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...
Saved in:
| Date: | 2002 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| 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 ÝËÅÌÅÍÒÎÂ
ÏÐÅÖÈÇÈÎÍÍÎÃÎ 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). Â 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.) Â 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). Â 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
|