Методика проектирования элементов прецизионного датчика давления с пневмомеханическим резонатором

Рассмотрены особенности проектирования первичного и вторичного преобразовательных элементов датчика давления для бортового оборудования ЛА и контрольно-проверочной аппаратуры. Предлагаемый датчик отличается простотой конструкции и высокой технологичностью изготовления. Описана методика расчета пневм...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2002
Main Authors: Черняк, Н.Г., Бондаренко, А.Н., Петровский, С.И.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2002
Series:Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Subjects:
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70771
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Методика проектирования элементов прецизионного датчика давления с пневмомеханическим резонатором / Н.Г. Черняк, А.Н. Бондаренко, С.И. Петровский// Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2002. — № 3. — С. 30-33. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70771
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-707712025-02-23T17:40:43Z Методика проектирования элементов прецизионного датчика давления с пневмомеханическим резонатором The project features of precision pressure sensor with pneumomechanical resonator technique Черняк, Н.Г. Бондаренко, А.Н. Петровский, С.И. Сенсоэлектроника Рассмотрены особенности проектирования первичного и вторичного преобразовательных элементов датчика давления для бортового оборудования ЛА и контрольно-проверочной аппаратуры. Предлагаемый датчик отличается простотой конструкции и высокой технологичностью изготовления. Описана методика расчета пневмомеханического резонатора с несколькими частотами колебаний плоского резонирующего элемента специальной формы. Получены расчетные зависимости для выбора основных конструктивных параметров датчика давления. На основании результатов расчета одного из вариантов конструкции прибора показана возможность прецизионного измерения давления. The project features of primary and secondary transducers of precision pressure sensor with pneumomechanical resonator for airborne equipment and checkout gear are considered. The pressure sensor has distinguished at design uncomplexity and high technological effectiveness. The calculation melodic of pneumomechanical resonator with several vibrate frequencies of resonant elements is described. Calculation relations for select of basic design parameters are obtained. At basic numerical estimation one device embodiment, the possibility of precision pressure measurements is showing. 2002 Article Методика проектирования элементов прецизионного датчика давления с пневмомеханическим резонатором / Н.Г. Черняк, А.Н. Бондаренко, С.И. Петровский// Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2002. — № 3. — С. 30-33. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70771 531.768 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре application/pdf Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Сенсоэлектроника
Сенсоэлектроника
spellingShingle Сенсоэлектроника
Сенсоэлектроника
Черняк, Н.Г.
Бондаренко, А.Н.
Петровский, С.И.
Методика проектирования элементов прецизионного датчика давления с пневмомеханическим резонатором
Технология и конструирование в электронной аппаратуре
description Рассмотрены особенности проектирования первичного и вторичного преобразовательных элементов датчика давления для бортового оборудования ЛА и контрольно-проверочной аппаратуры. Предлагаемый датчик отличается простотой конструкции и высокой технологичностью изготовления. Описана методика расчета пневмомеханического резонатора с несколькими частотами колебаний плоского резонирующего элемента специальной формы. Получены расчетные зависимости для выбора основных конструктивных параметров датчика давления. На основании результатов расчета одного из вариантов конструкции прибора показана возможность прецизионного измерения давления.
format Article
author Черняк, Н.Г.
Бондаренко, А.Н.
Петровский, С.И.
author_facet Черняк, Н.Г.
Бондаренко, А.Н.
Петровский, С.И.
author_sort Черняк, Н.Г.
title Методика проектирования элементов прецизионного датчика давления с пневмомеханическим резонатором
title_short Методика проектирования элементов прецизионного датчика давления с пневмомеханическим резонатором
title_full Методика проектирования элементов прецизионного датчика давления с пневмомеханическим резонатором
title_fullStr Методика проектирования элементов прецизионного датчика давления с пневмомеханическим резонатором
title_full_unstemmed Методика проектирования элементов прецизионного датчика давления с пневмомеханическим резонатором
title_sort методика проектирования элементов прецизионного датчика давления с пневмомеханическим резонатором
publisher Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
publishDate 2002
topic_facet Сенсоэлектроника
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70771
citation_txt Методика проектирования элементов прецизионного датчика давления с пневмомеханическим резонатором / Н.Г. Черняк, А.Н. Бондаренко, С.И. Петровский// Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2002. — № 3. — С. 30-33. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series Технология и конструирование в электронной аппаратуре
work_keys_str_mv AT černâkng metodikaproektirovaniâélementovprecizionnogodatčikadavleniâspnevmomehaničeskimrezonatorom
AT bondarenkoan metodikaproektirovaniâélementovprecizionnogodatčikadavleniâspnevmomehaničeskimrezonatorom
AT petrovskijsi metodikaproektirovaniâélementovprecizionnogodatčikadavleniâspnevmomehaničeskimrezonatorom
AT černâkng theprojectfeaturesofprecisionpressuresensorwithpneumomechanicalresonatortechnique
AT bondarenkoan theprojectfeaturesofprecisionpressuresensorwithpneumomechanicalresonatortechnique
AT petrovskijsi theprojectfeaturesofprecisionpressuresensorwithpneumomechanicalresonatortechnique
first_indexed 2025-11-24T05:47:15Z
last_indexed 2025-11-24T05:47:15Z
_version_ 1849649513211363328
fulltext Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2002, ¹ 3 30 ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ ÌÅÒÎÄÈÊÀ ÏÐÎÅÊÒÈÐÎÂÀÍÈß ÝËÅÌÅÍÒΠÏÐÅÖÈÇÈÎÍÍÎÃÎ ÄÀÒ×ÈÊÀ ÄÀÂËÅÍÈß Ñ ÏÍÅÂÌÎÌÅÕÀÍÈ×ÅÑÊÈÌ ÐÅÇÎÍÀÒÎÐÎÌ Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ 21.03 2002 ã. Îïïîíåíòû ä. ò. í. À. Â. ÇÁÐÓÖÊÈÉ (ÍÒÓÓ "ÊÏÈ", ã. Êèåâ), ê. ò. í. Â. Ñ. ÃÎËÓÁ (ÍÏÔ "VD MAIS", ã. Êèåâ) Ê. ò. í. Í. Ã. ×ÅÐÍßÊ, À. Í. ÁÎÍÄÀÐÅÍÊÎ, Ñ. È. ÏÅÒÐÎÂÑÊÈÉ Óêðàèíà, ã. Êèåâ, Ìåæîòðàñëåâîé ÍÈÈ �Ðèòì� ïðè ÍÒÓÓ «ÊÏÈ» E-mail: sashbond@cisavd.ntu-kpi.kiev.ua Ðàññìîòðåíà ìåòîäèêà ïðîåêòèðîâà- íèÿ ïåðâè÷íîãî è âòîðè÷íîãî ïðåîáðà- çîâàòåëüíûõ ýëåìåíòîâ äàò÷èêà, ïîëó- ÷åíû ôîðìóëû äëÿ âû÷èñëåíèÿ èõ ïàðà- ìåòðîâ. Äàò÷èêè äàâëåíèÿ (ÄÄ) ñ ïíåâìîìåõàíè÷åñêèì ðåçîíàòîðîì (ÏÌÐ) îáëàäàþò âûñîêîé ÷óâñòâèòåëü- íîñòüþ ê èçìåðÿåìîé âåëè÷èíå, ñòàáèëüíîñòüþ ìåò- ðîëîãè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê, òåõíîëîãè÷íîñòüþ èç- ãîòîâëåíèÿ, ÷òî îáóñëàâëèâàåò èõ øèðîêîå ïðîèçâîä- ñòâî â ñòðàíàõ ñ ðàçâèòûì ïðèáîðîñòðîåíèåì (ÑØÀ, Âåëèêîáðèòàíèÿ, Ðîññèÿ, ßïîíèÿ). Íàèáîëåå ïåðñïåê- òèâíûìè ÿâëÿþòñÿ ÄÄ ñ ÏÌÐ, íàäåëåííûå ïåðâè÷- íûì ïðåîáðàçîâàòåëüíûì ýëåìåíòîì â âèäå ðàçäåëÿ- þùåé ìåìáðàíû è âòîðè÷íûì ïðåîáðàçîâàòåëüíûì ýëåìåíòîì íà ðåçîíèðóþùåì ýëåìåíòå ñ ñîñðåäîòî- ÷åííûìè ïàðàìåòðàìè [1]. Íî íàðÿäó ñ òàêèìè ïîëîæèòåëüíûìè êà÷åñòâàìè, êàê íåçàâèñèìîñòü óñëîâèÿ ðàáîòîñïîñîáíîñòè ÏÌÐ îò âåðõíåãî ïðåäåëà èçìåðåíèÿ (Ðâï), âîçìîæíîñòü èçìåðåíèÿ äàâëåíèÿ íå òîëüêî ãàçîâ, íî è æèäêîñòåé, äàò÷èê äàâëåíèÿ îïèñàííîé êîíñòðóêöèè èìååò è ñó- ùåñòâåííûå íåäîñòàòêè. Ýòî òåìïåðàòóðíàÿ è âðåìåí- íàÿ íåñòàáèëüíîñòü ïîäìåìáðàííîãî äàâëåíèÿ (Ð0), âåäóùàÿ ê íåñòàáèëüíîñòè âûõîäíîé õàðàêòåðèñòèêè ÄÄ. Òåìïåðàòóðíàÿ íåñòàáèëüíîñòü âûçâàíà èçîõîð- íûì òåðìîäèíàìè÷åñêèì ïðîöåññîì â ãåðìåòè÷íîé ïîäìåìáðàííîé ïîëîñòè. Âðåìåííàÿ íåñòàáèëüíîñòü ñâÿçàíà ñ íåêîòîðûì, î÷åíü ìàëûì, íî âñå æå îùó- òèìûì âî âðåìåíè, íàòåêàíèåì ãàçà â ãåðìåòè÷íóþ ïîäìåìáðàííóþ ïîëîñòü ñêâîçü åå ñòåíêè è ñîåäèíå- íèÿ ìåæäó îãðàíè÷èâàþùèìè åå êîðïóñíûìè äåòà- ëÿìè. Ýôôåêòèâíûì ñïîñîáîì óñòðàíåíèÿ óêàçàííûõ íåäîñòàòêîâ ÿâëÿåòñÿ ïîñòðîåíèå ÏÌÐ íà ðåçîíèðó- þùåì ýëåìåíòå (ÐÝ) ñïåöèàëüíîé ôîðìû, êîòîðàÿ ïî- çâîëÿåò ïîî÷åðåäíî èëè îäíîâðåìåííî âîçáóæäàòü íåñêîëüêî âèäîâ êîëåáàíèé ÐÝ. Ñîáñòâåííûå ÷àñòî- òû ýòèõ êîëåáàíèé íåñóò àëãîðèòìè÷åñêè èëè ñòðóê- òóðíî ðàçäåëÿåìóþ èíôîðìàöèþ î âëèÿþùèõ ôàêòî- ðàõ, âêëþ÷àþùèõ èçìåðÿåìîå äàâëåíèå (Ðè), äàâëå- íèå (Ð0) è èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû ãàçà (∆Ò) â ïîä- ìåìáðàííîé ïîëîñòè. Öåëüþ äàííîé ñòàòüè ÿâëÿþòñÿ: � ïîëó÷åíèå çàâèñèìîñòåé, ïî êîòîðûì ìîæíî âûáðàòü îñíîâíûå ïàðàìåòðû ïåðâè÷íîãî è âòîðè÷- íîãî ïðåîáðàçîâàòåëüíûõ ýëåìåíòîâ äàò÷èêà äàâëå- íèÿ ñ ÏÌÐ; � îöåíêà âîçìîæíîñòåé ïîñòðîåíèÿ ÏÌÐ ñ íå- ñêîëüêèìè ñîáñòâåííûìè ÷àñòîòàìè êîëåáàíèé ÐÝ ñïåöèàëüíîé ôîðìû. Ïðè ðàññìîòðåíèè ýëåìåíòîâ ÄÄ ñ ÏÌÐ âîñïîëü- çóåìñÿ ñëåäóþùèìè èñõîäíûìè ïîëîæåíèÿìè. 1. Ïðîãèá ìåìáðàíû è óïðóãèõ ýëåìåíòîâ ìåíü- øå èõ òîëùèíû, ïîýòîìó èõ æåñòêîñòü íå çàâèñèò îò âåëè÷èíû ïðîãèáà è íàïðÿæåíèÿ â ìàòåðèàëå. Ïðî- ãèá ëèíåéíî çàâèñèò îò ïðèëîæåííûõ âíåøíèõ óñè- ëèé. Ðàâíîìåðíûå ðàñòÿãèâàþùèå íàïðÿæåíèÿ â ñå- ðåäèííîé ïîâåðõíîñòè î÷åíü ìàëû. 2. Äèàïàçîí ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð íåáîëüøîé: �55... +55°C. Òåìïåðàòóðíûå èçìåíåíèÿ ìîäóëÿ Þíãà è ëè- íåéíûõ ðàçìåðîâ ýëåìåíòîâ ÄÄ â òàêîì äèàïàçîíå ñ÷èòàþòñÿ ëèíåéíûìè, çàâèñèìîñòè äèíàìè÷åñêîé âÿçêîñòè (η) è êîýôôèöèåíòà Ïóàññîíà (γ) ãàçà îò òåì- ïåðàòóðû íå ó÷èòûâàþòñÿ (γ=1,4; η=1,8·10�5 êã/ì2·ñ). 3. Íàòåêàíèå ãàçà â ïîäìåìáðàííóþ ïîëîñòü ïðî- èñõîäèò î÷åíü ìåäëåííî (â ïðåäåëàõ 5�30% îò åå îáúåìà çà âñå âðåìÿ ãàðàíòèéíîãî ñðîêà ðàáîòû ÄÄ) è íå ñêàçûâàåòñÿ íà ðàáîòîñïîñîáíîñòè ÏÌÐ. Ïðîåêòèðîâàíèå ïåðâè÷íîãî ïðåîáðàçîâàòåëüíîãî ýëåìåíòà (ÏÏÝ) Çàçîð ìåæäó ãàçîíåïðîíèöàåìûì ýêðàíîì (ÃÍÝ) è ýôôåêòèâíîé ÷àñòüþ ÐÝ (δ0) è ìàêñèìàëüíîå çíà- ÷åíèå äîïóñòèìîãî ïðîãèáà ìåìáðàíû (z0) ïðè ïðå- äåëüíîì èçìåðÿåìîì äàâëåíèè (Ðâï) âûáèðàþòñÿ èç óñëîâèé: 0min0 z+δ=δ ; (1) [ ]( ) âï 0âï min0 P PP z −δ−δ≤ , (2) Âåëè÷èíà äîïóñòèìîãî çàçîðà ÏÌÐ îïðåäåëÿåòñÿ ïîäìåìáðàííûì äàâëåíèåì P0, íå çàâèñÿùèì îò èç- ìåðÿåìîãî [1]. Âåðõíèé ïðåäåë èçìåðåíèÿ ÄÄ îáåñ- ïå÷èâàåòñÿ òðåáóåìûì ïðîãèáîì, çàâèñÿùèì îò ôè- ãäå δmin � [δ] � ìèíèìàëüíûé çàçîð ìåæäó ÐÝ è ïîäâèæíûì ÃÍÝ, ñðàâíèìûé ñ àìïëèòóäîé êîëåáàíèé ÐÝ è ïîãðåøíîñòÿìè ñáîðêè ÄÄ; äîïóñòèìàÿ òîëùèíà ïíåâìîêàìåðû. Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2002, ¹ 3 31 ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ çè÷åñêèõ è ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ìåìáðàíû (ÏÏÝ) [2, ñ. 71]: ( ) ( )( ) ( )0âï 2 3 42 0 3 11 1 16 3 PP hE R z nn nn −ξ−ξ−ν−= , (3) Âûáîð ïàðàìåòðîâ ìåìáðàíû äîïîëíèòåëüíî îã- ðàíè÷èâàåòñÿ âûïîëíåíèåì óñëîâèÿ ïðî÷íîñòè [2, ñ. 72] ïðè ìàêñèìàëüíîì ïåðåïàäå äàâëåíèÿ íà íåé: ( ) ( ) [ ]σ<−ν+ν−    ξ−=σ 0âï 2 2 2 max 11 4 3 PP h R nn n n , (4) Âûáîð ìàòåðèàëà ìåìáðàíû îãðàíè÷åí ñîîáðà- æåíèÿìè íåîáõîäèìîé ïðî÷íîñòè, áåçãèñòåðåçèñíîñ- òè, óïðóãîñòè, êîððîçèîííîé ñòîéêîñòè, òåìïåðàòóð- íîé ñòàáèëüíîñòè. Ê òàêèì ìàòåðèàëàì îòíîñÿòñÿ ñïëà- âû 36ÍÕÒÞ è 12Õ18Í10Ò, áðîíçà ÁðÁ-2. Ðàäèóñ æåñòêîãî öåíòðà rn âûáèðàåòñÿ êàê ìîæíî ìåíüøèì, ÷òîáû ñíèçèòü åãî âëèÿíèå íà õàðàêòåðèñ- òèêè ìåìáðàííîãî ÷óâñòâèòåëüíîãî ýëåìåíòà, íî äî- ñòàòî÷íûì ñ òî÷êè çðåíèÿ òåõíîëîãè÷íîñòè èçãîòîâ- ëåíèÿ. Ýòèì òðåáîâàíèÿì óäîâëåòâîðÿåò âåëè÷èíà rn=5...10 ìì. Òîëùèíó è ðàäèóñ çàùåìëåíèÿ ìåìáðàíû ìîæíî íàéòè, ðåøèâ ñèñòåìó óðàâíåíèé (2) è (3).  ðåçóëü- òàòå ïîëó÷èì: ( )( ) ( );11 )1( 16 3 3 0âï 32 0 42 ÐÐ z R Å h ï ï ï ï −ζ−ζ−ν−= (5) ( ) ( ) ( ) . 1 1 1 1 32 0âï5,1 max 0 2 75,02 5 PP z ER n n nn n − σν− ν+ν− ξ− ξ+≥ (6) Òàêèì îáðàçîì, äëÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ ÏÏÝ èìååì çàâèñèìîñòè (1), (2), (5) è (6). Ïðîåêòèðîâàíèå âòîðè÷íîãî ïðåîáðàçîâàòåëüíîãî ýëåìåíòà (ÂÏÝ) Ðàññìîòðèì ÂÏÝ ñ ÷åòûðåõêðóãîâûì ÐÝ, ñõåìà êîòîðîãî èçîáðàæåíà íà ðèñ. 1. (Êðóãè, ëåæàùèå íà ðàçíûõ îñÿõ ñèììåòðèè, âûïîëíÿþòñÿ ðàçíûìè, à íà îäíîé îñè ñèììåòðèè � îäèíàêîâûìè.)  êîíñòðóê- öèþ ââîäèòñÿ äîïîëíèòåëüíûé íåïîäâèæíûé ÃÍÝ (ðèñ. 2). Ðàññìàòðèâàåìàÿ ïíåâìîìåõàíè÷åñêàÿ àâòîêîëå- áàòåëüíàÿ ñèñòåìà âîçáóæäàåò è ïîääåðæèâàåò ñëå- äóþùèå êîëåáàíèÿ ÐÝ: ïîñòóïàòåëüíîå âäîëü îñè x, ïåðïåíäèêóëÿðíîé ê ñåðåäèííîé ïîâåðõíîñòè ÐÝ (ðèñ. 2, à), è óãëîâûå âîêðóã îñåé ñèììåòðèè ÐÝ y è z, êîòîðûå äåëÿò êðóãè ïîïîëàì (ðèñ. 2, á è â). Ñèñòåìà óðàâíåíèé, êîòîðàÿ îïèñûâàåò ñîáñòâåí- íûå ÷àñòîòû âîçáóæäàåìûõ âèäîâ êîëåáàíèé ÏÌÐ, èìååò âèä (ââåäåíèå âòîðîãî ñëàãàåìîãî â óðàâíåíè- ÿõ îáóñëîâëåíî íàëè÷èåì äîïîëíèòåëüíîãî ÃÍÝ): (7) Ñïåöèàëüíûì îáðàçîì ïîäîáðàííûå ðàçìåðû L1 è L2 è âåëè÷èíû çàçîðîâ δ1 è δ2 ïîçâîëÿþò ñîçäàòü íå- îáõîäèìîå îòëè÷èå â ñîáñòâåííûõ ÷àñòîòàõ f0j è çíà- ÷åíèÿõ êîýôôèöèåíòîâ kij, äàþùåå ëèíåéíóþ íåçàâè- ñèìîñòü ñèñòåìå óðàâíåíèé (7). Èñêîìûìè âåëè÷èíàìè â ñèñòåìå ÿâëÿþòñÿ èçìå- ðÿåìîå äàâëåíèå Ðè, ïîäìåìáðàííîå äàâëåíèå Ð0 è îòêëîíåíèå òåìïåðàòóðû ∆Ò îò íîðìàëüíîãî çíà÷åíèÿ. Ðåøåíèå ñèñòåìû óðàâíåíèé âûïîëíÿåòñÿ âû÷èñ- ëèòåëüíûì óñòðîéñòâîì, íà âõîä êîòîðîãî ïîäàþòñÿ âûõîäíûå ÷àñòîòû ïíåâìîìåõàíè÷åñêîé àâòîêîëåáà- òåëüíîé ñèñòåìû fx, fy è fz, à ñ âûõîäà ñíèìàþòñÿ ñèãíàëû, ïðîïîðöèîíàëüíûå âåëè÷èíàì Ðè, Ð0 è ∆Ò. Êðèòåðèåì ïîäáîðà ÷èñëîâûõ êîýôôèöèåíòîâ kij ÿâëÿåòñÿ ñëåäóþùåå. Âîçüìåì ïîïàðíî îòíîøåíèÿ êîýôôèöèåíòîâ ïðè îäèíàêîâûõ ñëàãàåìûõ ëþáûõ äâóõ óðàâíåíèé ñèñòåìû è ïîïàðíûå îòíîøåíèÿ ÷àñ- òîò f0j. Îäíî èç ñîîòíîøåíèé äîëæíî îòëè÷àòüñÿ îò äâóõ äðóãèõ. Åñëè ýòî îòëè÷èå â äâà ðàçà, òî÷íîñòü ãäå Ån è νn � hn � ξ = rn è Rn � ìîäóëü Þíãà è êîýôôèöèåíò Ïóàññîíà ìàòåðèàëà ìåìáðàíû, ñîîòâåòñòâåííî; òîëùèíà ìåìáðàíû; rn/Rn; ðàäèóñû æåñòêîãî öåíòðà è çàùåìëåíèÿ ìåìáðàíû ÏÏÝ, ñîîòâåòñòâåííî. ãäå [σ] � σò è ï � σmax � ïðåäåëüíî äîïóñòèìîå íàïðÿæåíèå, [σ]=σò/n; ïðåäåë òåêó÷åñòè è çàïàñ ïðî÷íîñòè ìàòåðèà- ëà ìåìáðàíû, ñîîòâåòñòâåííî; ìàêñèìàëüíîå ýêâèâàëåíòíîå íàïðÿæåíèå â ìåìáðàíå ïî êðèòåðèþ óäåëüíîé ïîòåíöèàëü- íîé ýíåðãèè ôîðìîèçìåíåíèÿ [3, ñ. 198]. z y xh b∆ L 2 L 1 Ðèñ. 1. ×åòûðåõêðóãî- âîé ðåçîíèðóþùèé ýëåìåíò: h � òîëùèíà ÐÝ; L1, L2� õàðàêòåðíûå ðàçìåðû êðó- ãîâ ÐÝ; ∆ � øèðèíà ïðî- ðåçåé; l, b � äëèíà è øè- ðèíà óïðóãîãî ýëåìåíòà l ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )                       − −−δρ γ+ δρ γ+∆α+=       − −−δρ γ+ δρ γ+∆α+=       − −−δρ γ+ δρ γ+∆α+= ,1 ;1 ;1 0âï 0è0 2 0 2 1 0 1 2 0 2 0âï 0è0 2 0 2 1 0 1 2 0 2 0âï 0è0 2 0 2 1 0 1 22 ÐÐ ÐÐz h P k h P kÒff ÐÐ ÐÐz h P k h P kÒff ÐÐ ÐÐz h P k h P kÒff zzÅzz yyÅyy xxÅoxx ñîáñòâåííûå ÷àñòîòû êîëåáàíèé ÐÝ â âàêóó- ìå (j=x, y, z); òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò ìîäóëÿ óïðóãî- ñòè ìàòåðèàëà ÐÝ; ÷èñëîâûå êîýôôèöèåíòû, çàâèñÿùèå îò êî- ýôôèöèåíòîâ æåñòêîñòíûõ è ìàññîâûõ õàðàê- òåðèñòèê ÏÌÐ (i=1, 2); ïëîòíîñòü ìàòåðèàëà ÐÝ; âîçäóøíûå çàçîðû ïîä ÐÝ ñî ñòîðîíû íåïîä- âèæíîãî è ïîäâèæíîãî ÃÍÝ, ñîîòâåòñòâåííî. ãäå f0j � αÅ � kij � ρ � δ1 è δ2 � Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2002, ¹ 3 32 ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ âû÷èñëåíèÿ âåëè÷èí Ðè, Ð0 è ∆Ò ïî èçâåñòíûì fx, fy è fz áóäåò ìàêñèìàëüíîé. ×òîáû ïðàâèëüíî ïîäîáðàòü êîýôôèöèåíòû ñèñòå- ìû (7), íåîáõîäèìî ïðîâåñòè ÷èñëîâîå ìîäåëèðîâà- íèå êîíêðåòíîé êîíñòðóêöèè ÂÏÝ. Ïðè ðàññìîòðåíèè êîíñòðóêöèè ÂÏÝ, ïðåäñòàâëåí- íîé íà ðèñ. 1, ââîäèëèñü íåêîòîðûå óïðîùåíèÿ. Ýôôåê- òèâíûå ÷àñòè áîëüøîãî è ìåíüøåãî êðóãîâ è öåíòðàëü- íîãî ó÷àñòêà ÐÝ ðàññìàòðèâàëèñü êàê ãåîìåòðè÷åñêèå êðóãè ñ äèàìåòðàìè, ðàâíûìè èõ õàðàêòåðíûì ðàçìå- ðàì (L1 � áîëüøåãî, L2 � ìåíüøåãî êðóãà, Lö � öåíòðà, L1>L2 >Lö). Èç êîíñòðóêòèâíûõ ñîîáðàæåíèé ðàçìåðû ÷à- ñòåé ÐÝ ñâÿçûâàëèñü ìåæäó ñîáîé ñëåäóþùèì îáðàçîì: l=0,5L2; b=0,2l;         −    +∆+= 1 2 12 1 1ö L b LL ; 2 21 bL ZC +∆+= ; 2 22 bL YC +∆+= ; λ= 1 2 L L ; λ<1; k1j≈k2j(1+∆j), Óïðóãèå ýëåìåíòû ÂÏÝ ëåæàò íà âçàèìîîðòîãî- íàëüíûõ îñÿõ. Îñè ñèììåòðèè ÐÝ òîæå âçàèìîîðòî- ãîíàëüíû. Çàçîð δ1 ìåæäó ÐÝ è íåïîäâèæíûì ÃÍÝ ôîðìèðóåòñÿ áîëüøèì, ÷åì äîïóñòèìûé çàçîð [δ2] ìåæäó ÐÝ è ïîäâèæíûì ÃÍÝ (ðèñ. 2). Âåëè÷èíû çàçîðîâ δ1 è δ2, õàðàêòåðíûõ ðàçìåðîâ L1 è L2 è ïîäìåìáðàííîãî äàâëåíèÿ Ð0 ïîäáèðàëèñü òàê, ÷òîáû ïðè ëþáûõ ïåðåìåùåíèÿõ ïîäâèæíîãî ÃÍÝ âûïîëíÿëèñü ñëåäóþùèå óñëîâèÿ: � äëÿ ïîñòóïàòåëüíîãî êîëåáàíèÿ ÐÝ (ðèñ. 2, à) äîïóñòèìûå âåëè÷èíû çàçîðîâ [1] ìåæäó ÐÝ è ÃÍÝ 2 è 3 äîëæíû áûòü áîëüøå ñîîòâåòñòâóþùèõ âåëè- ÷èí δ1 è δ2; � äëÿ óãëîâîãî êîëåáàíèÿ ÐÝ âîêðóã îñè z, êîòî- ðàÿ äåëèò áîëüøèå êðóãè ïîïîëàì (ðèñ. 2, á), äîïóñ- òèìûå âåëè÷èíû çàçîðîâ ìåæäó ÐÝ è ïîäâèæíûì ÃÍÝ ïîä âñåìè êðóãàìè äîëæíû áûòü áîëüøå âåëè÷èíû δ2, à äîïóñòèìûå âåëè÷èíû çàçîðîâ ìåæäó ÐÝ è íå- ïîäâèæíûì ÃÍÝ ïîä áîëüøèìè êðóãàìè (ðåàëüíî � ïîëîâèíêàìè êðóãîâ) äîëæíû áûòü ìåíüøå δ1. Òîëüêî òàêèì îáðàçîì ìû ñìîæåì óäîâëåòâîðèòü óñëîâèþ ïîäáîðà êîýôôèöèåíòîâ ñèñòåìû (7). Æåëàòåëüíî òàêæå, ÷òîáû äëÿ óãëîâîãî êîëåáàíèÿ ÐÝ âîêðóã îñè y (ðèñ. 2, â) äîïóñòèìûå âåëè÷èíû ñîîòâåòñòâóþùèõ çàçîðîâ ïîä áîëüøèìè êðóãàìè áûëè áîëüøå âåëè÷èí δ1 è δ2, à ïîä ìàëûìè êðóãàìè � ìåíüøå. Áîëüøóþ ðîëü â òîì, ÷òî ïîä ìåíüøèìè êðóãàìè äîïóñòèìûå çàçîðû ìàëû, èãðàåò òî, ÷òî îñü ýòèõ êîëåáàíèé y äåëèò èõ ïîïîëàì, òåì ñàìûì óìåíü- øàÿ ñóùåñòâåííî (â äâà ðàçà) èõ õàðàêòåðíûé ðàçìåð. Íàçîâåì ýòè óñëîâèÿ íåîáõîäèìûìè óñëîâèÿìè ïðîåêòèðîâàíèÿ ÂÏÝ. Ðàñ÷åò ïàðàìåòðîâ ÂÏÝ ïðîâîäèëñÿ â íåñêîëüêî ýòàïîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì ïðèêëàäíîãî ïàêåòà MathCad. Ñíà÷àëà îïðåäåëÿëèñü ñîáñòâåííûå ÷àñòîòû êîëåáà- íèé ÐÝ â âàêóóìå è ïî íèì âûáèðàëñÿ çàçîð δ2 ìåæ- äó ÐÝ è ïîäâèæíûì ÃÍÝ. Äàëåå, ñ ó÷åòîì óâåëè÷å- íèÿ ÷àñòîòû êîëåáàíèé ÐÝ îò åãî âçàèìîäåéñòâèÿ ñ ãàçîì â ìåíüøåé ïíåâìîêàìåðå (ìåæäó ÐÝ è ïîä- âèæíûì ÃÍÝ), âû÷èñëÿëñÿ áîëüøèé äîïóñòèìûé çà- çîð δ1 (ìåæäó ÐÝ è íåïîäâèæíûì ÃÍÝ).  êîíöå ïðî- âåðÿëîñü âûïîëíåíèå óñëîâèÿ ðàáîòîñïîñîáíîñòè ïîä ïîëîâèíêàìè êðóãîâ ñ ó÷åòîì åùå áîëüøåãî óâåëè- ÷åíèÿ ÷àñòîòû êîëåáàíèé ÏÌÐ èç-çà æåñòêîñòè ãàçà â ïíåâìîêàìåðàõ óæå ñ äâóõ ñòîðîí ÐÝ. Ïîäáîð ïàðà- ìåòðîâ ïðîâîäèëñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà íå áûëè âûïîë- íåíû íåîáõîäèìûå óñëîâèÿ ïðîåêòèðîâàíèÿ ÂÏÝ. Ðåçóëüòàòû ÷èñëîâîãî ìîäåëèðîâàíèÿ êîíñòðóêöèè äàò÷èêà äàâëåíèÿ ñ ÏÌÐ Ïàðàìåòðû ÂÏÝ: L1=2 ñì; λ=0,8; ∆=0,2 ìì; l=5 ìì; b=2 ìì; h=0,3 ìì; δmin=40 ìêì; ìàòåðèàë ÐÝ � áðîíçà ÁðÁ-2 (E=1,28× ×1011 Ïà; ν=0,28; ρ=8,26·103 êã/ì3). Ïàðàìåòðû ÏÏÝ: Rn=29 ìì; rn=5 ìì; ñïëàâ 36ÍÕÒÞ (En=1,9·1011 Ïà, νn=0,29, σÒ=1500 ÌÏà, n=3). Ïîäìåìáðàííîå äàâëåíèå P0=0,1 àòì. Ïàðàìåòðû ÄÄ: f0x=507 Ãö; f0y=298 Ãö; f0z=420 Ãö; ky1=0,875; kz1=0,751; ∆1=0,166; ∆2=0,029; óãëîâàÿ è ëèíåéíàÿ æåñò- êîñòü ÐÝ 1,56 Í·ì è 2,76·104 Í/ì, ñîîòâåòñòâåííî; ìàññà ÐÝ 2,7 ã; ñèëà âîçáóæäåíèÿ êîëåáàíèé âäîëü îñè õ öåíòðû ìàññ áîëüøèõ è ìàëûõ êðóãîâ îòíîñè- òåëüíî îñåé y è z, ñîîòâåòñòâåííî; ÷èñëîâîé êîýôôèöèåíò, êîòîðûé ââîäèòñÿ äëÿ óäîáñòâà è íàãëÿäíîñòè ìîäåëèðîâàíèÿ; îòíîñèòåëüíûå äîáàâêè èç-çà âëèÿíèÿ æåñòêîñ- òè ãàçà [1] ïîä ìàëûìè ýëåìåíòàìè ÐÝ, êîòîðûå âíîñÿò ðàçëè÷èå â ÷èñëîâûå êîýôôèöèåíòû ïîñ- ëåäíèõ äâóõ ñëàãàåìûõ ëþáîãî èç óðàâíåíèé ñèñòåìû (7), à ôèçè÷åñêè èçìåíÿþò õàðàêòåð çàâèñèìîñòè æåñòêîñòè ãàçà â ìåíüøåì çàçîðå ïî ñðàâíåíèþ ñ õàðàêòåðîì çàâèñèìîñòè â áîëü- øåì çàçîðå íà êàêóþ-òî ïîñòîÿííóþ äîáàâêó. ãäå ZC , YC � λ � ∆j � Ðèñ. 2. Âèäû êîëåáàíèé ÐÝ: à � ïîñòóïàòåëüíîå; á, â � óãëîâûå; 1 � ðåçîíèðóþùèé ýëåìåíò; 2 � íåïîäâèæ- íûé ÃÍÝ; 3 � ïîäâèæíûé ÃÍÝ z y x x x y δ 1 δ 2 δ 1 δ 2 δ 1 δ 2 1 2 3à) á) â) Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2002, ¹ 3 33 ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ Fx=0,08 Í; íà÷àëüíàÿ àìïëèòóäà êîëåáàíèé 3 ìêì; δ2≈70 ìêì; [δ1]≈130 ìêì; Lö = 9 ìì; ìèíèìàëüíûå ÷àñòî- òû êîëåáàíèé ÏÌÐ (Pè=0 àòì) fx íï=1,83 êÃö , fy íï=1,7 êÃö , fz íï=1,66 êÃö; ìàêñèìàëüíûå äåâèàöèè ÷àñòîòû ïðè âåð- õíåì ïðåäåëå èçìåðåíèÿ ∆fx=452 Ãö, ∆fy=444 Ãö, ∆fz=436 Ãö; z0=30 ìêì ïðè Pâï=2,8 àòì; hn=1,6 ìì; σmax=2·107Ïà<<[σ]=5·108 Ïà. Âûâîäû è ðåêîìåíäàöèè Ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ äîêàçûâàþò âîçìîæ- íîñòü ïðàêòè÷åñêîé ðåàëèçàöèè ïðåöèçèîííîãî äàò- ÷èêà äàâëåíèÿ ñ ïíåâìîìåõàíè÷åñêèì ðåçîíàòîðîì. Ôðåçåðîâàíèå ìåìáðàíû òîëùèíîé â 1,6 ìì íå áóäåò ñëîæíûì, òîãäà êàê ñîáñòâåííàÿ ÷àñòîòà êîëå- áàíèé æåñòêîé ìåìáðàíû áóäåò ñóùåñòâåííî ïðåâû- øàòü ÷àñòîòû êîëåáàíèé ÏÌÐ. Çàçîðû δ2=70 ìêì è δ1=120 ìêì ïðè äèàìåòðàõ êðóãîâ L2=2 ñì è L1=1,6 ñì ìîæíî ðåàëèçîâàòü ñ ïîìîùüþ êàëèáðîâî÷íûõ øàéá ïðè äîâîëüíî íåâû- ñîêèõ äîïóñêàõ íà ñáîðêó (ïîðÿäêà ±0,01 ìêì). Ïðè èçìåðåíèè âûõîäíîé ÷àñòîòû äàò÷èêà äàâëå- íèÿ ïî ïåðèîäó ñ ïîãðåøíîñòüþ δf=0,1 Ãö, ðàñïðîñò- ðàíåííîé äëÿ áîðòîâûõ èçìåðèòåëåé ÷àñòîòû, è äåâè- àöèè ÷àñòîòû ïîðÿäêà 400 Ãö ïîëó÷àåì ÷óâñòâèòåëü- íîñòü ïðèáîðà ê èçìåðÿåìîìó äàâëåíèþ íà óðîâíå 0,025% îò âåðõíåãî ïðåäåëà èçìåðåíèÿ. Îäíîâðåìåí- íîå èçìåðåíèå ïîäìåìáðàííîãî äàâëåíèÿ è òåìïåðà- òóðû ÐÝ, äàæå ïðè ïîëó÷åííîì ðàçëè÷èè îòíîñèòåëü- íûõ äîáàâîê ∆z è ∆y â 13%, ïîçâîëÿåò êîìïåíñèðî- âàòü òåìïåðàòóðíóþ ïîãðåøíîñòü äî óðîâíÿ ïîðîãà ÷óâñòâèòåëüíîñòè ÄÄ è äîïóñêàåò (áåç óùåðáà äëÿ òî÷íîñòè ïðèáîðà) óâåëè÷åíèå äàâëåíèÿ â ïîäìåìá- ðàííîé ïîëîñòè íà 10% èç-çà äîëãîâðåìåííîãî ïðî- ñà÷èâàíèÿ ãàçà â íåå. Äëÿ äîñòèæåíèÿ ìàêñèìàëüíîé ðàçíîñòè çíà÷åíèé ∆y è ∆z, à òàêæå ìåæäó ÷àñòîòàìè êîëåáàíèé ÐÝ â âàêóóìå, âîïðîñ ïðîåêòèðîâàíèÿ ÄÄ ñ ÏÌÐ òðåáóåò äàëüíåéøåé ïðîðàáîòêè, â òîì ÷èñëå ñ ïðèìåíåíèåì èçâåñòíûõ ìåòîäîâ îïòèìàëüíîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ [4]. *** Òàêèì îáðàçîì, ðàçðàáîòàíà ìåòîäèêà ïðîåêòèðî- âàíèÿ è ðàñ÷åòà ïåðâè÷íîãî è êà÷åñòâåííî íîâîãî âòîðè÷íîãî ïðåîáðàçîâàòåëüíîãî ýëåìåíòà, ïîëó÷åíà ñèñòåìà îñíîâíûõ ôîðìóë äëÿ âû÷èñëåíèÿ èõ ïàðà- ìåòðîâ. Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ ïîêàçàëè âîçìîæíîñòü òåõíè÷åñêîé ðåàëèçàöèè ïðåäëîæåííîé êîíñòðóêöèè äàò÷èêà äàâëåíèÿ ñ òðåìÿ âûõîäíûìè ÷àñòîòàìè. Ïðèáîð èìååò âûñîêóþ òåõíîëîãè÷íîñòü è îòíî- ñèòåëüíî íåáîëüøóþ ñåáåñòîèìîñòü èçãîòîâëåíèÿ. Ýòî ïðèäàåò åìó ðÿä ïðåèìóùåñòâ ïåðåä ñóùåñòâóþùè- ìè ïðåöèçèîííûìè äàò÷èêàìè äàâëåíèÿ àâèàöèîííî- ãî èñïîëüçîâàíèÿ, à çíà÷èò, è êîíêóðåíòîñïîñîáíîñòü íà ðûíêå äàò÷èêîâîé àïïàðàòóðû. ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ 1. ×åðíÿê Í. Ã., Áîíäàðåíêî À. Í. Ïðåöèçèîííûé äàò- ÷èê äàâëåíèÿ ñ ïíåâìîìåõàíè÷åñêèì ðåçîíàòîðîì äëÿ áîðòîâîãî îáîðóäîâàíèÿ ËÀ // Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóè- ðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå.� 2001.� ¹ 3.� Ñ. 38�43. 2. Òèìîøåíêî Ñ. Ï., Âîéíîâñêèé-Êðèãåð Ñ. Ïëàñòèí- êè è îáîëî÷êè.� Ì.: Ôèçìàòãèç, 1963. 3. Ñïðàâî÷íèê ïî ñîïðîòèâëåíèþ ìàòåðèàëîâ / Ïè- ñàðåíêî Ã. Ñ., ßêîâëåâ À. Ï., Ìàòâååâ Â. Â.� Ê.: Íàóê. äóìêà, 1988. 4. Õîã Ý., Àðîðà ß. Ïðèêëàäíîå îïòèìàëüíîå ïðîåê- òèðîâàíèå.� Ì.: Ìèð, 1983. Êàæäîìó ïîäïèñ÷èêó ÝÊèÑ � âñå âûïóñêè êàòàëîãîâ ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ, ïîñòàâëÿåìûõ VD MAIS! Áåñïëàòíàÿ ðàññûëêà ïðîèçâîäèòñÿ ïî çàÿâêå, íàïðàâëåííîé â VD MAIS ïî ïî÷òå èëè ôàêñó (044) 227-3668 ñ óêàçàíèåì àäðåñà, ÔÈÎ ïîëó÷àòåëÿ è êîïèåé àáîíåìåíòà î ïîäïèñêå íà 2002 ãîä.ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÊÎÌÏÎÍÅÍÒÛ è ÑÈÑÒÅÌÛ Ïîäïèñíîé èíäåêñ 40633