РОЗВИТОК ТЕОРЕТИЧНИХ ЗАСАД ТА ПРИНЦИПІВ ПОБУДОВИ ТЕНЗОРЕЗИСТИВНИХ СЕНСОРІВ ТИСКУ НЕСТАЦІОНАРНИХ СЕРЕДОВИЩ



Название:
РОЗВИТОК ТЕОРЕТИЧНИХ ЗАСАД ТА ПРИНЦИПІВ ПОБУДОВИ ТЕНЗОРЕЗИСТИВНИХ СЕНСОРІВ ТИСКУ НЕСТАЦІОНАРНИХ СЕРЕДОВИЩ
Тип: Автореферат
Краткое содержание:

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ


У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету дослідження,  виділено їхню наукову новизну та практичне значення, показано зв'язок з науковими програмами та планами. Визначено особистий внесок здобувача та наведено інформацію щодо впровадження результатів роботи.


Перший розділ присвячений аналізу стану проблеми вимірювання тиску нестаціонарних середовищ у сучасних системах та постановці задач дослідження.


На сьогодні у високотехнологічних галузях промисловості та техніки, насамперед, аерокосмічна промисловість, автомобілебудування, спеціальна техніка та випробувальні комплекси, наукові дослідження тощо практика вимірювання тиску показує, що його швидкоплинність та нестаціонарний характер є визначальною особливістю. Нестаціонарність вимірюваного тиску проявляється у  тому, що він може мати як різко змінний (ударний) характер з періодичною (десятки кГц), або неперіодичною повторюваністю, так і бути неперервним - з постійною частотою (гармонічний чи майже гармонічний) або ж зі змінною частотою, а також може мати статичні ділянки. При цьому такі особливості можуть чергуватися  довільно, із  амплітудами, що сягають сотень МПа і швидкістю зміни тиску порядку 106 МПа / с.


Окрім особливостей тиску, існують чітко виражені особливості температурних впливів.  Так, вимірювання тиску у космічних апаратах супроводжується впливом температури в межах -196…+130 0С; у ракетоносіях температурні впливи мають амплітуду до +700 0С при швидкості зміни порядку 4000-5000 0С /с, а в області двигунів - до 3500 0С; у авіаційній техніці вони перебувають в межах від -60 до +350 0С; у морській техніці - температурні впливи перебувають в межах від -50 до +120 0С; при відпрацюванні компресорних установок чи новостворених двигунів внутрішнього згорання сенсори тиску піддаються впливу чітко виражених нестаціонарних температур з амплітудою до сотень градусів Цельсія.


Виходячи з особливостей вимірювальних середовищ, у роботі показано, що вимірювання нестаціонарного тиску, як обернена задача, з математичного погляду є чітко вираженою некоректно поставленою проблемою (згідно з Ж. Адамаром). На сьогодні відомі фундаментальні роботи щодо методів розв’язування некоректно поставленої задачі, а також є ряд праць, присвячених тим чи іншим частковим аспектам цієї проблеми. Найефективніший серед відомих є метод регуляризації Тихонова, наріжною особливістю якого є те, що для оптимального вибору параметра регуляризації необхідно мати якомога більше інформації щодо похибки  результатів вимірювання, що при вимірюваннях у реальному масштабі часу забезпечити практично неможливо. Крім цього, теоретичні особливості регуляризації Тихонова вимагають розв’язувати складне інтегродиференціальне рівняння, що може вимагати доволі тривалих обчислювальних циклів і процедур, що також неприйнятне при вимірюваннях у реальному масштабі часу. Отже, найважливішими ознаками відомих методів розв’язування оберненої задачі є потреба апріорної інформації щодо параметрів вимірюваного процесу або ж необхідність здійснення тривалих обчислювальних процедур. Саме ці ознаки обмежують, а часто унеможливлюють застосування відомих методів для вимірювання нестаціонарного тиску у швидкодіючих системах автоматики. Загалом, неефективність застосування відомих методів вимірювання виникла саме через намагання вирішити обернену задачу як виключно математичну проблему - без врахування особливостей як самої вимірюваної величини, так і сенсорів, які застосовуються при цьому. Крім цього, на сьогодні при вимірюванні змінного тиску широко застосовується практика використання сенсорів з якомога вищою власною частотою. У роботі показана суттєва обмеженість такого способу для вимірювання тиску довільної нестаціонарності у реальному часі.


У роботі з’ясовано проблеми вимірюванні тиску в умовах нестаціонарних термовпливів. Оскільки конструкційні елементи сенсорів зазнають значних та динамічних термонапружень і термодеформацій, то саме ці фактори, змінюючи перетворюючу функцію та динамічні характеристики пружних елементів, і є головною причиною появи змінної температурної похибки складного характеру. Крім цього, при вимірюванні тиску в умовах нестаціонарної температури необхідно у вихідному сигналі сенсора розрізнити складові, які утворились від тиску і від термодеформацій, враховуючи зміни динамічних характеристик сенсора. Це, загалом, виливається у доволі складну задачу  розрахунку і корекції температурної похибки у реальному часі.


 


Для досягнення поставленої мети у  роботі проаналізовано  характеристики  та конструкційні особливості найкращих на сьогодні типів тензорезистивних сенсорів тиску та виявлено як основні тенденції їхньої побудови, так і їх функціональні можливості. Так, для екстремальних умов - у системах контролю параметрів енергетичних установок, у авіа-космічній техніці, випробувальних комплексах тощо найперспективнішими є сенсори на основі напівпровідникових тонких плівок, утворених  на металевих пружних елементах за спеціальною технологією, так звані металоплівкові  тензорезистивні сенсори. Для найефективніших типів цих сенсорів, які випускаються серійно і допущені до промислового використання, притаманна, з погляду механіки, тенденція однопружного, або ж двопружного  конструкційного виконання. Перші мають один пружний елемент - жорстко затиснена в корпусі мембрану, на поверхні якої спеціальним способом сформовані тензорезистори, у других - деформація мембрани безпосередньо або через проміжний елемент передається на вторинний пружний елемент з тензорезисторами. Застосування двоелементних пружних систем сенсорів зумовлено намаганням зменшити вплив температури на тензорезистори. Загалом, пружні елементи сучасних тензорезистивних сенсорів тиску конструюються здебільшого з канонічних форм (пластинки, балки, стержні і т.п.).  Завдяки суттєво більшій інерційності, порівняно з наступними перетворювачами у вимірювальному ланцюгу, саме пружні елементи визначають динамічні характеристики всього сенсора загалом. В роботі проаналізовано існуючий стан теоретичних основ створення тензорезистивних сенсорів тиску.  Показано, що хоча створенню ефективних сенсорів тиску присвячено багато праць, проте їхні результати не дозволили  вирішити проблему вимірювання нестаціонарного тиску у реальному часі. Крім цього, у відомих працях недостатньо досліджено вплив змінної температури на динаміку пружних елементів та питання взаємодії конструкційних елементів при дії нестаціонарних термовпливів. Відомі розрізнені спроби встановлення ступеня впливу температури на сенсор, зокрема, і розробки суміщених сенсорів тиску та температури. Декларовані характеристики відомих сенсорів дозволяють говорити про те, що ними вдається достатньо ефективно коригувати додаткову статичну температурну похибку в широкому температурному діапазоні. Однак цілеспрямовані і комплексні теоретичні дослідження та ефективні розробки для коригування похибки при нестаціонарних термовпливах  на сьогодні невідомі. 

 


Обновить код

Заказать выполнение авторской работы:

Поля, отмеченные * обязательны для заполнения:


Заказчик:


ПОИСК ДИССЕРТАЦИИ, АВТОРЕФЕРАТА ИЛИ СТАТЬИ


Доставка любой диссертации из России и Украины