Прецизионный датчик давления с пневмомеханическим резонатором для бортового оборудования ЛА
Рассматриваются физико-технические основы работы и проектирования прецизионного датчика давления с пневмомеханическим резонатором для бортового оборудования летательных аппаратов и контрольно-проверочной аппаратуры. Предлагается новая базовая функциональная схема построения такого датчика, дающая ем...
Saved in:
| Published in: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
|---|---|
| Date: | 2001 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2001
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70861 |
| 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: | Прецизионный датчик давления с пневмомеханическим резонатором для бортового оборудования ЛА / Н.Г. Черняк, А.Н. Бондаренко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 3. — С. 38-43. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859902339150774272 |
|---|---|
| author | Черняк, Н.Г. Бондаренко, А.Н. |
| author_facet | Черняк, Н.Г. Бондаренко, А.Н. |
| citation_txt | Прецизионный датчик давления с пневмомеханическим резонатором для бортового оборудования ЛА / Н.Г. Черняк, А.Н. Бондаренко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 3. — С. 38-43. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description | Рассматриваются физико-технические основы работы и проектирования прецизионного датчика давления с пневмомеханическим резонатором для бортового оборудования летательных аппаратов и контрольно-проверочной аппаратуры. Предлагается новая базовая функциональная схема построения такого датчика, дающая ему ряд преимуществ перед традиционными приборами данного класса: практически неограниченный диапазон измеряемого давления и состава контролируемой среды, существенное снижение динамической погрешности при учете влияния температуры контролируемой среды и др.
The physic-technical bases of operation and design of precision pressure sensor with pneumomechanical resonator for airborne equipment of flying vehicles and monitoring-test equipment are considered. The new base functional diagram of carrying out circuit engineering of such sensor giving to it a row of advantages in comparison with given class conventional instruments: practically limitless range of measured pressure and composition of controlled medium, essential lowering dynamic error with regard to influence of temperature of controlled medium and others is proposed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:57:50Z |
| format | Article |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 3
38
ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
Ðàññìîòðåíû ôèçèêî-òåõíè÷åñêèå îñ-
íîâû ïðîåêòèðîâàíèÿ ïðåöèçèîííîãî
äàò÷èêà äàâëåíèÿ äëÿ áîðòîâîãî îáî-
ðóäîâàíèÿ ËÀ è êîíòðîëüíî-ïðîâåðî÷-
íîé àïïàðàòóðû.
Ñîâðåìåííîå áîðòîâîå îáîðóäîâàíèå ëåòàòåëü-
íûõ àïïàðàòîâ è êîíòðîëüíî-ïðîâåðî÷íàÿ àïïàðàòó-
ðà òðåáóþò òî÷íûõ è, â òî æå âðåìÿ, äîñòàòî÷íî
ïðîñòûõ â èçãîòîâëåíèè è íåäîðîãèõ äàò÷èêîâ ïåð-
âè÷íûõ âåëè÷èí. Äàò÷èêè äàâëåíèÿ ñ ïíåâìîìåõà-
íè÷åñêèì ðåçîíàòîðîì, óäà÷íî ñî÷åòàþùèå â ñåáå
âûøåïåðå÷èñëåííûå êà÷åñòâà, ðàçðàáàòûâàþòñÿ â
ÑØÀ (NASA�Ames), â Âåëèêîáðèòàíèè (ôèðìà
�Solartron�), â Ðîññèè (ÌÏÊÁ �Âîñõîä�), â ßïîíèè
(Fuji Elec. J.).
Ïîñòàíîâêà çàäà÷è
Îñíîâíûì ôóíêöèîíàëüíûì ïðåîáðàçîâàòåëåì
äàò÷èêà äàâëåíèÿ (ÄÄ) ñ ïíåâìîìåõàíè÷åñêèì ðå-
çîíàòîðîì (ÏÌÐ) ÿâëÿåòñÿ ïíåâìîìåõàíè÷åñêàÿ àâ-
òîêîëåáàòåëüíàÿ ñèñòåìà (ÏÌÀÑ), âûõîäíàÿ ÷àñòîòà
êîòîðîé çàâèñèò îò èç-
ìåðÿåìîãî äàâëåíèÿ.
ÏÌÀÑ (ðèñ. 1) ïðåä-
ñòàâëÿåò ñîáîé ïëàíàð-
íûé ÏÌÐ, êîòîðûé ïî-
ñðåäñòâîì ñèñòåìû ñúå-
ìà (ÑÑ) è ñèñòåìû âîç-
áóæäåíèÿ (ÑÂ) ïîäêëþ-
÷àåòñÿ â êîíòóð ïîëî-
æèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿ-
çè øèðîêîïîëîñíîãî
óñèëèòåëÿ Ó ñ íåëèíåé-
íîé âûõîäíîé õàðàêòå-
ðèñòèêîé. Óñèëèòåëü êîìïåíñèðóåò ïîòåðè ýíåðãèè
çà ïåðèîä êîëåáàíèé ÏÌÐ.
Êîíñòðóêòèâíî ÏÌÐ âêëþ÷àåò (ðèñ. 2) ïëîñ-
êóþ ïíåâìîêàìåðó 1, çàïîëíåííóþ ãàçîì, è ïëîñêèé
ðåçîíèðóþùèé ýëåìåíò (ÐÝ), êîòîðûé ñîâåðøàåò ïå-
ðèîäè÷åñêèå íåçàòóõàþùèå êîëåáàíèÿ ñ ñîáñòâåí-
íîé ðåçîíàíñíîé ÷àñòîòîé êîëåáàíèé ÏÌÐ âáëèçè
ãàçîíåïðîíèöàåìîãî ýêðàíà (ÃÍÝ) 2. Íà ðèñ. 2 ÐÝ
óñëîâíî ïðåäñòàâëåí â âèäå æåñòêîé ýôôåêòèâíîé
÷àñòè 3 ñ ðàáî÷åé ïîâåðõíîñòüþ Sýô, ïîäâåøåííîé íà
óïðóãèõ ýëåìåíòàõ 4. Íà ðèñ. 2 òàêæå îáîçíà÷åíû
óñèëèòåëü 5, ýëåêòðîäû ÑÑ 6 è Ñ 7. (Îáîçíà÷å-
íèÿ ýëåìåíòîâ 1�5 ñîõðàíÿþòñÿ íà ñëåäóþùèõ ðè-
ñóíêàõ.)
ÏÌÐ ÿâëÿåòñÿ ðàáîòîñïîñîáíûì (åãî ÷àñòîòà
êîëåáàíèé îäíîçíà÷íî è òðåáóåìûì îáðàçîì çàâè-
ñèò îò èçìåðÿåìîãî äàâëåíèÿ), åñëè âåëè÷èíà ïîïå-
ðå÷íîãî ðàçìåðà ïíåâìîêàìåðû (çàçîðà δ ìåæäó ÐÝ
è ÃÍÝ) äîñòàòî÷íî ìàëà. Ïðè ýòîì ãàç íå óñïåâàåò
âûòåêàòü èç ïíåâìîêàìåðû (èëè âòåêàòü â íåå) çà
ïîëîâèíó ïåðèîäà êîëåáàíèé ÐÝ â âàêóóìå. Îí
ñæèìàåòñÿ (ðàñøèðÿòñÿ), âíîñÿ äîáàâêó â ñóììàð-
íóþ æåñòêîñòü ÏÌÐ. Ýòà äîáàâêà íàçûâàåòñÿ ïðè-
ñîåäèíåííîé æåñòêîñòüþ ÐÝ èëè æåñòêîñòüþ óïðó-
ãîé ñðåäû ñïð. Ïðèñîåäèíåííàÿ æåñòêîñòü ñïð çàâè-
ñèò îò äàâëåíèÿ ãàçà, ïîäàâàåìîãî â ïíåâìîêàìåðó, è
êîíñòðóêòèâíûõ ïàðàìåòðîâ ïíåâìîêàìåðû. Êîëåá-
ëþùèéñÿ ÐÝ ñâîåé ïîâåðõíîñòüþ óâëåêàåò ÷àñòü
îêðóæàþùåãî åãî ãàçà. Óâëåêàåìûé ãàç äàåò äîáàâ-
êó â ñóììàðíóþ ìàññó ÏÌÐ. Ýòà äîáàâêà íàçûâà-
åòñÿ ïðèñîåäèíåííîé ìàññîé ÐÝ mïð è çàâèñèò îò
ïëîòíîñòè ρã ãàçà è ãåîìåòðèè ïíåâìîêàìåðû. Ñîá-
ñòâåííàÿ ÷àñòîòà êîëåáàíèé ÏÌÐ ñ ó÷åòîì îïèñàí-
íûõ âûøå ýôôåêòîâ êà÷åñòâåííî îïðåäåëÿåòñÿ âû-
ðàæåíèåì
ïppý
ïppý
2
1
mm
cc
f
+
+
π
= , (1)
ãäå ñðý è mðý � æåñòêîñòü óïðóãèõ ýëåìåíòîâ è ìàñ-
ñà ÐÝ.
Ê. ò. í. Í. Ã. ×ÅÐÍßÊ, À. Í. ÁÎÍÄÀÐÅÍÊÎ
Óêðàèíà, ã. Êèåâ, Ìåæîòðàñëåâîé ÍÈÈ ïðîáëåì ìåõàíè-
êè �Ðèòì� ïðè ÍÒÓÓ "ÊÏÈ"
ÏÐÅÖÈÇÈÎÍÍÛÉ ÄÀÒ×ÈÊ ÄÀÂËÅÍÈß
Ñ ÏÍÅÂÌÎÌÅÕÀÍÈ×ÅÑÊÈÌ ÐÅÇÎÍÀÒÎÐÎÌ
ÄËß ÁÎÐÒÎÂÎÃÎ ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈß ËÀ
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
30.01 2001 ã.
Îïïîíåíò ä. ò. í. À. Â. ÇÁÐÓÖÊÈÉ
Ðèñ. 1. Ïíåâìîìåõàíè÷åñêàÿ
àâòîêîëåáàòåëüíàÿ ñèñòåìà
CC ÑÂ
Ó
ÏÌÐ
Ðèñ. 2. Ïíåâìîìåõàíè÷åñêèé ðåçîíàòîð:
1 � ïíåâìîêàìåðà; 2 � ãàçîíåïðîíèöàåìûé ýêðàí; 3 � ýô-
ôåêòèâíàÿ ÷àñòü; 4 � óïðóãèé ýëåìåíò; 5 � óñèëèòåëü; 6 �
ýëåêòðîä ñèñòåìû ñúåìà; 7 � ýëåêòðîä ñèñòåìû âîçáóæäåíèÿ
4 3
1 7 2 6
5
δP0, ρã
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 3
39
ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
×àñòîòà f, êàê è åå ýëåìåíòû ñïð è mïð, çàâèñèò îò
äàâëåíèÿ Ð0 ãàçà, çàïîëíÿþùåãî ïíåâìîêàìåðó, è êîí-
ñòðóêòèâíûõ ïàðàìåòðîâ ïíåâìîêàìåðû.
ÄÄ ñ ÏÌÐ ñóùåñòâóþùèõ êîíñòðóêöèé [1, 2]
èçìåðÿþò äàâëåíèå êîíòðîëèðóåìîé ñðåäû Ðè, êîòî-
ðàÿ ïîäàåòñÿ íåïîñðåäñòâåííî â ïíåâìîêàìåðó ÏÌÐ
(Ð0=Ðè). Îäíàêî íàèáîëåå ïåðñïåêòèâíî èñïîëüçî-
âàíèå çàâèñèìîñòè ïðèñîåäèíåííîé æåñòêîñòè ñïð
îò òîëùèíû δ ïíåâìîêàìåðû. Áàçîâàÿ ôóíêöèîíàëü-
íàÿ ñõåìà òàêîãî ÄÄ ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 3, à (çäåñü
h � òîëùèíà ÐÝ, z � ïðîãèá ïåðâè÷íîãî ïðåîáðà-
çîâàòåëüíîãî ýëåìåíòà (ÏÏÝ), ∆y � øèðèíà óïðó-
ãèõ ýëåìåíòîâ, ∆n � øèðèíà ïðîðåçåé â ÐÝ, L �
äèàìåòð ýôôåêòèâíîé ÷àñòè ÐÝ). Âåëè÷èíà δ çäåñü
îïðåäåëèòñÿ ïðîãèáîì ÏÏÝ â çàâèñèìîñòè îò ïåðå-
ïàäà äàâëåíèé ∆P=Pè�P0 ìåæäó íåèçìåííûì Ð0 â
ïîäìåìáðàííîé (6) è èçìåðÿåìûì Ðè â íàäìåìáðàí-
íîé (7) ïîëîñòÿõ äàò÷èêà. ÏÏÝ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé
ìåìáðàíó 8 ñ æåñòêèì öåíòðîì 9, ê êîòîðîìó êðåïèò-
ñÿ ïîäâèæíûé ÃÍÝ 3. Ðåçîíèðóþùèé ýëåìåíò â òà-
êîì äàò÷èêå ÿâëÿåòñÿ ñèñòåìîé ñ ñîñðåäîòî÷åííûìè
ïàðàìåòðàìè. Åãî êðóãîâàÿ ýôôåêòèâíàÿ ÷àñòü 3 è
óïðóãèå ýëåìåíòû 4 èçãîòàâëèâàþòñÿ ýëåêòðîýðîçèåé
èëè õèìè÷åñêèì òðàâëåíèåì èç îäíîé òîíêîé êðóãî-
âîé ïëàñòèíêè (ðèñ. 3, á).
Ðàññìîòðèì ôèçèêî-òåõíè÷åñêèå îñíîâû ðàáîòû
è ïðîåêòèðîâàíèÿ ïíåâìîìåõàíè÷åñêîãî ÄÄ ñ ÏÌÐ,
ïîñòðîåííîãî ïî ôóíêöèîíàëüíîé ñõåìå ðèñ. 3, à,
à òàêæå îöåíèì òî÷íîñòíûå âîçìîæíîñòè èçìåðå-
íèÿ äàâëåíèé ïðè ïîìîùè òàêîãî ÄÄ.
Èñõîäíûå ïîëîæåíèÿ è óñëîâèå ðàáîòîñïîñîá-
íîñòè ÏÌÐ
Ïðè îïèñàíèè ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, ïðîèñõîäÿ-
ùèõ â ÏÌÐ ñ óçêîé ïíåâìîêàìåðîé, ñëåäóåò ïîëüçî-
âàòüñÿ ñðåäíèìè ïî åå òîëùèíå çíà÷åíèÿìè ïëîòíî-
ñòè ρã è äàâëåíèÿ Ð ãàçà (ò. ê. äëèíà âîçáóæäàåìîé
ÐÝ çâóêîâîé âîëíû â ãàçå λ=cçâ/ω, ãäå ñçâ � ñêî-
ðîñòü çâóêà â ãàçå, ω � êðóãîâàÿ ÷àñòîòà êîëåáàíèé
ÐÝ, áóäåò çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàòü òîëùèíó ïíåâìî-
êàìåðû: λ>>δ). Ãàç â ïíåâìîêàìåðå èñïûòûâàåò àäè-
àáàòè÷åñêèå ðàñøèðåíèÿ è ñæàòèÿ çà ïåðèîä êîëå-
áàíèé ÐÝ [3] âñëåäñòâèå áîëüøîé èíåðöèîííîñòè
ïðîöåññîâ òåïëîîáìåíà ñ åå ñòåíêàìè. Ìàëûå àìï-
ëèòóäû êîëåáàíèé ÐÝ w îïðåäåëÿþò ìàëûå îòêëî-
íåíèÿ äàâëåíèÿ Ð � =Ð�Ð0 îò åãî ïîñòîÿííîé ñîñòàâ-
ëÿþùåé Ð0. Ýòà ïîñòîÿííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ çàäàåòñÿ
âíåøíèì ê ïíåâìîêàìåðå ïðîñòðàíñòâîì, îáúåì êî-
òîðîãî íàìíîãî ïðåâûøàåò îáúåì ïíåâìîêàìåðû.
Ñîãëàñíî ìåòîäèêå, îïèñàííîé â ðàáîòå [4], ýô-
ôåêòèâíóþ ÷àñòü (Ý×) ïëîñêîãî ÐÝ ñâîäèì ê ïðåä-
ñòàâëåííîé íà ðèñ. 4, à ýêâèâàëåíòíîé ïðÿìîóãîëü-
íîé ïëàñòèíêå (ÝÏÏ) ñ õàðàêòåðíûìè ðàçìåðàìè b
è L. Ïëîùàäü ÝÏÏ ðàâíà ïëîùàäè ðàáî÷åé ïîâåðõ-
íîñòè Ý× Sýô. L ÿâëÿåòñÿ äèàìåòðîì Ý×, b=0,5πL
� äëèíîé ñðåäíåé îêðóæíîñòè Ý×. Òàê êàê â îê-
ðóæíîì íàïðàâëåíèè ïîä Ý× ïåðåïàäà äàâëåíèé, à
çíà÷èò, è ïåðåòåêàíèÿ ãàçà íå áóäåò, òî ïíåâìîêàìå-
ðó ïîä ÝÏÏ ìîæíî ñ÷èòàòü èçîëèðîâàííîé âäîëü
ðàçìåðà L. Äëÿ ìàëûõ èçìåíåíèé îáúåìà ïíåâìîêà-
ìåðû (ìàëû àìïëèòóäû êîëåáàíèé ÐÝ) âîñïîëüçóåì-
ñÿ ëèíåéíûì ïðèáëèæåíèåì ðàñïðåäåëåíèÿ èçáû-
òî÷íîãî äàâëåíèÿ Ð �
îò Ðm
� =Ðm�Ð0 â öåíòðå ïíåâìî-
êàìåðû äî Ð0
�=0 íà ñâîáîäíîì êîíòóðå (âäîëü êîîð-
äèíàòû õ íà ðèñ. 4, à):
−=
L
x
PÐ m
2
1 .
Òàêóþ ïíåâìîêàìåðó çàìåíèì èçâåñòíîé â ïíåâ-
ìîàâòîìàòèêå [5] ýêâèâàëåíòíîé ïíåâìîñèñòåìîé ñ
ñîñðåäîòî÷åííûìè ïàðàìåòðàìè, êîòîðàÿ ñîñòîèò
(ðèñ. 4, á) èç ïíåâìîåìêîñòè ïíåâìîêàìåðû ℜ è äâóõ
ïíåâìîñîïðîòèâëåíèé ℑ/2, ñîåäèíåííûõ ïàðàëëåëü-
íî è ïîäêëþ÷åííûõ ê èñòî÷íèêó ïåðåìåííîé îáúåì-
íîé ñêîðîñòè q ñ ïîìîùüþ èñ÷åçàþùå êîðîòêèõ ñî-
åäèíèòåëüíûõ êàíàëîâ, íå îêàçûâàþùèõ ñîïðîòèâ-
ëåíèÿ ïðîòåêàíèþ ãàçà. Âûðàæåíèÿ äëÿ ℜ è ℑ èìå-
þò âèä [5, ñ. 37]
0P
Lb
γ
δ=ℜ ,
b
L
3
12
δ
η=ℑ , (2)
Ôóíêöèîíàëüíóþ ñõåìó ýêâèâàëåíòíîé ïíåâìî-
ñèñòåìû (ðèñ. 4, á) óäîáíî ïðåäñòàâèòü â âèäå ýëåê-
òðè÷åñêîé ñõåìû àíàëîãà (ðèñ. 4, â) [5, ñ. 38], ïîñòî-
ÿííàÿ âðåìåíè Òp êîòîðîé
4p
ℜℑ=T (3)
ÿâëÿåòñÿ òàêæå ïîñòîÿííîé âðåìåíè èñõîäíîé ïíåâ-
ìîêàìåðû (ðèñ. 4, à).
êîýôôèöèåíò Ïóàññîíà;
êîýôôèöèåíò äèíàìè÷åñêîé âÿçêîñòè ãàçà, çàïîë-
íÿþùåãî ïíåâìîêàìåðó.
ãäå γ �
η �
1 10 9 8 3 ∆n
4
3
2
5
6
7
h
δ
z
∆n ∆y
4
L
à) á)
Ðè
Ðèñ. 3. Äàò÷èê äàâëåíèÿ ñ ïíåâìîìåõàíè÷åñêèì
ðåçîíàòîðîì
3 1
õδ
2
0 0
Ðm
�
q
q ℜ
2/ℑ2/ℑ
2/ℑ 2/ℑ
à)
á) â)
q/2 q/2
b
ℜ
L
Ðèñ. 4. Ýêâèâàëåíòíûå ñõåìû
ó
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 3
40
ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
Ñîãëàñíî òåîðèè àâòîìàòè÷åñêîãî óïðàâëåíèÿ,
ïåðåõîäíûé ïðîöåññ â ñèñòåìå ìàëî ìåíÿåò åå ïàðà-
ìåòðû íà íà÷àëüíîì ýòàïå, ïîêà äëèòåëüíîñòü ýòîãî
ïðîöåññà íå ïðåâûøàåò åãî ïîñòîÿííîé âðåìåíè.
Ñëåäîâàòåëüíî, ãàçîîáìåíà ìåæäó ïíåâìîêàìåðîé è
âíåøíèì îáúåìîì ïðàêòè÷åñêè íå áóäåò ïðè óñëîâèè
,)2( 1
0p
−ω=T (4)
ãäå ω0 � êðóãîâàÿ ÷àñòîòà êîëåáàíèé ÐÝ â âàêóóìå
(ω0
2=cðý /mðý).
Ïîäñòàâèâ âûðàæåíèå (3) ñ ó÷åòîì (2) â âûðà-
æåíèå (4) è ïðîâåäÿ íåñëîæíûå ïðåîáðàçîâàíèÿ,
ïîëó÷èì àíàëèòè÷åñêîå âûðàæåíèå äëÿ óñëîâèÿ ïî-
ÿâëåíèÿ ïðèñîåäèíåííîé æåñòêîñòè â ïíåâìîêàìåðå,
êîòîðîå áóäåì íàçûâàòü óñëîâèåì ðàáîòîñïîñîáíî-
ñòè ÏÌÐ:
[ ]
0
0
P
Lk
γ
ηω
=δ<δ ∗
, (5)
ãäå [δ] � äîïóñòèìûé çàçîð ÏÌÐ; k*=60,5≈2,45.
Ýòî óñëîâèå ïîëíîñòüþ ñîâïàäàåò ñ ýêñïåðèìåí-
òàëüíî ïîëó÷åííûì àâòîðàìè [2], à çíà÷åíèå êîýô-
ôèöèåíòà k* ïîïàäàåò â çàäàííûé èìè äèàïàçîí
k*=1...3.
Âçàèìîäåéñòâèå ÐÝ ñ ãàçîì
Ïðè âûïîëíåíèè óñëîâèÿ (5) ïíåâìîêàìåðà ÿâ-
ëÿåòñÿ ïðàêòè÷åñêè èçîëèðîâàííîé âäîëü êðàåâ Ý×,
è äîñòàòî÷íî ðàññìîòðåòü ëèøü äâèæåíèå ãàçà ïî åå
òîëùèíå (ïî êîîðäèíàòå y íà ðèñ. 4, à). Ïîòåíöèàë
ñêîðîñòåé ψ (ó, t) [3] ÷àñòè÷åê ãàçà â óçêîé ïíåâìî-
êàìåðå (ðèñ. 4, à) ñ îäíîé êîëåáëþùåéñÿ (ïî çàêîíó
w(t)=wmsin(ωt), ãäå t � âðåìÿ, wm � àìïëèòóäà
êîëåáàíèé) ñòåíêîé (ïîâåðõíîñòü ÐÝ) äîëæåí óäîâ-
ëåòâîðÿòü âîëíîâîìó óðàâíåíèþ
,0
1
2
2
2
çâ
2
2
=
∂
ψ∂−
∂
ψ∂
tcy
íà÷àëüíîìó ψ|t=0=0 è êðàåâûì óñëîâèÿì (íåïðîíè-
öàåìîñòè ÐÝ è ÃÍÝ) [3, c. 596]
,0=
∂
∂ψ
δ=yy
t
w
y
wy ∂
∂−=
∂
∂ψ
= .
Åñëè, ñîãëàñíî ìåòîäó Ôóðüå (ðàçäåëåíèÿ ïåðå-
ìåííûõ) [3], ïðåäñòàâèì ïîòåíöèàë â âèäå ïðîèçâå-
äåíèÿ ôóíêöèé êîîðäèíàò è âðåìåíè ψ=Y(y)T(t) è
ïîäñòàâèì åãî â âîëíîâîå óðàâíåíèå, òî ïîëó÷èì
,2
çâ ω−==
′′
T
T
Y
Y
c
&&
ãäå ω2 � äåéñòâèòåëüíàÿ ïîñòîÿííàÿ âåëè÷èíà, äâà
øòðèõà � ïîëíàÿ ïðîèçâîäíàÿ ïî êîîðäèíàòå, äâå
òî÷êè � ïî âðåìåíè.
Ðåøàÿ äâà íåçàâèñèìûõ óðàâíåíèÿ îòíîñèòåëüíî
Ò è Y è òðåáóÿ îò ïîòåíöèàëà ψ(y,t) ñîîòâåòñòâèÿ
íà÷àëüíîìó è êðàåâûì óñëîâèÿì, ïîëó÷èì äëÿ íåãî
ñëåäóþùåå âûðàæåíèå:
( ) ( )[ ]
( )[ ] t
w
w
y
ty
∂
∂
−δλλ
−δλρ=ψ
sin
cos
, ã .
Ñîãëàñíî îáîáùåííîìó çàêîíó âÿçêîñòè Íüþòî-
íà [3], íîðìàëüíàÿ ê ïîâåðõíîñòè ïîäâèæíîé ñòåíêè
ñîñòàâëÿþùàÿ òåíçîðà íàïðÿæåíèé â ãàçå ðàâíà
Pn=q(ρ)+q(η),
ãäå ( ) ( )[ ]
( )[ ] ;
sin
cos
2
2
ãã
t
w
w
w
t
q wy
∂
∂
−δλλ
−δλρ=
∂
∂ψρ= =
ρ
( ) ( )[ ]
( )[ ] t
w
w
w
y
q wy ∂
∂
−δλ
−δλλ−η=
∂
ψ∂η= =
η
sin
cos
22
2
2
.
 ðåàëüíûõ êîíñòðóêöèÿõ ÄÄ ñ ÏÌÐ w<<δ è
λδ<<1. Åñëè ñ ó÷åòîì ýòîãî ðàçëîæèòü òðèãîíîìåò-
ðè÷åñêèå ôóíêöèè â ñòåïåííîé ðÿä è îãðàíè÷èòüñÿ
äëÿ q(ρ) òðåòüåé, à äëÿ q(η) � ïåðâîé ñòåïåíüþ ìàëî-
ñòè îòíîñèòåëüíî λδ , òî ïîëó÷èì:
( )
t
w
q
∂
∂
δ
η−=η 2
;
( )
( )
( )
( ) ( ) ( ),
3
1
6
2
1
2
22
2
ã
2
2
3
2
ã mc qq
t
w
t
w
q +=
∂
∂
λδ−
δλ
ρ≈
∂
∂
λδ−λδ
λδ−
λ
ρ=ρ
Ñ ó÷åòîì èçâåñòíîãî [3, ñ. 9] âûðàæåíèÿ ñçâ
2=
=γÐ0/ρã, ïðèâåäåííîãî âûøå âûðàæåíèÿ äëÿ λ è
òîãî, ÷òî ∂2w(t)/∂t2=�ω2w(t), âûðàæåíèÿ äëÿ ñî-
ñòàâëÿþùèõ q(c) è q(m) ïðèîáðåòóò òàêîé âèä:
( ) ( )tw
P
q c
δ
γ
−≈ 0 , ( )
2
2
ã
3 t
w
q m
∂
∂δρ−≈ .
Äëÿ âåëè÷èí êîíñòðóêòèâíûõ è ôèçè÷åñêèõ ïàðà-
ìåòðîâ, êîòîðûå âñòðå÷àþòñÿ íà ïðàêòèêå (γÐ0>>2ηω,
ρãωδ2/6>>η, ðåàëüíî æå γÐ0>10�4ηω, ρãωδ2>0,1÷0,01η),
âëèÿíèå âÿçêîãî äåìïôèðîâàíèÿ âäîëü ïîïåðå÷íîé
êîîðäèíàòû (ïî òîëùèíå ïíåâìîêàìåðû) íà ÷àñòîòû
êîëåáàíèé ÏÌÐ áóäåò ïðåíåáðåæèìî ìàëî. À òàê
êàê ïðè âûïîëíåíèè óñëîâèÿ (5) ãàç ïðàêòè÷åñêè
íå ïîêèäàåò ïíåâìîêàìåðó, òî è âÿçêîå äåìïôèðîâà-
íèå â ïëîñêîñòè ïíåâìîêàìåðû òàêæå áóäåò ïðåíåá-
ðåæèìî ìàëî.
×àñòîòà ñîáñòâåííûõ êîëåáàíèé ÏÌÐ
Ïðåäñòàâèì âûðàæåíèå (1) â âèäå
( ) ,
2
1
1 pý0
ïp0
mf
cf
f
m π
+
η+
=
Æåñòêîñòü óïðóãîé ñðåäû � ýòî êîýôôèöèåíò
âîçëå ïðîãèáà w â âûðàæåíèè äëÿ óïðóãîé ñèëû Fc,
äåéñòâóþùåé ñî ñòîðîíû ãàçà â ïíåâìîêàìåðå íà
ïîâåðõíîñòü ÐÝ:
ãäå q(c) �
q(m) �
óïðóãîå äàâëåíèå íà ïîâåðõíîñòü ÐÝ (ïðè-
ñîåäèíåííàÿ æåñòêîñòü), êîòîðîå ñîïðîòèâëÿ-
åòñÿ èçìåíåíèþ îáúåìà çàçîðà;
èíåðöèîííîå äàâëåíèå (ïðèñîåäèíåííàÿ ìàñ-
ñà), êîòîðîå óâåëè÷èâàåò ìàññó ýëåìåíòà ïî-
âåðõíîñòè ÐÝ.
÷àñòîòà êîëåáàíèé ÐÝ â âàêóóìå;
êîýôôèöèåíò ó÷åòà ïðèñîåäèíåííîé
ìàññû.
ãäå f0=ω0/(2π) �
ηm=mïð/mðý�
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 3
41
ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
( ) ,ïpýôc wñSqF c ==
îòêóäà
( )
.ýô
0ýô
ïp S
P
w
Sq
c
c
δ
γ==
Ïðèñîåäèíåííàÿ ìàññà � ýòî êîýôôèöèåíò ïðè
âòîðîé ïðîèçâîäíîé îò ïðîãèáà w ïî âðåìåíè â
âûðàæåíèè äëÿ èíåðöèîííîé ñèëû Fm, äåéñòâóþùåé
ñî ñòîðîíû ãàçà â ïíåâìîêàìåðå íà ïîâåðõíîñòü ÐÝ:
( ) ,
2
2
ïpýô
t
w
mSqF m
m
∂
∂==
îòêóäà ( ) .
3 ýô
ã
1
2
2
ýôïp S
t
w
Sqm c δρ=
∂
∂=
−
Ïðè ïîëó÷åíèè ïîñëåäíåãî âûðàæåíèÿ ìàññà óï-
ðóãèõ ýëåìåíòîâ íå ó÷èòûâàëàñü, ò. ê. ïðàêòè÷åñêè
îíà áîëåå ÷åì íà ïîðÿäîê ìåíüøå ìàññû Ý×. Äëÿ
ïëîñêîãî ÐÝ mðý=ρhSýô (ρ � ïëîòíîñòü ìàòåðèàëà
ÐÝ), è ñ ó÷åòîì âûðàæåíèé äëÿ ïðèñîåäèíåííûõ
æåñòêîñòè è ìàññû ïîëó÷èì ñëåäóþùèå âûðàæåíèÿ
äëÿ f è ηm:
( ) ;
2
1
1 0
00
δρπ
γ+
η+
=
hf
Pf
f
m
( )
,
3
ã
hm ρ
δ+δρ=η
∗
(6)
Ïåðâîå èç âûðàæåíèé (6) ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäàåò
ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûì, ïîëó÷åííûì àâòîðàìè ðàáîòû
[2] (â âûðàæåíèè (6) óòî÷íåíî òåîðåòè÷åñêîå çíà-
÷åíèå êîýôôèöèåíòà ïðè äàâëåíèè Ð0 è ó÷òåíà ïðè-
ñîåäèíåííàÿ ìàññà ïîñðåäñòâîì êîýôôèöèåíòà ηm).
Çàçîð δ ìåæäó ïîäâèæíîé è íåïîäâèæíîé ÷àñòÿ-
ìè ÏÌÐ (ðèñ. 3, à) âûðàçèì ÷åðåç åãî çíà÷åíèå δ0
ïðè íåéòðàëüíîì ïîëîæåíèè ìåìáðàíû 8 è ïðîãèá z
æåñòêîãî öåíòðà 9: δ=δ0�z. Åñëè âûáðàòü ìåìáðàíó
8 òîëñòîé (Rn /hn<25, ãäå hn � åå òîëùèíà, Rn �
ðàäèóñ), òî z=(z0 /∆Pmax)(Ðè�Ð0) [5, ñ. 69], ãäå z0 �
ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìûé ïðîãèá ìåìáðàíû 8, ∆Pmax=
=Pâï�Ð0 � ìàêñèìàëüíûé ïåðåïàä äàâëåíèé íà íåé,
Ðâï � âåðõíèé ïðåäåë èçìåðåíèÿ äàâëåíèé. Òîãäà
δ=δ0�(z0/∆Ðmax)(Ðè�Ð0), è çàâèñèìîñòü ÷àñòîòû ñîá-
ñòâåííûõ êîëåáàíèé ÏÌÐ îò èçìåðÿåìîãî äàâëåíèÿ
(áåç ó÷åòà ïðèñîåäèíåííîé ìàññû) ïðèîáðåòåò âèä
( ) ,
1
1
èè
0è PD
D
fPf
f
−
+= (7)
ãäå äëÿ óäîáñòâà ââåäåíû îáîçíà÷åíèÿ:
000
0
δρω
γ
=
h
P
K z ;
max0
001
P
Pz
K
D z
f
∆δ
+
= ;
.
1
1
max0
00max0
0
è
∆δ
+
δ
=
P
PzP
z
D
Ìàêñèìàëüíûé ïðîãèá z0 è çàçîð δ0 âûáèðàþòñÿ
èç óñëîâèé
[ ]
∆
++δ=δ
max
0
0min 1
P
P
z , 0min0 z+δ=δ , (8)
ãäå δmin � ìèíèìàëüíûé çàçîð ìåæäó ÐÝ è ïîäâèæ-
íûì ÃÍÝ.
Çàçîð δmin äîëæåí ïðåâûøàòü àìïëèòóäó êîëåáà-
íèé ÐÝ è áûòü òåõíè÷åñêè ðåàëèçóåìûì (ïðàêòè-
÷åñêè δmin ≥ 20 ìêì). Òðåáóåìûé ìàêñèìàëüíûé ïðî-
ãèá z0 ïðè ïðåäåëüíîì èçìåðÿåìîì äàâëåíèè (Ðâï)
îáåñïå÷èâàåòñÿ ïîäáîðîì òîëùèíû è äèàìåòðà ìåì-
áðàíû ÏÏÝ.
Ïðîåêòèðîâàíèå ÄÄ ñ ÏÌÐ
Ðàññìîòðèì îñîáåííîñòè ïðîåêòèðîâàíèÿ ÄÄ ñ
ÏÌÐ, ïðåäñòàâëåííîãî íà ðèñ. 3. ÐÝ âûáðàííîé
ôîðìû (ðèñ. 3, á) îïðåäåëèò òàêèå õàðàêòåðèñòèêè:
( )( ) ;
26
6
31
3
pý
ny
y
L
Eh
c
∆+∆+π
∆
≈
− ;
4
2
pý
L
hm
πρ=
( )( )
;
21
64
354
24
pý
pý
0
LL
Eh
m
c
ny
y
∆+∆+ρπ
∆⋅
==ω
[ ] ( )
∆+∆
−
ρ
∆
γ
η
π
≈δ<δ
LL
E
P
h nyy 2
4
3
1
312
4
0
.
Ïîëó÷àåòñÿ, ÷òî äîïóñòèìûé çàçîð ÏÌÐ ÄÄ ñëàáî
çàâèñèò ïðàêòè÷åñêè îò âñåõ ïàðàìåòðîâ ÐÝ (ñâîéñòâ
ìàòåðèàëà ρ è Å, åãî ãåîìåòðèè, â òîì ÷èñëå è îò õàðàê-
òåðíîãî ðàçìåðà L). Åãî îðèåíòèðîâî÷íîå ÷èñëîâîå
çíà÷åíèå áóäåò [δ]≈100 ìêì äëÿ Ð0=104 Ïà, γ=1,402,
η=1,7·10�5 êã/(ì·ñ) (âîçäóõ ïðè òåìïåðàòóðå 0°Ñ);
Å=1,26·1011 Ïà, ρ=8,23·103 êã/ì3 (áðîíçà ÁðÁ-2);
h=3·10�4 ì, L=1,5·10�2 ì, ∆y=10�3 ì, ∆ï=2,5·10�4 ì. Äëÿ
ôîðìèðîâàíèÿ òàêîãî çàçîðà è çàäàííîãî ïîäìåìá-
ðàííîãî äàâëåíèÿ èñïîëüçóþòñÿ áàçîâûå òåõíîëî-
ãèè ïðèáîðîñòðîåíèÿ è íåñëîæíàÿ îñíàñòêà.
Åñëè âçÿòü δmin=40 ìêì (÷òî òîæå íåòðóäíî ðåà-
ëèçîâàòü), â äèàïàçîíå èçìåðÿåìûõ äàâëåíèé ïðèáîð
áóäåò èìåòü ñëåäóþùèå õàðàêòåðèñòèêè: f0=1 êÃö,
ìèíèìàëüíàÿ ÷àñòîòà êîëåáàíèé ÏÌÐ (ïðè íèæíåì
ïðåäåëå èçìåðÿåìîãî äàâëåíèÿ Ðíï, êîãäà δ≈[δ])
f(Ðíï)=1,6 êÃö, ìàêñèìàëüíàÿ ÷àñòîòà êîëåáàíèé ÏÌÐ
(ïðè âåðõíåì ïðåäåëå èçìåðÿåìîãî äàâëåíèÿ Ðâï,
êîãäà δ≈δmin) f(Ðâï)=2,2 êÃö, ìàêñèìàëüíàÿ äåâèà-
öèÿ ÷àñòîòû ïðè âåðõíåì ïðåäåëå èçìåðåíèÿ
∆f=f(Ðâï) � f(Ðíï)=600 Ãö. Ýòî ïîçâîëèò ïðèáîðó
ïðè èçìåðåíèè âûõîäíûõ ÷àñòîò ÏÌÀÑ ïî ïåðèîäó
(ñ òî÷íîñòüþ äî 0,1 Ãö) èìåòü îñíîâíóþ ïðèâåäåí-
íóþ ê âåðõíåìó ïðåäåëó èçìåðåíèÿ ïîãðåøíîñòü
ìåíåå 0,02%.
Ïðè çàäàííîì ïîäìåìáðàííîì äàâëåíèè Ð0 è òåì-
ïåðàòóðå 0°Ñ ïëîòíîñòü âîçäóõà ρã=0,129 êã/ì3.
Ìàêñèìàëüíîå âëèÿíèå íà ÷àñòîòó êîëåáàíèé ÏÌÐ
èçìåíåíèÿ ïðèñîåäèíåííîé ìàññû ãàçà ñ òàêîé ïëîò-
íîñòüþ âñëåäñòâèå ïåðåìåùåíèÿ ÃÍÝ ñëåäóåò èç
ôîðìóë (6):
âåëè÷èíà ïðèâåäåííîãî çàçîðà ìåæäó
ÐÝ è êîæóõîì 10 ÄÄ (ðèñ. 3, à);
îáúåì ýòîãî çàçîðà.
ãäå δ*=Vçàç/Sýô �
Vçàç �
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 3
42
ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
( ) [ ]( ) 3minãïâ 102,1
32
−⋅=
ρ
δ−δρ≈∆
h
Pf
fm Ãö.
Òàêîå âëèÿíèå âíåñåò â èçìåðåíèÿ ÄÄ íåñóùå-
ñòâåííóþ ïîãðåøíîñòü (îêîëî 0,0002%).
Ìàêñèìàëüíûé ïðîãèá ìåìáðàíû ÏÏÝ êàê êðóã-
ëîé æåñòêî çàêðåïëåííîé ïî âíåøíåìó êðàþ ïëàñ-
òèíêè ñ æåñòêèì öåíòðîì [6, ñ. 71] ðàâåí
( ) ( )( ) ,11
1
16
3
max
2
3
42
0
3
P
hE
R
z
nn
n ∆ξ−ξ−ν−= (9)
 êà÷åñòâå ìàòåðèàëà äëÿ ìåìáðàíû ÏÏÝ âûáå-
ðåì ýëèíâàðíûé ñïëàâ 36ÍÕÒÞ (Åï=1,9·1011 Ïà,
ν=0,3). Îí ïðî÷íûé, êîððîçèîííîñòîéêèé, íåìàãíèò-
íûé, øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ â ïðèáîðîñòðîåíèè è èìå-
åò ñõîæèé ñ ìàòåðèàëîì ÐÝ òåìïåðàòóðíûé êîýôôè-
öèåíò ðàñøèðåíèÿ αl (äëÿ 36ÍÕÒÞ αl=�2,5·10�4 1/K,
äëÿ áðîíçû αl=�3,1·10�4 1/K).
 äèàïàçîíå èçìåðåíèÿ ñòàòè÷åñêîãî àòìîñôåðíî-
ãî äàâëåíèÿ îò 0 äî Ðâï=1000 ìì ðò.ñò.≈1,3·105 Ïà
(∆Pmax=1,2·105 Ïà) òðåáóåìûé ïðîãèá z0=54 ìêì
(ñëåäóåò èç âûðàæåíèé (8)). Åñëè âíåøíèé ðàäèóñ
êðåïëåíèÿ ìåìáðàíû ÏÏÝ ñ öåëüþ óïðîùåíèÿ ñáîð-
êè ÄÄ è óìåíüøåíèÿ åãî ãàáàðèòîâ âûáðàòü ðàâ-
íûì âíåøíåìó ðàäèóñó êðåïëåíèÿ óïðóãèõ ýëåìåí-
òîâ (Rï=0,5(L+b)+∆ï=8,25·10�3 ì), ξ=0,2, òî òàêîé
ïðîãèá áóäåò èìåòü ìåìáðàíà òîëùèíîé hï=0,2 ìì
(ñëåäóåò èç âûðàæåíèÿ (9)).
Ïðè ìàêñèìàëüíîì ïåðåïàäå äàâëåíèé ∆Pmax íà
ìåìáðàíå ÏÏÝ äîëæíî âûïîëíÿòüñÿ óñëîâèå ïðî÷-
íîñòè [6, ñ. 70]
[ ]σ<σmax , ( ) max
2
2
2
max 11
4
3
P
h
R
n
n ∆ν+ν−
ξ−=σ , (10)
Äëÿ ìåìáðàíû èç ñïëàâà 36ÍÕÒÞ (σò=1224 ÌÏà,
N=3) ïðè ∆Pmax=1,2·105 Ïà oíî çàâåäîìî âûïîëíÿ-
åòñÿ: σmax=300 MÏà<[σ]=408 ÌÏà. È òàêîå íàáëþ-
äàåòñÿ âïëîòü äî Ðâï max≈12 àòì, êîãäà çíà÷åíèå òîë-
ùèíû ÏÏÝ, ïîëó÷àåìîå èç óñëîâèÿ (9), ïîäòâåðæäà-
åòñÿ óñëîâèåì (10).
Ïîâåäåíèå ãàçà â ãåðìåòèçèðîâàííîé ïîäìåì-
áðàííîé ïîëîñòè îïèñûâàåòñÿ èçîáàðíûì òåðìîäè-
íàìè÷åñêèì çàêîíîì
,0í
0
í
0
0 T
T
P
P =
ãäå Ð0
í � äàâëåíèå ãàçà ïðè íîðìàëüíîé òåìïåðàòó-
ðå Ò0
í=0°Ñ.
Áîðòîâîå îáîðóäîâàíèå ÷àùå âñåãî ðàáîòàåò ïðè
òåìïåðàòóðàõ �55…+55°Ñ. Â òàêîì òåìïåðàòóðíîì
äèàïàçîíå äàâëåíèå â ïîäìåìáðàííîé ïîëîñòè èçìå-
íÿåòñÿ îò Ð0
�55°Ñ=0,8·105 Ïà äî Ð0
+55°Ñ=1,2·105 Ïà,
÷òî äàñò ìàêñèìàëüíóþ äåâèàöèþ ÷àñòîòû ïðè âåðõ-
íåì ïðåäåëå èçìåðÿåìîãî äàâëåíèÿ ∆fâï
55°Ñ=180 Ãö,
ò. å. îêîëî 0,3 ìàêñèìàëüíîé ïîëåçíîé äåâèàöèè ÷à-
ñòîòû îò èçìåðÿåìîãî äàâëåíèÿ. Ïîýòîìó òåðìîäàò-
÷èê, ïî ïîêàçàíèÿì êîòîðîãî ñëåäóåò ïðîèçâîäèòü
òåðìîêîìïåíñàöèþ, äîëæåí èìåòü îñíîâíóþ ïðèâå-
äåííóþ ê âåðõíåìó ïðåäåëó èçìåðåíèÿ ïîãðåøíîñòü
ïî÷òè â 3,5 ðàçà áîëüøóþ, ÷åì ÄÄ (0,02/0,3≈0,07%).
Ñîîòâåòñòâóþùàÿ èçìåðåíèþ â äèàïàçîíå ñòàòè-
÷åñêîãî àòìîñôåðíîãî äàâëåíèÿ 0…1000 ìì ðò.ñò.
(≈1,3·105 Ïà) âûõîäíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ÄÄ f(Pè)
ïðèâåäåíà íà ãðàôèêå ðèñ. 5.
Àíàëèç ðåçóëüòàòîâ
Âûõîäíàÿ õàðàêòåðèñòèêà äàò÷èêà äàâëåíèÿ ñó-
ùåñòâåííî íåëèíåéíà (ðèñ. 5). Ñîâðåìåííàÿ ýëåêò-
ðîíèêà óñïåøíî ñïðàâëÿåòñÿ ñ îáðàáîòêîé íåëèíåé-
íûõ çàâèñèìîñòåé. À âîò íàèáîëüøàÿ êðóòèçíà ïðå-
îáðàçîâàíèÿ äàâëåíèÿ Ðè â ÷àñòîòó f (ñì. ðèñ. 5)
âîçëå âåðõíåãî ïðåäåëà èçìåðåíèÿ ÄÄ ïîòðåáóåòñÿ
â ñàìûõ îòâåòñòâåííûõ ðåæèìàõ ïîëåòà ËÀ, â êîòî-
ðûõ íóæíà íàèáîëüøàÿ òî÷íîñòü èçìåðåíèé, � âîç-
ëå ïîâåðõíîñòè Çåìëè (íà óðîâíå ìîðÿ) è ñ ìàêñè-
ìàëüíûìè èíäèêàòîðíûìè ñêîðîñòÿìè.
Ñóùåñòâóþùèå ïíåâìîìåõàíè÷åñêèå ÄÄ, íåñìîò-
ðÿ íà âûñîêóþ ñòàáèëüíîñòü âûõîäíîé õàðàêòåðè-
ñòèêè, îáëàäàþò äâóìÿ ñóùåñòâåííûìè íåäîñòàòêà-
ìè: îíè ÷óâñòâèòåëüíû ê èçìåíåíèþ òåìïåðàòóðû è
èìåþò íåâûñîêèé âåðõíèé ïðåäåë èçìåðåíèÿ (äî
1,3 àòì [1]).
 ïðåäëàãàåìîì ÄÄ ñ ïåðâè÷íûì ïðåîáðàçîâà-
òåëüíûì ýëåìåíòîì (ðèñ. 3, à) ðàçäåëÿþùàÿ ìåìáðà-
íà 7 çàìåäëÿåò òåïëîïåðåäà÷ó èç êîíòðîëèðóåìîé
ñðåäû â ïîäìåìáðàííóþ ïîëîñòü 6, à çíà÷èò, è ñêî-
ðîñòü èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû â íåé. Âñëåäñòâèå ýòîãî
ïðèñóùàÿ òî÷íîìó òåðìîäàò÷èêó, ïî ïîêàçàíèÿì êî-
òîðîãî áóäåò ïðîâîäèòüñÿ òåðìîêîìïåíñàöèÿ, òåïëî-
âàÿ èíåðöèîííîñòü íå áóäåò âíîñèòü ñóùåñòâåííîé
äèíàìè÷åñêîé ïîãðåøíîñòè â ïîêàçàíèÿ ÄÄ. Äëÿ
ìãíîâåííîãî ó÷åòà èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû â ïîä-
ìåìáðàííîé ïîëîñòè öåëåñîîáðàçíî ñòðîèòü èçìåðå-
íèÿ ïî èçâåñòíîé â ïðèáîðîñòðîåíèè êâàçèäèôôå-
ðåíöèàëüíîé ñõåìå, ïîìåùàÿ â îäíîé ïîäìåìáðàííîé
ïîëîñòè äâå íåçàâèñèìûå ïíåâìîìåõàíè÷åñêèå àâ-
òîêîëåáàòåëüíûå ñèñòåìû, âûõîäíàÿ ÷àñòîòà îäíîé
èç êîòîðûõ (ñ ïîäâèæíûì ÃÍÝ) çàâèñèò îò èçìå-
ðÿåìîãî äàâëåíèÿ è òåìïåðàòóðû, à âòîðîé (ñ íåïîä-
âèæíûì ÃÍÝ) � òîëüêî îò òåìïåðàòóðû.
Ñìûñë ïðîáëåìû âåðõíåãî ïðåäåëà èçìåðåíèÿ
ïîíÿòåí èç âûðàæåíèÿ (5). Äîïóñòèìûé çàçîð ÏÌÐ
êîýôôèöèåíò Ïóàññîíà è ìîäóëü óïðóãîñòè
ìàòåðèàëà ìåìáðàíû, ñîîòâåòñòâåííî;
rn /Rn;
ðàäèóñ æåñòêîãî öåíòðà 9 ìåìáðàíû 8
(ðèñ. 3, à).
ãäå ν, En �
ξ =
rn �
ïðåäåëüíî äîïóñòèìîå íàïðÿæåíèå;
ïðåäåë òåêó÷åñòè ìàòåðèàëà ìåìáðàíû;
çàïàñ ïðî÷íîñòè.
ãäå [σ]=σò/N �
σò �
N �
Ðèñ. 5. Çàâèñèìîñòü ñîáñòâåííîé ÷àñòîòû f êîëåáàíèé
ÏÌÐ îò èçìåðÿåìîãî äàâëåíèÿ Ðè ÄÄ ñ ÏÏÝ (ðàçäåëÿ-
þùåé ìåìáðàíîé)
0 0,5 1 Ðè, àòì
f, Ãö
1900
1600
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 3
43
ÑÅÍÑÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
òåì ìåíüøå, ÷åì áîëüøå äàâëåíèå ãàçà Ð0, ïîäàâàå-
ìîãî â ïíåâìîêàìåðó. Ïðè äàâëåíèÿõ, ïðåâûøàþ-
ùèõ 1,3 àòì, âåëè÷èíà äîïóñòèìîãî çàçîðà ÏÌÐ ñ
ýëåìåíòàìè ðåàëüíûõ ðàçìåðîâ îêàçûâàåòñÿ òåõíî-
ëîãè÷åñêè íåðåàëèçóåìîé (ìåíåå 20 ìêì). Ðàçäåëÿ-
þùàÿ ìåìáðàíà ÏÏÝ (ðèñ. 3, à) ðàçâÿçûâàåò äàâëå-
íèå Ð0, êîòîðîå îïðåäåëÿåò äîïóñòèìûé çàçîð ÏÌÐ,
ñ èçìåðÿåìûì äàâëåíèåì Ðè. Òåì ñàìûì ñíèìàþòñÿ
ëþáûå îãðàíè÷åíèÿ íà âåðõíèé ïðåäåë èçìåðåíèÿ
ÄÄ ñ ÏÏÝ. Êðîìå òîãî, â ðàññ÷èòàííîì â ïåðâîì
ïðèáëèæåíèè âàðèàíòå êîíñòðóêöèè ÄÄ ñ ÏÌÐ ïðàê-
òè÷åñêè âñå âåðõíèå ïðåäåëû âîçìîæíûõ èçìåðÿå-
ìûõ äàâëåíèé îáåñïå÷èâàþòñÿ âàðüèðîâàíèåì ëèøü
òîëùèíû ìåìáðàíû ÏÏÝ, ò. ê. ýòè ïðåäåëû íèæå
ðàñ÷åòíîãî ïðåäåëüíîãî Ðâï max (ïðè ïîëåòå ËÀ ó
ïîâåðõíîñòè Çåìëè ñ ìàêñèìàëüíî äîñòèæèìîé ñî-
âðåìåííûìè ËÀ ñêîðîñòüþ, âòðîå áîëüøåé ñêîðîñòè
çâóêà, ïîëíîå äàâëåíèå íàáåãàþùåãî ïîòîêà íå ïðå-
âûñèò 12 àòì).
Ðàçäåëÿþùàÿ ìåìáðàíà òàêæå ïðåäîõðàíèò ìà-
ëûå ùåëåâûå çàçîðû ÏÌÐ (ïîðÿäêà 40…100 ìêì)
îò ñóùåñòâåííîãî äëÿ íèõ âîçäåéñòâèÿ ïûëè, âëàãè
è äðóãèõ àòìîñôåðíûõ ÿâëåíèé, ïîçâîëèò ÄÄ èçìå-
ðÿòü äàâëåíèå æèäêèõ è àãðåññèâíûõ ñðåä.
***
Òàêèì îáðàçîì, ïðåäëîæåíà íîâàÿ áàçîâàÿ ôóíê-
öèîíàëüíàÿ ñõåìà ïîñòðîåíèÿ ïðåöèçèîííîãî äàò÷è-
êà äàâëåíèÿ ñ ïíåâìîìåõàíè÷åñêèì ðåçîíàòîðîì äëÿ
áîðòîâîãî îáîðóäîâàíèÿ ëåòàòåëüíûõ àïïàðàòîâ è
êîíòðîëüíî-ïðîâåðî÷íîé àïïàðàòóðû, à òàêæå ðàñ-
ñìîòðåíû ôèçèêî-òåõíè÷åñêèå îñíîâû åãî ðàáîòû è
ïðîåêòèðîâàíèÿ. Ïðåäëîæåííàÿ ñõåìà îáëàäàåò ðÿ-
äîì ïðåèìóùåñòâ ïåðåä òðàäèöèîííûìè äëÿ äàííî-
ãî êëàññà ÄÄ, îñíîâíûìè èç êîòîðûõ ÿâëÿþòñÿ ïðàê-
òè÷åñêè íåîãðàíè÷åííûé äèàïàçîí èçìåðÿåìîãî äàâ-
ëåíèÿ è ñîñòàâà êîíòðîëèðóåìîé ñðåäû, à òàêæå ñó-
ùåñòâåííîå ñíèæåíèå äèíàìè÷åñêîé ïîãðåøíîñòè ïðè
ó÷åòå èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû êîíòðîëèðóåìîé ñðåäû.
Ðàñ÷åòû â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè âàðèàíòà êîíñò-
ðóêöèè ÄÄ ñ ÏÌÐ ïîäòâåðäèëè åãî âîçìîæíîñòè
ïî ïðåöèçèîííîìó èçìåðåíèþ äàâëåíèé æèäêîñòè è
ãàçîâ (ñ ïîãðåøíîñòüþ íà óðîâíå 0,02%).
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Ïàò. 3628083 ÑØÀ, ÌÊÈ G 01 L 9/12. Wide range
dynamic pressure sensor / John Dimeff, San Jose and
James W. Lane.� Îïóáë. 16.11.71.
2. À. ñ. 798523 ÑÑÑÐ, ÌÊÈ G 01 L11/00. ×àñòîòíûé
äàò÷èê äàâëåíèÿ / È. À. Ãîðåíøòåéí, Â. Ã. Êðàâöîâ.�
Îïóáë. 23.01.81, Áþë. ¹ 3.
3. Ëàìá Ã. Ãèäðîäèíàìèêà.� Ã.� Ë.: ÎÃÈÇ � Ãîñòåõ-
èçäàò, 1947.
4. ×åðíÿê Ì. Ã., Áîíäàðåíêî Î. Ì. Ô³çèêî-ìàòåìà-
òè÷í³ îñíîâè ïîáóäîâè äàò÷èê³â òèñêó ç ïíåâìîìåõàí³÷-
íèì ðåçîíàòîðîì // Íàóê. â³ñò³ ÍÒÓÓ �Êè¿âñüêèé ïî-
ë³òåõí³÷íèé ³íñòèòóò�.� 1999.� ¹ 3.� Ñ. 88�101.
5. Ëåâøèíà Ý. Ñ., Íîâèöêèé Ï. Â. Ýëåêòðè÷åñêèå
èçìåðåíèÿ ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí. Èçìåðèòåëüíûå ïðåîá-
ðàçîâàòåëè. � Ë.: Ýíåðãîàòîìèçäàò, 1983.
6. Òèìîøåíêî Ñ. Ï., Âîéíîâñêèé-Êðèãåð Ñ. Ïëàñ-
òèíêè è îáîëî÷êè.� Ì.: Ôèçìàòãèç, 1963.
ÑÎÅÄÈÍÈÒÅËÈ ÝËÅÊÒÐÈ×ÅÑÊÈÅ
ÄËß ÐÀÊÅÒÍÎ-ÊÎÑÌÈ×ÅÑÊÎÉ ÒÅÕÍÈÊÈ
Ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ðàáîòû â ýëåêòðè÷åñêèõ öåïÿõ ïîñòîÿííîãî, ïåðåìåííîãî òîêà (÷àñ-
òîòîé äî 3 ÌÃö) è èìïóëüñíîãî ïðè íàïðÿæåíèè äî 100 Â, 355 Â, 500 Â (àìïëèòóäíîå
çíà÷åíèå) è ðàçëè÷íîé ñèëå òîêà íà êîíòàêò (îò 0,3 äî 100 À).
Êîëè÷åñòâî êîíòàêòîâ îò 3 äî 50.
ÑÎÅÄÈÍÈÒÅËÈ ÝËÅÊÒÐÈ×ÅÑÊÈÅ ÄËß ÀÂÈÀÖÈÈ
Ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ðàáîòû â ýëåêòðè÷åñêèõ öåïÿõ ïîñòîÿííîãî, ïåðåìåííîãî òîêà (÷àñ-
òîòîé äî 3 ÌÃö) è èìïóëüñíîãî ïðè íàïðÿæåíèè äî 250 Â, 1000  (àìïëèòóäíîå çíà÷åíèå)
è â ðàäèî÷àñòîòíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ öåïÿõ ÷àñòîòîé äî 6000 ÌÃö, 10000 ÌÃö ïðè íàïðÿæå-
íèè äî 1000 Â, 100  (àìïëèòóäíîå çíà÷åíèå).
CÎÅÄÈÍÈÒÅËÈ ÝËÅÊÒÐÈ×ÅÑÊÈÅ
ÄËß ÒÅËÅÊÎÌÌÓÍÈÊÀÖÈÉ
È ÑÈÑÒÅÌ ÓÏÐÀÂËÅÍÈß
×èñëî êîíòàêòîâ
Ðàáî÷åå íàïðÿæåíèå
(àìïëèòóäíîå çíà÷åíèå)
Ðàáî÷ èé òîê íà êîíòàêò
Øàã êîíòàêòîâ
äî 180
äî 250 Â
äî 1,5 À, 1,8 À, 2 À
2,5 ìì, 5 ìì
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70861 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2225-5818 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:57:50Z |
| publishDate | 2001 |
| publisher | Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Черняк, Н.Г. Бондаренко, А.Н. 2014-11-15T14:28:19Z 2014-11-15T14:28:19Z 2001 Прецизионный датчик давления с пневмомеханическим резонатором для бортового оборудования ЛА / Н.Г. Черняк, А.Н. Бондаренко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 3. — С. 38-43. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70861 531.768 Рассматриваются физико-технические основы работы и проектирования прецизионного датчика давления с пневмомеханическим резонатором для бортового оборудования летательных аппаратов и контрольно-проверочной аппаратуры. Предлагается новая базовая функциональная схема построения такого датчика, дающая ему ряд преимуществ перед традиционными приборами данного класса: практически неограниченный диапазон измеряемого давления и состава контролируемой среды, существенное снижение динамической погрешности при учете влияния температуры контролируемой среды и др. The physic-technical bases of operation and design of precision pressure sensor with pneumomechanical resonator for airborne equipment of flying vehicles and monitoring-test equipment are considered. The new base functional diagram of carrying out circuit engineering of such sensor giving to it a row of advantages in comparison with given class conventional instruments: practically limitless range of measured pressure and composition of controlled medium, essential lowering dynamic error with regard to influence of temperature of controlled medium and others is proposed. ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Технология и конструирование в электронной аппаратуре Сенсоэлектроника Прецизионный датчик давления с пневмомеханическим резонатором для бортового оборудования ЛА The precision pressure sensor with pneumomechanical resonator for airborne equipment of flying vehicles Article published earlier |
| spellingShingle | Прецизионный датчик давления с пневмомеханическим резонатором для бортового оборудования ЛА Черняк, Н.Г. Бондаренко, А.Н. Сенсоэлектроника |
| title | Прецизионный датчик давления с пневмомеханическим резонатором для бортового оборудования ЛА |
| title_alt | The precision pressure sensor with pneumomechanical resonator for airborne equipment of flying vehicles |
| title_full | Прецизионный датчик давления с пневмомеханическим резонатором для бортового оборудования ЛА |
| title_fullStr | Прецизионный датчик давления с пневмомеханическим резонатором для бортового оборудования ЛА |
| title_full_unstemmed | Прецизионный датчик давления с пневмомеханическим резонатором для бортового оборудования ЛА |
| title_short | Прецизионный датчик давления с пневмомеханическим резонатором для бортового оборудования ЛА |
| title_sort | прецизионный датчик давления с пневмомеханическим резонатором для бортового оборудования ла |
| topic | Сенсоэлектроника |
| topic_facet | Сенсоэлектроника |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70861 |
| work_keys_str_mv | AT černâkng precizionnyidatčikdavleniâspnevmomehaničeskimrezonatoromdlâbortovogooborudovaniâla AT bondarenkoan precizionnyidatčikdavleniâspnevmomehaničeskimrezonatoromdlâbortovogooborudovaniâla AT černâkng theprecisionpressuresensorwithpneumomechanicalresonatorforairborneequipmentofflyingvehicles AT bondarenkoan theprecisionpressuresensorwithpneumomechanicalresonatorforairborneequipmentofflyingvehicles |