Диссертация (Разработка моделей и алгоритмов синтеза и анализа проектных решений датчика давления летательного аппарата), страница 13

В нашемслучае он равен 5 – 25 Вт/м2·K. Затем назначается температура окружающей98среды. Моделирование проводилось при температуре окружающей среды равной+85°С. Из анализа электронных схем модулей входящих в состав датчикадавления были получены значения рассеиваемой мощности для основныхтепловыделяющих элементов. Значения рассеиваемых мощностей представлены вПриложении B таблицы В.1-В.4.После определения всех ограничений создаётся сетка конечных элементов.На рисунке 3.42 представлены результаты построения расчетной сетки длямодуляотображенияивводаинформации.Синимистрелкамиуказанарассеиваемая мощность, зелёным - конвекция.Рисунок 3.42 – Расчетная сетка с ограничениями модуля отображения иввода информации для теплового анализаРезультаты проведенного теплового анализа модуля отображения и вводаинформации представлены на рисунке 3.43.Рисунок 3.43 – Результаты проведенного теплового анализа модуляотображения и ввода информацииПри моделировании получено, что самым нагретым элементом являетсярезистор R1 MMA020450BL1%475R в корпусе SMD 0204.

При заданных условияего температура равна +91,31°С. По данным технической документации наэлемент, рабочий диапазон температур от -55°С до +125°С [68]. Остальныеэлементы также находятся в допустимом рабочем температурном диапазоне,принудительного охлаждения не требуется.99Результаты проведенного теплового анализа модуля обработки информациипредставлены на рисунке 3.44.Рисунок 3.44 – Результаты проведенного теплового анализа модуляобработки информацииПри моделировании получено, что самым нагретым элементом являетсятранзистор VT1 транзистор BSP129 в корпусе SOT223. При заданных условия еготемпература равна +97,68°С.

По данным технической документации на элемент,рабочий диапазон температур от -55°С до +150°С [69] Остальные элементы такженаходятся в допустимом рабочем температурном диапазоне.Результаты проведенного теплового анализа обработки информациипредставлены на рисунке 3.45.Рисунок 3.45 – Результаты проведенного теплового анализа модуляобработки информацииПри моделировании получено, что самым нагретым элементом являетсярезистор R8 YAGRC0805JR07220RL в корпусе 0805. При заданных условия еготемпература равна +94,09°С. По данным технической документации на элемент,рабочий диапазон температур от -55°С до +125°С [70].

Остальные элементытакже находятся в допустимом рабочем температурном диапазоне.Результаты проведенного теплового анализа модуля электромагнитнойсовместимости представлены на рисунке 3.46100Рисунок 3.46 – Результаты проведенного теплового анализа модуля ЭМСПри моделировании получено, что самыми нагретыми элементами являютсякатушки индуктивность L2-L5 RLB0608. При заданных условия их температураравна +88,27°С.

По данным технической документации, рабочий диапазонтемператур этих элементов от -55°С до +125°С [71]. Остальные элементы такженаходятся в допустимом рабочем температурном диапазоне.Далее необходимо выполнить анализ теплового режима датчика в сборе.Теплоотвод с корпуса осуществляется естественной конвекцией, температураокружающей среды равна +85°С.

Результаты теплового анализа представлены нарисунке 3.47Рисунок 3.47 – Результаты теплового анализа датчика давления в сбореПри моделировании получено, что самым нагретым элементом являетсятранзистор VT1 BSP129 в корпусе SOT223. При заданных условия еготемпература равна +102,7 °С при рассеиваемой мощности 0,125Вт. Повышениетемпературы транзистора VT1 по сравнению с моделированием, проведенным наотдельном модуле обработки информации, объясняется тем, что в корпусе платыгреются сильнее, чем на открытом пространстве в связи с ухудшением конвекции.Разница составила 5,02°С. Остальные элементы также находятся в допустимомрабочем температурном диапазоне.1013.6 Выводы к главеВ данной главе разработаны системные модели в MATLAB для синтеза ианализа статических и динамических характеристик первичного преобразователядавления и преобразователя электрических сигналов.

Исследованы статические идинамические характеристики моделей, получены значения нелинейности идополнительной температурной погрешности. Разработаны расчетные модели длясинтеза и анализа конструкции класса датчиков давления. В САПР SolidWorksпроведено исследование конструкции на воздействие вибраций, удара итемпературы и выполнен её синтез с устранением недостатков.1. Разработана системная модель дифференциально-емкостного первичногопреобразователя давления, которая обеспечивает решение задачи структурно параметрического синтеза и анализа статических и динамических характеристикПП давления с учетом погрешностей параметров и ВВФ. Критериями при расчетеявляются минимум погрешности приближения и минимум математическогоожидания квадрата погрешности приближения, минимум ДПП и максимумшириныППЧ.Рассчитаннаямаксимальнаянелинейностьстатическойхарактеристики равна 4,26%, дополнительная температурная погрешность 0,09 %ВПИ/10°С.2.

Разработана системная модель схемы преобразования электрическогосигнала, обеспечивающая решение задачи структурно - параметрического синтезаи анализа его статических и динамических характеристик. Модель позволяетвыполнить анализ режимов работы и выполнить синтез номиналов элементовэлектронной схемы преобразования емкостного сигнала с учетом допусков.3. В САПР SolidWorks разработаны расчетные модели, которые позволяютвыполнитьсовместныйпараметрическийсинтезконструкциикорпуса,функциональных элементов, первичного преобразователя давления и провестичастотный и температурный анализ, а также анализ на действие удара при этомреализуется компромисс между длительностью вычислений и точностьюрезультатов моделирования.102Глава 4.

Разработка методики проектирования класса датчиковдавления и проверка её адекватности4.1 Разработка методики проектирования датчика давленияМетодикапроектированияосновананасистемномподходекпроектированию датчиков давления, представленному в главе 1 п. 1.1.Структурная схема разработанной методики представлена на рисунке 4.1.Рисунок 4.1 – Структурная схема методики проектирования класса ДДРазработкавариантадатчикадавлениявыполняетсявследующейпоследовательности:1.

Выполняется разработка системных, структурно - параметрических ирасчетных моделей первичных преобразователей давления, функциональныхмодулей и конструктивных элементов, используя различные САПР.1032. Модели сохраняются в соответствующем банке моделей.3. Разрабатывается системная модель датчика давления соединениемвариантовмоделей,выбранноготипапервичногопреобразователя,функциональных элементов, как аналоговых, так и цифровых, и их конструкции.4.Поструктурнойсхемедатчикадавленияполучаемрасчетнуюстатическую характеристики и передаточную функцию.5. Учитывая ВВФ, выполняются процедуры совместного синтеза и анализастатических,элементовдинамическиххарактеристикдатчикадавления.модернизированногомаршрутаПрииэтомсинтезаипараметровконструктивныхнеобходимопридерживатьсяанализапроектногорешения,представленного в главе 1 п. 1.1.6.

Используя критерии, в системе в MathCAD или Matlab выполняетсяоптимизация параметров статической характеристики датчика давления. Вразработанных моделях используются следующие методы оптимизации: методинтерполяции, метод наименьших модулей и метод наименьших квадратов.7. Используя критерии, в системе в MathCAD или Matlab выполняетсяоптимизацияпараметровпередаточнойфункциидатчикадавления.Вразработанных моделях используются алгоритмы, представленные в главе 2 п.2.3.4 и п.2.3.5.8.

Используя критерии, в САПР инженерного анализа выполняетсяоптимизация параметров конструкции датчика давления. В диссертации вкачестве САПР применялась SolidWorks.Предложенная методика позволяет:1) учитывать в системной модели датчика давления совместное влияниенелинейности характеристик элементов, внешние воздействующие факторы,допуска на параметры;2) решена задача коррекции системных моделей. В зависимости от местаэксплуатациидатчикадавленияинженерногоанализаиспользуютсяразработанные в MathCAD и Matlab.результатыдляанализавнесениямоделейпоправокввСАПРмодели104Варьируемые параметры датчика давления и ограничения оптимизациипредставлены в главе 2. Критериями оптимизации являются:1)максимальнаяприведеннаяпогрешностьприближенияилисреднеквадратичная приведенная погрешность приближения;2) ширина полосы пропускания частот и длительность переходногопроцесса;3) собственная резонансная частота, рабочая температура, ударноеускорение и максимальное относительное перемещение;4) возможно использование комплексного критерия (взвешенная суммачастных критериев или сложная функция).Используя предложенную методику, применяя различные САПР, имеетсявозможность разработать быстрый прототип выбранного класса датчикадавления.

Единый маршрут проектирования датчика давления представлен нарисунке 4.2.Рисунок 4.2 – Единый маршрут проектирования датчика давления1054.2 Проверка адекватности предложенной методики с помощьюисследование характеристик разработанного датчика давленияДля проверки адекватности предложенной методики и оценки точностиразработанных моделей был изготовлен опытный образец датчика давления сдифференциально – емкостным первичным преобразователем.Структурная схема опытного образца соответствует типовой структурнойсхеме интеллектуального ДД, представленной на рисунке 1.7. Фотографияизготовленного опытного образца представлена на рисунке 4.3.Рисунок 4.3 – Опытный образец ДД с емкостной ячейкой 315M-DPБыло проведено исследование статической характеристики разработанногодатчика при воздействующих факторах аналогичных заданным во времяпроведения компьютерного моделирования в системе MATLAB: диапазондавлений от -6 до 6 кПа; значения температур: -65 °С , -30 °С, -5 °С, 20 °С, 45 °С,70 °С, 85 °С; статическое давление отсутствует.

Температура окружающей средызадавалась в камере тепла и холода MC-811P, производитель ESPEC. Результатыисследований представлены на рисунке 4.4.106Рисунок 4.4 – Статическая характеристика разработанного датчика давленияДля каждого значения температуры была рассчитана нелинейностьстатической характеристики по формулам (3.4) и (3.5). На рисунке 4.5представлены графики нелинейности статической характеристики датчикадавления.Рисунок 4.5 – Нелинейность статической характеристики разработанногодатчика давленияВ результате расчетов получено, что максимальное значение нелинейностиравно 0,495%. Рассчитана дополнительная температурная погрешность поформуле: ТЕМПP10С1750 10Сcode _ t100% 100%  0,46%ВПИ / 10С , (4.1)t  ВПИ150С  25000107где P- разница между выходными кодами при максимальномcode _ tдавлении для температур - 65°С и +85°С.