Выбор, обоснование и расчет основных схемотехнических и конструкторских решений ДУС

Для обоснования конструктивного построения датчика необходимо провести параметрический синтез устройства, который будет основан на экспериментальных исследованиях. Экспериментальные исследования были проведены на установке, изображенной на рисунке 8.1.

Рисунок 8.1. Эксперементальная установка.

1 –корпус; 2-кожух; 3-стенка ре она тора; 4-пъезокеамика: 5-формируюшее сопло 6-рабочая камера; 7-подвижный термоанеморезистивный блок; 8-державки;

9-шток: 10-упор; 11-днфлектор; 24- повторная установка типа МПУ-1.

Целью экспериментальных исследований является определение статических (зависимость радиуса струи газа R_СТ длины рабочей камеры, x - R_СТ и от диаметра сопла d_C - R_СТ (d_C)) и динамических (частотные характеристики струйного ДУС для различных расстоянии от среза сопла до термоанеморезиесторов j=f(f) соотношения конструктивных параметров преобразователя воздуха ω_д=а(n₀) и x= f(ω_д); частотные характеристики струйного ДУС для различных диаметров сопла j=f(f))характеристик прибора. Изменение длины камеры осуществлялось путем перемещения подвижного термоанеморезистивного блока. Исследование на воздействие линейных ускорений проводилось на поворотной центрифуге ПЦ-2. При исследовании не удалось методическим путем исключить влияние угловой скорости стола центрифуги на выходной сигнал прибора.

На рис.8.2 представлена графическая зависимость параметров струи воздуха. На рис.8.2.а изображена зависимость радиуса струи газа R_СГ, от длины рабочей камеры x. а на рис.8.2.б зависимость радиуса струи газа R_СГ от диаметра сопла d_C.

Там же нанесены экспериментальные точки. показывающие хорошее совпадение с расчётами. Как видно из кривых, граница струи сильно изменяется при малых скоростях истечения и малых диаметрах сопл.

Рассмотрим сечение струи на расстоянии x от среза сопла (рис.8.3. а. б. в). За радиус струи принимаем расстояние от центра струи и до пограничного слоя, определяемого минимальной скоростью V _min в сечении струи, где V _min/ V ₀(x)= n Диапазон измерения ДУССТ определяем из условия что угловая скорость ω₀ равна угловой скорости ω_g диапазон измерения при отклонении струи равному l. При этом положение термоанеморезистора 1 совпадает с осью z, а термоанеморезистора 2 с хордой равной длине l_n терморезистора, для избежание нелинейности вторичного преобразования.

Рисунок 8.2. Графики зависимости параметров струи воздуха:

a- Радиуса струи газа от длины рабочей камеры

b- Радиуса струи газа от диаметра сопла.

Рисунок 8.3. Распределение скоростей струи газа.

Рисунок 8.4. Соотношение конструктивных параметров преобразователя для воздуха.

Рисунок 8.5. Частотные характеристики стуйного

ДУС для различных диаметров сопла.

Рисунок 8.6. Частотные характеристики струйного ДУС для различных расстояний от среза сопла до термоанеморезисторов.

В результате эксперимента были исследованы динамические характеристики струи воздуха для различных диаметров сопла и для различных расстояний от среза сопла дотермоанеморезисторов получены зависимости, показанные на рис.8.5 и рис.8.6.

Была получена передаточная функция

Здесь

V ₀ - максимальная скорость истечения струи газа из формирующего сопла;

l длина рабоче камеры;

V_CP - средняя скорость потока, омывающею термоанеморезисторы;

R_{c r}- радиус струи газа; t_з - время, определяющее инерционные свойства струи.

Проанализировав верхнее уравнение получили, что передаточная функция струйного канала преобразования увеличивается при уменьшении струи газа.

За счет применения компенсаторов крутизны и увода нуля получаем прибор со следующими параметрами: диапазон измерения 0.1 рад/с. выходной сигнал ±5В, нулевой сиг нал 1,5 % от диапазона измерения, изменение крутизны статической характеристики ±4 % от диапазона измерении, поло пропускания по уровню 0,7 равна 11 Гц. несимметричность статической характеристики 4%.

С увеличением диапазона измерения расширяется полоса пропускания и снижается фазовый сдвиг выходного сигнала. Так при 0.1 рад/с имеем полосу пропускания 11 Гц и сдвиг фазы на 0. рад, а при 1,6 рад/с 35 Гц и 0,31 рад.

Динамические и статические характеристики датчика угловой скорости с диапазоном измерения 0,1 град/с при n=0,1 (коэффициенте, определяющем границы струи) и l/R_CT =0.5 (отношения расстояния к радиусу струи газа), приведены в таблице расположенной ниже.

Конструктивные параметры	Значение
Длина рабочей камеры	55 мм
Расстояния между термоанеморезисторами	3,9мм
Диаметр сопла	2,2мм
Длина сопла	30мм
Скорость истечения из сопла	3м/с

 

Выполнение термоанеморезистивного узла

Реальные условия эксплуатации преобразователя угловой скорости накладывают жесткие требования на изготовление термоанеморезисторного узла, которые вытекают из тактико-технических производственно-экономических требований на разработку измерительного преобразователя.

Для обеспечения технологичности и возможности снятия и контроля характеристик термоанеморезнсторного узла целесообразно его изготовлять, в виде отдельной конструктивной единицы. Кроме того, необходимо выполнить требования, включающие простоту настройки пневмомодуля, эксплуатационные воздействия в соответствии с комплексом стандартов, удобство эксплуатации, контроль параметров, точность измерения угловой скорости, жесткость конструкции и т.п.

Особенность конструкции термоанеморезисторного узла состоит в том, что он содержит два термоанеморезистора, расположенных в миниатюрном осесимметричном потоке. Поэтому необходимо создать наилучшие условия обтекания элементов конструкции \зла.

Простейший вариант конструкции узла приведен на рис.8.7.(а, б). Он включает шайбу и кольцо 1, термоанеморезисторы 2, токоподводы 3. Выполнение термоанеморезисторного узла в виде кольца позволяет реализовать способ установки пневматического нуля с помощью четырех регулировочных винтов.

Для обеспечения вывода на режим термоанеморезисторов при малых напряжениях питания моста предусмотрена возможность деформации вольт - амперной характеристики с помощью теплового поля подогревающего элемента. В конструкции узлов рис.8,7.(в, г) использован нагревательный элемент 5 из микропривода с большим удельным сопротивлением. Термоанеморезисторы 2 приклеивались высокотемпературным клеем КС-254 на микропривод из хрома диаметром 50 мкм.

Рисунок 8.7. Варианты исполнения термоанеморезисторного узла

 

На основании приведенных вариантов исполнения термоанеморезисторного узла в данном курсовом проекте будет использован термоанеморезисторный узел, прицеленный на рис.8.8. Он представляет из себя шайбу, на которую приклеены 5 электродов диаметром 0,5мм высокотемпературным клеем КС-254. С помощью стеклянной трубки (0,1 мм) электроды изолируем от металлической шайбы. На них припаеваем анемочувствительные элементы -- вольфрамовые проволочки диа­метром 0.25мм.

 

Рисунок 8.8. Исполнение термоанеморезисторного узла СДУС.