Development of a compact wireless SAW Pirani vacuum microsensor with extended range and sensitivity

Vakuumsensoren haben nach wie vor einen begrenzten Messbereich und erfordern eine aufwendige Verkabelung sowie eine komplexe Integration in Vakuumkammern. Ein kompakter Sensor, der in der Lage ist, den Erfassungsbereich zwischen Hochvakuum und Atmosphärendruck zu erweitern und dabei drahtlos zu arbeiten, ist äußerst wünschenswert. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf dem Entwurf, der Simulation, der Herstellung und der experimentellen Validierung eines drahtlosen kompakten Vakuum-Mikrosensors mit erweiterter Reichweite und Empfindlichkeit. Zunächst wurde ein neuer Sensor unter Verwendung vorhandener und neu entwickelter Komponenten entworfen. Zweitens wurden die Sensorkomponenten simuliert, um ihre Parameter zu optimieren. Drittens wurde ein Prototyp unter Verwendung der verfügbaren Mikrobearbeitungs- und Halbleitertechnologien hergestellt und montiert. Viertens wurde der Prototyp unter Umgebungs- und Vakuumbedingungen charakterisiert, um seine Leistungen zu validieren. Für das Wandlerprinzip wurden zwei Techniken kombiniert, nämlich Pirani-Sensorik und akustische Oberflächenwellen. Das Design der Sensorkomponenten bestand aus vier Einheiten: Sensoreinheit, Heizeinheit, Abfrageeinheit und Gehäuse. Alle Einheiten wurden in einen kompakten Würfel eingebaut. Einige Komponenten wurden neu entwickelt, während andere gekauft, modifiziert und dann miteinander verbunden wurden. Die Sensoreinheit besteht aus einem neuen Chip mit verbesserter Sensorleistung dank eines optimierten Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen. Die Heizeinheit wurde aus zwei induktiv gekoppelten Spulen und der zugehörigen Konditionierungselektronik zusammengesetzt. Die Abfrageeinheit wurde mit einer Mikro-Patch-Antenne hergestellt. Ein würfelförmiges Polymergehäuse wurde entwickelt, um alle Komponenten in einer Vakuumkammer unterzubringen. Zweitens wurde die Simulation des Verhaltens der Sensorkomponenten behandelt. Die für die Druckmessung verantwortliche Wärmeübertragung des Sensorchips wurde vom Hochvakuum bis zum Atmosphärendruck untersucht, um seine Abmessungen zu optimieren. Die Verwendung eines hängenden Lithium-Niobat-Chips mit Y-Z-Schnitt und einem TCF von 94 ppm/K führte zu einer verbesserten Leistung in einem Messbereich zwischen \num{d-4}~Pa und \num{e5}~Pa. Die elektronische Kopplung der Heizspulen wurde ebenfalls simuliert, um die Leistungsübertragung und den Kopplungsabstand zu optimieren. Der dritte Teil betrifft die Herstellungs- und Montageschritte des Prototyps unter Verwendung der verfügbaren Halbleitertechnologien und -ausrüstung. Ein SAW Chip wurde mit einer 100~nm dicken Goldschicht an der Unterseite gesputtert, um den Heizwiderstand zu bilden, und mit Hilfe von Drahtbonding elektrisch mit dem Rest des Sensors verbunden. Es wurde eine Leiterplatte vorbereitet, die die Heiz- und Sensoreinheit enthält. Ein kubisches Gehäusewurde aus PTFE hergestellt. Viertens wurden die Sensorkomponenten zunächst separat charakterisiert, um ihre Leistungen zu überprüfen, und dann zusammen unter Umgebungsbedingungen. Später wurde der Sensor im Vakuum integriert, und es wurde ein druckabhängiges Verhalten des Sensorchips beobachtet. Die Relevanz eines drahtlosen Übertragungsverfahrens wurde den herkömmlichen drahtgebundenen Methoden gegenübergestellt. Die Ergebnisse der experimentellen Arbeiten außerhalb und innerhalb des Vakuums zeigten die Machbarkeit und Relevanz des neuen Konzepts

Characterization of a Wireless Vacuum Sensor Prototype Based on the SAW-Pirani Principle

A prototype of a wireless vacuum microsensor combining the Pirani principle and surface acoustic waves (SAW) with extended range and sensitivity was designed, modelled, manufactured and characterised under different conditions. The main components of the prototype are a sensing SAW chip, a heating coil and an interrogation antenna. All the components were assembled on a 15 mm × 11 mm × 3 mm printed circuit board (PCB). The behaviour of the PCB was characterised under ambient conditions and in vacuum. The quality of the SAW interrogation signal, the frequency shift and the received current of the coil were measured for different configurations. Pressures between 0.9 and 100,000 Pa were detected with sensitivities between 2.8 GHz/Pa at 0.9 Pa and 1 Hz/Pa close to atmospheric pressure. This experiment allowed us to determine the optimal operating conditions of the sensor and the integration conditions inside a vacuum chamber in addition to obtaining a pressure-dependent signal

Design and Simulation of a Wireless SAW–Pirani Sensor with Extended Range and Sensitivity

Pressure is a critical parameter for a large number of industrial processes. The vacuum industry relies on accurate pressure measurement and control. A new compact wireless vacuum sensor was designed and simulated and is presented in this publication. The sensor combines the Pirani principle and Surface Acoustic Waves, and it extends the vacuum sensed range to between 10−4 Pa and 105 Pa all along a complete wireless operation. A thermal analysis was performed based on gas kinetic theory, aiming to optimize the thermal conductivity and the Knudsen regime of the device. Theoretical analysis and simulation allowed designing the structure of the sensor and its dimensions to ensure the highest sensitivity through the whole sensing range and to build a model that simulates the behavior of the sensor under vacuum. A completely new design and a model simulating the behavior of the sensor from high vacuum to atmospheric pressure were established

Characterization of a Wireless Vacuum Sensor Prototype Based on the SAW-Pirani Principle

A prototype of a wireless vacuum microsensor combining the Pirani principle and surface acoustic waves (SAW) with extended range and sensitivity was designed, modelled, manufactured and characterised under different conditions. The main components of the prototype are a sensing SAW chip, a heating coil and an interrogation antenna. All the components were assembled on a 15 mm × 11 mm × 3 mm printed circuit board (PCB). The behaviour of the PCB was characterised under ambient conditions and in vacuum. The quality of the SAW interrogation signal, the frequency shift and the received current of the coil were measured for different configurations. Pressures between 0.9 and 100,000 Pa were detected with sensitivities between 2.8 GHz/Pa at 0.9 Pa and 1 Hz/Pa close to atmospheric pressure. This experiment allowed us to determine the optimal operating conditions of the sensor and the integration conditions inside a vacuum chamber in addition to obtaining a pressure-dependent signal

Design and Simulation of a Wireless SAW–Pirani Sensor with Extended Range and Sensitivity

Pressure is a critical parameter for a large number of industrial processes. The vacuum industry relies on accurate pressure measurement and control. A new compact wireless vacuum sensor was designed and simulated and is presented in this publication. The sensor combines the Pirani principle and Surface Acoustic Waves, and it extends the vacuum sensed range to between 10−4 Pa and 105 Pa all along a complete wireless operation. A thermal analysis was performed based on gas kinetic theory, aiming to optimize the thermal conductivity and the Knudsen regime of the device. Theoretical analysis and simulation allowed designing the structure of the sensor and its dimensions to ensure the highest sensitivity through the whole sensing range and to build a model that simulates the behavior of the sensor under vacuum. A completely new design and a model simulating the behavior of the sensor from high vacuum to atmospheric pressure were established

Impacto de la pandemia producida por el covid-19 en el trabajo del contador público

El objetivo del presente trabajo consistió en analizar el impacto de la pandemia producida por el virus Covid-19 en el trabajo del contador público. Las autoridades de la República Argentina adoptaron diferentes medidas para mitigar el impacto negativo del virus en los aspectos no solo epidemiológicos, sanitarios sino también en la actividad económica viéndose también afectado el trabajo del Contador Público. Para ello se llevó a cabo un análisis teórico de los principios de las normas contables y los procedimientos de auditoría vigentes, poniendo en énfasis las variables que inciden sobre la definición de empresa en marcha, dado que fue uno de los principios más afectados durante la pandemia. Los resultados obtenidos muestran que la declaración de pandemia y las distintas normativas derivadas de este contexto han generado cambios en la manera de desarrollar el trabajo profesional, tanto del contador público independiente como así también en los estudios contables debiendo adaptarse al cambio, recurrir a nuevas herramientas, información, tecnologías, a fines de cumplir con sus objetivos Se concluye que la labor profesional del Contador Público se vio afectada debido a que las normas contables y de auditoría que se encontraban vigentes no daban respuestas a un entorno de falta de previsibilidad, creciente incertidumbre y riesgos. La escasez del tiempo e información para la capacitación y la adaptación al cambio fue uno de los factores de mayor incidencia durante este tiempo.Fil: Copa, Sofia. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Economía y Negocios; Buenos Aires, ArgentinaFil: Pacenti, Angeles Gisele. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Economía y Negocios; Buenos Aires, ArgentinaFil: Toto, Florencia. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Economía y Negocios; Buenos Aires, Argentin

SAW-Pirani vacuum sensor with extended range and sensitivity

In this abstract, a micro wireless vacuum sensor is presented to be operated between high vacuum and atmospheric pressure. The sensor combines the Pirani principle and Surface Acoustic Waves

Design and Simulation of a Wireless SAW–Pirani Sensor with Extended Range and Sensitivity

Pressure is a critical parameter for a large number of industrial processes. The vacuum industry relies on accurate pressure measurement and control. A new compact wireless vacuum sensor was designed and simulated and is presented in this publication. The sensor combines the Pirani principle and Surface Acoustic Waves, and it extends the vacuum sensed range to between 10−4 Pa and 105 Pa all along a complete wireless operation. A thermal analysis was performed based on gas kinetic theory, aiming to optimize the thermal conductivity and the Knudsen regime of the device. Theoretical analysis and simulation allowed designing the structure of the sensor and its dimensions to ensure the highest sensitivity through the whole sensing range and to build a model that simulates the behavior of the sensor under vacuum. A completely new design and a model simulating the behavior of the sensor from high vacuum to atmospheric pressure were established

Correction: Design and Simulation of a Wireless SAW–Pirani Sensor with Extended Range and Sensitivity

The authors wish to make the following erratum to Reference [...