Конструирование и производство
датчиков, приборов и систем
УДК 531.714.2
ОПЕРЕЖАЮЩЕЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ДАТЧИКОВ ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИЗДЕЛИЙ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
А. Г. Дмитриенко, А. В. Блинов, А. Н. Трофимов, А. А. Трофимов
Сформулированы основные технические требования, предъявляемые к датчико-преобразующей аппаратуре разработчиками изделий ракетно-космической техники. Рассмотрены унифицированные ряды датчиков абсолютного давления, разности давлений, датчиков угловых и линейных перемещений разработки ОАО "НИИФИ" (г. Пенза).
Ключевые слова: датчик, ракетно-космическая техника, датчико-преобразующая аппаратура, унифицированный ряд, чувствительный элемент.
При проектировании датчиков для новых изделий ракетно-космической техники (РКТ) разработчику приходится решать ряд задач по удовлетворению противоречивых требований, предъявляемых к датчико-вой аппаратуре, а именно: достижение высокой точности измерения при воздействии жестких дестабилизирующих факторов, малое энергопотребление и высокая помехозащищенность, а также обеспечение высоких показателей надежности и качества аппаратуры, требующее всесторонней отработки конструктивно-технологических решений, при минимальных сроках проектирования.
Для решения перечисленных задач и устранения противоречий между сжатыми сроками разработки и необходимостью обеспечения высокого качества изделий и их серийнопригод-ности авторами предложен метод опережающего проектирования, реализованный в ОАО
"НИИФИ" при разработке некоторых типов датчико-преоб-разующей аппаратуры (ДПА).
Известно, что качество прибора определяется количеством умственного труда, вложенного в разработку конструкции и технологии на этапе проектирования. Одним из методов реализации данного условия в сжатые сроки, отведенные на этапы разработки, является применение во вновь создаваемых конструкциях хорошо отработанных унифицированных элементов, в создание которых уже вложено значительное количество умственного труда.
В свою очередь унифицированные элементы должны отвечать требованиям перспективных изделий отрасли. Создание таких элементов — сложнейшая задача, для решения которой требуется точное прогнозирование направления развития не только датчиковой аппаратуры, но и тех требований со стороны разработчиков РКТ, которые бу-
дут предъявлены к ДПА при проектировании новых изделий.
По результатам опроса ведущих предприятий отрасли и на основе анализа тенденций развития ДПА были сформулированы основные технические требования к датчикам абсолютного и избыточного давления, силы, разности давлений, линейных и угловых перемещений.
Как видно из данных табл. 1, по техническим характеристикам разработанные чувствительные элементы соответствуют перспективным требованиям, предъявляемым к датчикам при проектировании новых изделий ракетно-космической техники, и существенно превосходят существующие аналоги.
Разработанные ЧЭ датчиков абсолютных и избыточных давлений, силы, разности давлений, линейных и угловых перемещений прошли предварительные испытания и подтвердили все технические и метрологические характеристики, что поз-
Основные технические характеристики датчиков
Контролируемый параметр Наименование технической характеристики Требование отрасли Характеристики датчика-аналога Характеристики разработанного ЧЭ
Абсолютное давление Диапазон измерений, МПа Основная погрешность, % Температура измеряемой среды, °С Уход нуля, %/°С От 0...1 до 0...25 ±0,25; ±0,4 От -50 до +150 <0,03 От 0... 1 до 0...25 От 0,5 до 1,5 От -50 до +60 <0,08 От 0...0,04 до 0...100 ±0,4 От -50 до +150 <0,03
Избыточное давление Диапазон измерений, МПа Основная погрешность, % Температура измеряемой среды, °С Уход нуля, %/°С От 0...0,5 до 0...60 ±0,25; ±0,4 От -60 до +200 <0,02 От 0...0,4 до 0...60 ±1,0 От -50 до +50 <0,05 От 0...0,5 до 0...60 ±0,4 От -50 до +200 <0,02
Сила Диапазон измерений, кН Номинальный выходной сигнал, мВ Температура окружающей среды, °С Напряжение питания, В От 0...0,05 до 0...50 >100 От -50 до +50 6±0,02 От 0... 1 до 0...25 1...10 От -50 до +40 6±0,02 От 0...0,05 до 0...50 >100 От -50 до +50 6±0,02
Разность давлений Диапазон измерений, кПа Основная погрешность, % Температура окружающей среды, °С Виброускорение, мс2/Гц 20 диапазонов от 0...010 до 0...4000 ±0,2 От -40 до +85 200/20...5000 11 диапазонов от 0...010 до 0...1000 ±0,5 От -60 до +60 200/10...2000 20 диапазонов от 0...010 до 0...4000 ±0,2 От -40 до +85 200/20...5000
Угловое перемещение Диапазон измерений, град Основная погрешность, % Погрешность от температуры, %/°С Температура окружающей среды, °С 0...360 0,05...0,2 0,001 От -60 до +200 0...120 1,0 0,01 От -50 до +50 0...360 0,05...0,2 0,001 От -60 до +200
Линейное перемещение Диапазон измерений, мм Основная погрешность, % Погрешность от температуры, %/°С Температура окружающей среды, °С 5 диапазонов от 0...30 до 0...1000 0,1 0,001 От -60 до +200 3 диапазона от 0...30 до 0...1200 1,0 0,01 От -50 до +50 5 диапазонов от 0...30 до 0...1000 0,1 0,001 От -60 до +200
Фото и наименование ЧЭ
ЧЭ датчиков абсолютного давления
ЧЭ датчиков избыточного давления
ЧЭ датчиков силы
ЧЭ датчиков разности давлений
ЧЭ датчиков
угловых и линейных перемещений
Основные технические характеристики датчиков ДАЭ 103 и ДАЭ 104
Наименование Модуль
ДАЭ 103 ДАЭ 104
Диапазон измерений, МПа Основная погрешность, % Выходной сигнал Напряжение питания, В Температура измеряемой среды, не более, °С Температурный уход нуля и чувствительности, %/°С Срок службы, лет Назначенный ресурс, ч Масса для диапазона 0...60 МПа, кг 0-0,04; 0-0,25; 0-0,6; 0-1,0; 0-16,0; 0-25,0; 0-60,0; 0-100 ±0,15 Цифровой код по интерфейсу К5-485 15 ± 0,5 -40...+80 0,013 9 50000 0,12 0-0,098; 0-0,294; 0-0,392; 0-0,588; 0-0,98; 0-1,96; 0-3,92; 0-5,88; 0-9,8; 0-24,5; 0-39,2; 0-60 ±0,3 4,0 ± 0,1 14 ± 2 -40...+80 0,015 20 150000 0,185
волило на их основе разработать унифицированные ряды перечисленных датчиков.
ДАТЧИКИ АБСОЛЮТНОГО ДАВЛЕНИЯ
На основе пьезорезистивных ЧЭ были разработаны два унифицированных ряда датчиков абсолютного давления ДАЭ 103 и ДАЭ 104, отличающиеся диапазонами измерения, выходным сигналом, числом каналов и габаритными размерами. В табл. 2 приведены основные технические характеристики датчиков ДАЭ 103 и ДАЭ 104, а на рисунках 1 и 2 — их габаритные размеры.
ДАТЧИКИ РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ
Унифицированный ряд датчиков разности давлений ДРЭ 001 имеет 20 диапазонов (табл. 3) и состоит из пьезоре-зистивного ЧЭ и микропроцессорного вторичного преобразователя. Технические характеристики ДРЭ 001 приведены в табл. 4, а его габаритные размеры — на рис. 3.
ДАТЧИКИ УГЛОВЫХ И ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
На основе унифицированного ЧЭ с растровым цилиндри-
£ У = 22 Вилка СНЦ13-10/10В-1-1
Й Г", оГ И - X X \
ГЦ
15 10 95тах
Рис. 1. Габаритный чертеж датчика ДАЭ 103
Рис. 2. Габаритный чертеж датчика ДАЭ 104
Таблица 3 Диапазоны измерений датчика ДРЭ 001
Рис. 3. Габаритный чертеж датчика ДРЭ 001
№ диапазона Диапазоны измерений
1 0-10, ±10,
0-16, ±16,
0-25, ±25, 0-40
2 ±40, 0-60, 0-63
3 0-100
4 0-160, 0-250,
0-400
5 0-600, 0-630
6 0-1000
7 0-1600, 0-2500,
0-4000
ческим сопряжением статора и ротора [1, 2] были разработаны малогабаритный датчик угловых перемещений ПУИ 065 и унифицированный ряд датчиков ПУИ 065-01, включающий 8 диапазонов измерений, технические характеристики которых приведены в табл. 5, а габаритные размеры — на рисунках 4 и 5.
Кроме того, отработанные схемно-конструктивные решения растрового сопряжения "статор-ротор" были использованы при разработке унифицированного ряда датчиков линейных перемещений ПЛИ 086, имеющего 5 типоразмеров с диапазонами измерений от 0...30 до 0...1000 мм [1, 2]. Все датчики угловых и линейных перемещений работают с электронным блоком БРДУ разработки ОАО "НИИФИ".
Анализ проведенных работ по реализации метода опережающего проектирования, основанного на разработке унифицированных модулей и ЧЭ датчиков механических величин, отвечающих перспективным требованиям ракетно-космической отрасли, показал правильность выбранного подхода к созданию в кратчайшие сроки комплекса датчико-преобразующей аппаратуры, отличающейся высокой степенью унификации, надежности и взаимозаменяемостью. Кроме того, благодаря разработке перспективных ЧЭ возможна последующая модернизация разработанных унифицированных рядов датчиков механических величин под конкретные требования заказчиков без существенных доработок конструктивных исполнений с сохранением габаритных и присоединительных размеров.
Основные технические характеристики датчика ДРЭ 001
Наименование характеристики
ДРЭ 001
Диапазон измерений, кПа
Рабочее статическое давление, МПа Частотный диапазон измерений, Гц Основная погрешность, % Дополнительная статическая погрешность в условиях эксплуатации, % Выходной сигнал: аналоговый, мА цифровой Напряжение питания, В Температура измеряемой среды и окружающей среды, °С
Вибрационные ускорения/частотный
диапазон, м/с2/Гц
Линейные ускорения, м/с2
Ударные ускорения длительностью
2...10 мс, м/с2
Срок службы, лет
Масса, не более, кг
См. табл. 3:
1 2 3 4 5 6 7
1,0 0... 1 2,0 0... 1 2,0 0... 1 4,0 0... 5 ±0,2 6,0 0... 5 5 6,0 0...10 10 0...10
±2 ±2 ±2 ±1,5 ±1,5 ±1,5 ±1,0
4...20 0...1040 24...30 -40...+70
10/10...150
10...150 10...50
5
0,75
Таблица 5
Основные технические характеристики датчиков ПУИ 065 и ПУИ 065-01
Наименование Тип
ПУИ 065-01 ПУИ 065
Диапазон измерений, град 0...360 0...360
Цена наименьшего разряда кода, мин От ±7,5 до ±37,5 ±37,5
Основная погрешность, не более, % 0,05 0,2
Выходной сигнал Последовательный цифровой код
Напряжение питания БРДУ, В 24...34
Температура измеряемой среды, °С —60...+150 -60...+200
Относительная влажность, % До 98
Синусоидальная вибрация/частотный диапазон, 800/5...5000
м/с2/Гц
Линейное ускорение, м/с2 150
Масса не более, кг:
ЧЭ 0,25 0,12
БРДУ 0,5
Розетка РС10ТВ
Рис. 4. Габаритный чертеж датчика ПУИ 065
Рис. 5. Габаритный чертеж датчика ПУИ 065-01
ЛИТЕРАТУРА
1. Дмитриенко А. Г
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.