Диссертация (Разработка моделей и алгоритмов синтеза и анализа проектных решений датчика давления летательного аппарата), страница 15

Термограмма модуляобработки информации представлена на рисунке 4.13Рисунок 4.13 – Термограмма модуля обработки информацииВ результате испытаний, температура резистора R8 равна 88,0 °С.Погрешность моделирования не превышает 6,5 %. Термограмма макета модуляэлектромагнитной совместимости представлена на рисунке 4.14Рисунок 4.14 – Термограмма макета модуля электромагнитной совместимости116В результате испытаний, температура индуктивностей L2-L5 равна 85,0 °С.Погрешность моделирования не превышает 3,75 %.

В таблице 4.8 представленысводные данные по результатам моделирования и испытаний.Таблица 4.8 – Сводные данные результатов моделирования и испытанийопытного образца датчика давления.Модуль,№ЭлементТемператураТемператураПогрешностьмоделирования, °С испытаний, °С моделирования, %2R191,3190,01,4354VT197,6893,54,2814R894,0988,06,4711L2-L588,2785,03,70С целью подтверждения точности разработанных моделей для синтеза ианализа конструкции, и подтверждения работоспособности электронных схем вусловияхповышеннойпредварительныеипониженнойиспытанияопытноготемпературыобразцабылидатчикапроведеныдавлениясдифференциально-емкостным преобразователем на воздействия предельныхтемператур– 600С и + 850С. Погрешности опытного образца до проведениятемпературных испытаний представлены в таблице 4.9.Таблица 4.9 – Приведенная погрешность опытного образца датчикадавления в нормальных климатических условиях до проведения испытаний.РизмВыходной сигнал (мВ)Приведенная погрешность (%)(кПа)Прямой ходОбратный ходПрямой ходОбратный ход-6400,1400,4+0,006+0,025-3800,2800,2+0,013+0,01301200,31200,3+0,019+0,019+31600,11600,2+0,006+0,013620002000,20,000+0,013117Испытания на прочность к воздействию пониженнойи повышеннойтемпературы проводились в температурной камере MC-811P производительESPEC.

На рисунке 4.15 представлен датчик давления с дифференциальноемкостным первичным преобразователем, установленный в указанной вышекамере.Рисунок 4.15 – Датчик давления с дифференциально-емкостнымпервичным преобразователем, установленный в температурной камереПогрешности опытного образца после воздействия предельных температурпредставлены в таблицах 4.10, 4.11.Таблица 4.10 – Дополнительная приведенная температурная погрешностьопытного образца датчика давления при температуре +85 0С.РизмВыходной сигнал (мВ)(кПа)дополнительная температурнаяприведенная погрешность(%/100С)Прямой ходОбратный ходПрямой ходОбратный ход-6399,5399,7+0,004+0,004-3799,4799,2+0,005-0,00601199,21199,1-0,004-0,010+315991598,9-0,006-0,01961998,91998,8-0,012-0,017118Таблица 4.11 – Дополнительная приведенная температурная погрешностьопытного образца датчика давления при температуре -60 0С.РизмВыходной сигнал (мВ)(кПа)дополнительная температурнаяприведенная погрешность(%/100С)Прямой ходОбратный ходПрямой ходОбратный ход-6399,4399,3-0,006-0,010-3799,5799,4-0,002-0,00401199,61199,6-0,004-0,002+31599,61599,5-0,002-0,00261999,51999,5-0,004-0,004Температура корпуса транзистора BSP129, который, как было определенопри моделировании, подвержен риску перегрева, была измерена с помощьютермопарты типа К.

Термопара закреплялась к корпусу теплопроводящимкомпаундом. В результате измерений установлено, что максимальная температуратранзистора равна 107,50С. Сводныесравнительные данные результатовмоделирования и испытаний представлены в таблице 4.12.Таблица 4.12 – Сводные сравнительные данные результатов моделированияи экспериментаЭлементТранзистор BSP129Температура,Температура,Точностьрассчитанная приполученная примодели,моделировании, °Сэксперименте, °С%102,7107,595,5Проведенные предварительные испытания опытного образца датчикадавления с дифференциально-емкостным первичным преобразователем навоздействие повышенных предельных температур – 600С и + 850С позволяютсделать вывод о том, что датчик давления является устойчивым к воздействиюпониженной -600С и повышенной +850С температурам. Точность разработанных119моделей для синтеза и анализа конструкции датчика давления в MCAD системеSolidWorks составляет 95,5 %.

В результате диссертационного исследования наосновании разработанных моделей и проведенных исследований предложенотехническое решение - полезная модель «Датчик давления» [73], котораяпозволяет повысить линейность выходной статической характеристики.Проведенные испытания макетов и опытного образца датчика давленияпозволяются сказать, что методика проектирования позволяет получить результатс высокой степенью соответствия теоретических и реальных характеристикдатчика давления и является адекватной.

При этом погрешность определениястатических и динамических характеристик не превысила 3,764%, погрешностьрасчета температурного режима печатных плат не превысила 6,47%, расчетатемпературного режима датчика в сборе – 4,5%, рассчитанная в результатемоделирования собственная частота датчика давления лежит за пределамидиапазона действующих частот, что подтвердилось при испытаниях.

Основнаяприведенная погрешность опытного образца датчика давления не превышает 0,1%от ВПИ. Прогнозируемое снижение длительности проектирования датчиковдавления на 10-15%.4.5 Выводы к главеВ настоящей главе разработана методика проектирования класса датчикадавления.Предложенаметодикаотбраковкидифференциаольно-екостныхпервичных преобразователей. Для подтверждения адекватности предложеннойметодики проектирования и точности разработанных моделей были проведеныиспытания разработанного датчика давления с дифференциально - емкостнымпервичным преобразователем давления.1. Предложена методика проектирования выделенного класса датчиковдавления на основе разработанных моделей для синтеза и анализа проектныхрешений, отличающаяся тем, что учитывает возможность интеграции САПР исовместное моделирование.1202.

Разработан опытный образец датчика давления с дифференциально емкостным первичным преобразователем. В ходе натурных испытаний получено,что максимальное значение нелинейности макета равно 0,495%, а дополнительнаятемпературная погрешность 0,46 % ВПИ/10°С. В результате сравненияхарактеристикполученныхпримоделированииинатурныхиспытанияустановлено, они отличаются не более чем на 3,764 %, что говорит о точностиразработанных моделей.3.Предложеннаяпервичныхметодикапреобразователейотбраковкидавлениянедифференциально-емкостныхсоответствующихтребуемымхарактеристикам, рекомендуется для обеспечения линейности статическойхарактеристики датчика и повышения качества проектных работ.4.Проведеныиспытанияопытногообразцадатчикадавлениянавоздействие внешних факторов. Сравнение результатов полученных примоделировании и предварительных испытаний показало, что погрешностьразработанных моделей не превышает 6.5%.5.

Основная приведенная погрешность опытного образца датчика давлениянепревышает0,1%отВПИ.Прогнозируемоеснижениедлительностипроектирования датчиков давления на 10-25%.6.Проведенныеиспытанияопытногообразцадатчикадавленияпозволяются сказать, что методика проектирования является адекватной ипозволяет эффективно решать задачи синтеза и анализа проектных решений сучетом заданных ограничений для выделенного класса датчиков давления.121Заключение1. Разработаны системные и структурно - параметрические моделидифференциально – емкостного первичного преобразователя давленияипреобразования электрического сигнала, обеспечивающие автоматизированныйрасчет параметров статических и динамических характеристик выбранного классадатчиков давления и учитывающие действия внешних воздействующих факторов.2. Разработаны расчетные модели для датчика давления в САПРинженерного анализа, позволяющие выполнить совместный параметрическийсинтезконструкциикорпуса,функциональныхмодулейипервичногопреобразователя;3.

Предложена методика проектирования для выделенного класса датчиковдавления на основе разработанных моделей и алгоритмов, учитывающаявозможность интеграции САПР, позволяющая эффективно решать задачиструктурно-параметрического синтеза и анализа проектных решений с учетомразличных критериев;4.Методикапреобразователей,отбраковкивыполненнаядифференциально-емкостныхнаосноверазработанныхпервичныхструктурно–параметрических моделей, рекомендована для выявления не соответствующихтребуемым характеристикам первичных преобразователей.5.

Результаты экспериментальных исследований методики проектированияи точности разработанных моделей,испытаний,подтверждающиеполученныеадекватностьсметодикипомощью натурныхпроектированияиэффективность разработанных моделей;6. Предложенное техническое решениедавления»,позволяетхарактеристики.повысить- полезная модель «Датчиклинейностьвыходнойстатической122Список сокращенийЭУ – электронное устройствоДД – датчик давленияЭРЭ – электрорадиоэлементыСАПР – система автоматизированного проектированияППл – печатная платаСБИС - сверхбольшая интегральная схемаПО – программное обеспечениеПЛИС – программируемая логическая схемаТП – технологический процессИУС – информационно-управляющая системаВПИ – верхний предел измеренияДИ – диапазон измеренияВВФ – внешние воздействующие факторыCAN - Controller Area Network (сеть контроллеров)HART-HighwayAddressableRemoteTransducer(магистральныйадресуемый дистанционный протокол)АЦП – аналого-цифровой преобразовательПП – первичный преобразовательСВ – схема включенияЭМС – электромагнитная совместимостьТЗ – техническое заданиеCAE - Computer Aided EngineeringCAD - Computer Aided DesignАСТПП - автоматизированная система технологической подготовкипроизводстваCAM - Computer Aided ManufacturingPDM - Product Data ManagementPLM - Product Lifecycle Management123MCAD - Mechanical CADECAD - Electronic CADЦПУ - центральное процессорное устройствоЭДС – электродвижущая силаКрНС – кремний на сапфиреКрНК – кремний на кремнииСХДД - статическая характеристика датчика давленияМНМ – метод наименьших модулейМНК – метод наименьших квадратовМППП - максимальная приведенная погрешность приближенияКНМ – кривая наименьших модулейФПРВ – функция плотности распределения вероятностейКНК – кривая наименьших квадратовСППП - среднеквадратическая приведенная погрешность приближенияДПП - длительность переходного процессаППЧ - полоса пропускания частотАЧХ - амплитудно-частотная характеристикаФЧХ - фазо-частотная характеристикаTDC - time-to-digital converterМК – микроконтроллерSPI - последовательный периферийный интерфейсUART - универсального асинхронный приёмопередатчик124Библиографический список1.Норенков И.П.