Выбор и обоснование нагнетателя струйного датчика угловой скорости.

При проектировании нагнетателя необходимо как температурные. т ак и временные изменения параметров конструкции. а также делать правильный выбор конструктивных материалов к режим работы вибратора.

Результат экспериментального исследования микронагнетателей, разработанной в отраслевой лаборатории измерительных преобразователей Казанского авиационного институт, сведены в таблицу 6.1.

Экспериментальные исследования микронагнетателя.

 

 

Таблина 6.1.

Тип нагнетателя	Тип привода	Тип вентиля	Габариты[мм]	Ресурс[час]	Pmax [Па] при 6×10^-7 [кг/с]	6×10^-7 [кг/с] при P[Па]	Потребляемая Мощность[Вт]	Рабочая Частота[кГц]
Турбина	Электромагнитный	Струйный	Æ30x50	30-100			2-3	0.4
Поршненьковый	Электромагнитный	Струйный	Æ29x56					0.05
Поршненьковый	Электромагнитный	Шариковый клапан	Æ29x56		0,5	2,5	2.8	0.04
Поршненьковый	Электромагнитный	Дисковый клапан	Æ20x41.5		0,5			0.05
Мембранный	Электромагнитный	Клапанный	Æ20x50					0.05
Мембранный	Электромагнитный	Струйный	Æ20x50		12,5		2.4	0.05
Пластинчатый	Электромагнитный	Струйный на выходе сопл	70x50x42		0.2	2.4 1.5	4.3	0.06
Пластинчатый	Электромагнитный	Струйный на выходе сопл	70x50x42		0.2	2.8	4.3	0.06
Пластинчатый	Электромагнитный	Клапанный	70x50x42		0.4	2.0	4.3	0.06
Плавающий диск	Электромагнитный	Струйный	Æ18x32					0.12
Мембранный ДЭМШ-1А	Электромагнитный	Струйный	Æ21x25					1.7
Мембранный двухкамерный	Пьезокерамический биморфный	Струйный	Æ26x14					1.8
Мембранный двухкамерный	Электромагнитный	Струйный	26x26x20				0.7	0.8
Мембранный с закреплением в центре	Пьезокерамический биморфный	Струйный	Æ43x25				1.5	6.4
Мембранный с закреплением по узловой окружности	Пьезокерамический биморфный	Струйный	Æ43x25				1.5	6.0
Диафрагменный однокамерный	Пьезокерамический биморфный	Струйный	Æ26x20					1.5
Мембранный двухкамерный	Пьезоэлектрический со слоем нулевой жесткости	Струйный	Æ26х14				0,5	3,9,
Электро-струйный	Элекстростатическое поле	Ионный	Æ15х100		---	---	-	-

С учетом безинерционности пьезоэлектрического преобразователя получена в диссертационной работе Е.В. Мартынова передаточная функция пьезокерамического нагнетателя в виде.

p- оператор Лапласа; t_аи x_a- постоянная времени и декремент затухания рабочей камеры: t_n - время транспортного запаздывания пневматических сигналов в акустическом течении между рабочим соплом и приемным каналом; t_с -постоянная времени проточной накопи тельной камеры нагнетателя;

Используя температурные зависимости элементов и звеньев колебательной системы микронагнетателя можно провести её оптимизацию по критериям стабильности расходных характеристик и максимальной производительности. Наиболее перспективным является двухкамерный микронагнетатель. Он обладает возможностями работы в широком диапазоне температур с минимальной не­стабильностью и энергопотреблением.

Основными элементами двухкамерного микронагнетателя являются: пьезокерамнческий вибратор, акустический резонатор и тонкая упругая пластина. Возможно три варианта конструктивного исполнения пьезокерамического вибратора.

Рисунок 6.1 Конструктивные варианты пьезокерамического вибратора.

Вибратор представляет собой биморфный пьезокерамический диск, состоящий из двух поляризованных пьезокерамических дисков 4 и 6, соединенных с помощью слоя 5 (клей либо сварка) так, что при приложении на электроды 2 и 3 переменного напряжения U один пьезокерамический диск увеличивает, а другой уменьшает свои размеры в радиальном направлении. В результате получаются изгибные колебания биморфного диска закрепленного в корпусе 1 с помощью слоя слоя 7. Однако места крепления биморфного диска к корпусу 1 создают большие внутренние трения, что приводит к значительным энергетическим потерям и уменьшению подвижности диска, то есть низкой, поворотности вибратора.

Второй вариант конструкции отличается от первого наличием плоской упругой пластины 6. л склеивающих слоев 5 и 7 и закреплением пластины 6 в корпусе 1. Это позволяет значительно. уменьшить потери на трение, однако уменьшает его надежность, так как имеет два склеивающих слоя. Обоим вибраторам присущ недостаток - большая масса.

В курсовом проекте мы будем использовать третий вариант пьезокерамического вибратора. 1 как в его конструкции масса уменьшена почти в два раза. Это означает, что почти в два раза возрастает амплитуда его колебаний при прочих равных условиях по сравнению е вибратором, показанным на рис. Б. Вибратор работает следующим образом. Через токоподводы 2 и 3 подается переменное напряжение, под действием которого пьезокерамический диск 4 испытывает силы объемного сжатия или растяжения. Поверхность диска 4 жестко соединена через склеивающий слой 5 пластиной 6. Вследствие большого механического сопротивления пластины на сжатие (растяжение) приклеенная поверхность диска слабо подвержена деформациям, тогда как свободная его поверхность испытывает деформации сжатия (растяжение). Под действием изгибающего моменте излучатель получает радиальный изгиб, направление которого определяется полярностью прило­женного напряжения U. Наибольшая амплитуда колебаний диска достигается при совпадении час­тоты питания с собственной частотой пьезокерамического вибратора. Наличие резонансного ре­жима у вибратора накладывает на него ряд требований, основное из которых - сохранение амплитудно - частотных характеристик в диапазоне температур и во времени. На нестабильность работы пьезокерамического вибратора влияют следующие факторы: изменение пьезокерамического вибратора, изменение модуля упругости материала пластины и склеивающего слоя и изменение жесткости заделки вибратора в корпусе 1.

Для уменьшения изменения характеристик упругой пластины необходимо, чтобы ее материал имел следующие свойства:

-малый модуль упругости;

-высокие значения пределов упругости и прочности;

-низкое значение гистерезиса, ползучести упругого воздействия;

-высокие усталостные характеристики;

-низкий температурный коэффициент линейного расширения;

-независимость модуля упругости от температуры;

-низкое и стабильное значение удельного электрического сопротивления:

-надежность с точки зрения обеспечения электрического соединения с токоведущими частями:

-легко обрабатываться механически и термически:

-быть недорогим.

Выбранный мембранный двухкамерный нагнетатель имеет следующие характеристики:

-тип привода: пьезокерампческий (мембранный):

-тип вентиля: струйный:

-габариты: диаметр 26 мм. Длинна 14 мм;

-ресурс: 10 000часов:

-потребляемая мощность 1В:

-рабочая частота 1,8 кГц.