конструкція якого зображена на рис. 2. Вона включає двошарову балку, один шар якої виготовлений з діелектрику (кремній), а інший шар з металу (для прикладу алюміній). Коефіцієнти теплового розширення кремнію та алюмінію різні. При нагріванні, один з використаних матеріалів розширюється швидше, ніж інший, і балка відповідно згинається. Нагрівання актюатора можна провести пропусканням електричний струму, гарячим повітрям чи рідиною. Наведемо приклад розрахунку вихідних характеристик бішарового актюатора. Отже, теплоємність вираховується згідно виразу:
.
 Рис. 2 Конструкція бішарового актюатора   Для прикладу, знаючи швидкість перемикання можна визначити тепловий опір, який визначається з виразу:
. Припущення про постійну температуру консолі може бути перевірене за допомогою довжини розсіювання тепла:
. Для кремнію довжина розсіювання тепла рівна 1.8 мм, для алюмінію значення 1.95 мм. У порівнянні з всіма геометричними розмірами довжина розсіювання тепла дуже велика, отже, гіпотеза про постійну температуру консолі виправдана. Електрична потужність нагріву визначається з виразу:
. Максимально можливе збільшення температури для потужності нагріву вираховується по формулі:
. Теплове розширення балки (без сили стиснення пружини) можна визначити з наступного виразу:
. Для досягнення максимальної ефективності теплового пристрою жорсткість пружини
вибирається таким чином, щоб сила протидії зменшувала прогин вдвічі.
. Механічна робота, яка здійснює механічне переміщення отримується з виразу :
. Електрична енергія, що подається для виконання цієї механічної роботи визначається з виразу:
. Ефективність пристрою рівна:
. Математична модель актюатора, яка наведена вище має свої особливості. До її переваг можна віднести таку особливість як п...