Глазєва Оксана Володимирівна. П'єзоелектричні перетворювачі гідродинамічних тисків витратомірів рідких та газоподібних середовищ

Краткое описание

Глазєва Оксана Володимирівна. П'єзоелектричні перетворювачі гідродинамічних тисків витратомірів рідких та газоподібних середовищ : Дис... канд. наук: 05.13.05 - 2002.

Глазєва О.В. П’єзоелектричні перетворювачі гідродинамічних тисків витратомірів рідких та газоподібних середовищ. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. Спеціальність 05.13.05 Елементи та пристрої обчислювальної техніки і систем управління. Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2002.
Дисертаційна робота присвячена розробці методів і п’єзоелектричних засобів вимірювань гідродинамічного тиску та створенню на їх основі витратомірів автоматизованих систем контролю і управління.
Розроблено математичні моделі мономорфних і біморфних п’єзоелектричних перетворювачів та окремих вузлів датчиків тисків, які дозволяють оцінювати статичні і динамічні характеристики п’єзоперетворювачів при їх проектуванні та експлуатації. Встановлено, що динамічні властивості гідравлічного вузла п’єзоперетворювача тиску істотно залежать від фізикохімічних властивостей рідини та конструктивного виконання датчика. Запропоновано аналітичний вираз для передавальної функції біморфного п’єзоперетворювача гідродинамічного тиску, що працює у трансформаторному режимі. Проведені експериментальні дослідження п’єзоелектричних п’єзоперетворювачів гідродинамічного тиску дозволили обґрунтувати метод та засоби вимірювання витрати рідких середовищ з похибкою не більше за один відсоток. Запропоновано конструкції п’єзоелектричних витратомірів рідких та газоподібних середовищ.
Головні результати роботи знайшли промислове застосування та використовуються у процесі навчання.

1. Проведені дослідження, спрямовані на вдосконалення пєзоелектричних перетворювачів гідродинамічного тиску, виявили ряд нових закономірностей, що дозволило розробити новий метод та пристрої вимірювання витрати рідких та газоподібних середовищ.
Результати роботи використовуються у промисловості та навчальному процесі.
2. При розрахунку чутливості перетворювачів тиску, виконаних на основі кварцових моноелементів, стержневих і пластинчастих пєзокерамічних елементів, необхідно враховувати фізичні та геометричні параметри, і, в першу чергу, пєзоелектричні константи та товщину пєзоелемента. Отримані аналітичні вирази для чутливостей перетворювачів можна використати на практиці при проектуванні пєзоперетворювачів фізичних величин.
3. Внаслідок розробки математичної моделі, що описує форму згину консольно закріпленого пєзоелемента, показано, що потрібно враховувати дотичні напруги від деформації зсуву пєзоелемента. Математичні моделі, що описують форму та механізм згину біморфного пєзоелемента, можна застосувати у теорії коливань пєзоелектричних тіл.
4. У результаті аналізу одержаної аналітичної залежності коефіцієнта трансформації у біморфному пєзоперетворювачі з гальванічно роз’єднаними електродами встановлено, що електромеханічні перетворення у ньому суттєво залежать від величини пєзомодуля, залишкової поляризації та діелектричної сталої пєзоелементів перетворювача.
5. Аналіз математичної моделі порожнини як гідравлічного вузла засобів вимірювань тиску та витрат показує, що динамічні властивості порожнини істотно залежать від фізично-хімічних властивостей рідини та геометричних форм і розмірів та конструктивного виконання порожнини.
6. Для зменшення динамічних похибок вимірювання тиску у процесі вимірювання слід використовувати корекцію показань, основану на використанні передавальної функції, здобутої в результаті структурно-параметричної ідентифікації пєзоперетворювача тиску.
7. Запропоновано аналітичний вираз для передавальної функції біморфного пєзоперетворювача гідродинамічного тиску, який працює у трансформаторному режимі, що дозволяє оптимізувати в динаміці режим роботи пристрою.
8. Проведені експериментальні дослідження пєзоелектричних перетворювачів гідродинамічного тиску витратомірів рідких та газоподібних середовищ свідчать, що найпростішим, з погляду апаратної реалізації, є амплітудний метод обробки інформативного сиґналу пєзоперетворювачів на частотах, що передують першому резонансу. Приведена похибка вимірювань витрати не перевищила одного відсотку.
9. Встановлено, що для збудження коливань у пєзоперетворювачі, який виконано на основі пєзокераміки ЦТС19, та отримання надійно реєструємого інформативного сигналу, достатньо величини електричної напруги 2 В. Це відкриває перспективу застосування низьковольтної електроніки у пєзоперетворювачах гідродинамічного тиску витратомірів рідини та газу, як елементів систем керування.
Запропоновані конструкції пєзоелектричних витратомірів захищено патентами України.