Проектирование мембранного датчика давления

Содержание

Введение

1. Назначение, принцип действия и конструкция датчика

2. Анализ возникающих в приборе погрешностей

3. Обоснование технического эскиза

4. Расчет статических и динамических параметров датчика

4.1. Расчет характеристики чувствительного элемента (гофрированной мембраны)

4.2. Расчет чувствительности преобразовательных элементов

4.3. Расчет датчика перемещения

4.4. Определение частоты собственных колебаний мембраны

4.5. Расчет порога чувствительности прибора

Литература

Введение.

Стремительное развитие современного авиационного приборостроения и создание новых типов летательных аппаратов приводят к ужесточению требований к автоматизации управления полетом. Огромную роль в этом играют датчики с электрическими выходными сигналами, необходимые для управления режимами работы всех бортовых агрегатов и пилотажнонавигационным режимом полета, такие как акселерометры, высотомеры, датчики угловых скоростей, манометры, следящие системы, топливомеры, интегрирующие гироскопы, гироскопические интеграторы линейных ускорений и т.д.

Условия эксплуатации приборов летательных аппаратов существенно отличаются от условий эксплуатации наземных измерительных устройств, поэтому при их конструировании, в первую очередь, приходится учитывать эти условия. Авиационные приборы работают в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды, при воздействии влаги, пыли, вибраций, ускорений и пр. Таким образом, основными показателями эффективности и качества авиационных приборов являются высокая точность и надежность при работе в сложных эксплуатационных условиях, малые габариты и масса, а также невысокая стоимость.

Датчики давления (манометры, вакуумметры, барометры) широко распространены в авиационном приборостроении. Они предназначены для измерения давления топлива, подаваемого в двигатель, давления масла, воздуха, перепада давлений в газовых трактах двигателя, а также переменных давлений в камерах сгорания двигателей.

Целью курсовой работы является разработка датчика давления. В данной работе разрабатывается принципиальная схема датчика, выполняется технический эскиз его конструкции, рассчитываются основные статические и динамические параметры прибора и выполняются рабочие чертежи отдельных узлов и элементов.

В пояснительной записке представлены следующие разделы:

1. Назначение, принцип действия и конструкция датчика. В данном разделе описывается назначение и принцип действия прибора, проводится анализ и обоснование его принципиальной схемы.

2. Анализ возникающих в приборе погрешностей. В данном разделе анализируются основные источники погрешностей и описываются возможные способы их снижения.

3. Обоснование технического эскиза. В данном разделе дается описание конструкции и работы прибора и его элементов, анализируется преимущества и недостатки используемых элементов и приводится обоснование выбора, осуществляется выбор и обоснование конструкционных материалов.

4. Расчет статических и динамических параметров датчика. В данном разделе приводятся методики и результаты расчета преобразовательных элементов, статических и динамических параметров проектируемого прибора.

3. Обоснование технического эскиза.

Разработка технического эскиза проводится на основе анализа технической литературы и выбранного аналога, то есть прибора из числа разработанных и освоенных промышленностью, который по составу элементов, структурной схеме и габаритам наиболее близок к заданному датчику давления.

Габариты разрабатываемого прибора – 30*30*40 мм. Элементы датчика размещены в цилиндрическом корпусе, изготовленном из алюминия Ал2 (ГОСТ 158393). Этот сплав отличается высокими литейными свойствами, удовлетворительной коррозионной стойкостью, может длительно работать при достаточно высоких температурах. Он предназначен для изготовления тонкостенных деталей сложной конфигурации.

Чувствительный элемент представляет собой гофрированную мембрану, обладающую высокой чувствительностью и линейностью статической характеристики. Мембрана изготовлена из бериллиевой бронзы БрБНТ1,7 (ГОСТ 1817578). Этот материал обладает высокой прочностью и износостойкостью, очень хорошей упругими свойствами.

Передаточно-множительный механизм представляет собой устройство, обеспечивающее необходимое угловое перемещение щетки по намотке потенциометра при малом перемещении жесткого центра мембраны. Для разрабатываемого прибора выбрана тангенсная кулачковая передача, так как она проста в изготовлении и при небольших перемещениях толкателя имеет постоянное передаточное отношение.

Ось подвижной системы выполнена из конструкционной стали 40ХН2МА (ГОСТ 454371), обладающей высокой прочностью, пластичностью и вязкостью. Этому способствует высокое содержание никеля. Недостатком этой стали является трудность их обработки резанием. Запрессованные в ось цапфы установлены в цилиндрических опорах. Втулка и подпятник изготовлены из корунда, который, как и другие технические камни, обладает высокой прочностью, твердостью, износостойкостью, имеет очень маленький коэффициент трения. Втулка и подпятник завальцовываются в стойку корпуса.

Датчик перемещения представляет собой потенциометр, включенный по реостатной схеме. Характеристика потенциометров достаточно точна и стабильна и мало зависит от влияния внешних условий (температуры, влажности). Потенциометры обладают сравнительно большим выходным напряжением, которое не требует во многих случаях последующего усиления. Однако потенциометр имеет один существенный недостаток: его скользящий контакт вызывает истирание и износ щетки и провода. Поэтому потенциометры в некоторых случаях заменяются более надежными бесконтактными электрическими элементами, и все же простота конструкции и малые габариты потенциометров остаются привлекательными для конструкторов.

Материал каркаса должен обладать достаточной механической прочностью и жесткостью, влагостойкостью и теплостойкостью, чтобы не деформироваться при изменении температуры и влажности воздуха. Также каркас должен отводить тепло от обмотки потенциометра, что позволяет пропускать через нее ток большей величины. Каркас потенциометра изготовлен из сплава АМг2 (ГОСТ 478497)который обладает всеми перечисленными свойствами. Кроме того, АМг2 хорошо полируется, что необходимо для изготовления потенциометров. Материал обмоточного провода должен обладать высоким удельным электрическим сопротивлением, малым температурным коэффициентом электрического сопротивления, прочностью, коррозионной устойчивостью и износоустойчивостью. В данном приборе обмотка изготовлена из сплава ПдСр40, удовлетворяющего всем этим условиям. Недостатком этого материала является высокая стоимость. Провод наматывается на каркас плотно, виток к витку, после чего поверхность покрывают тонким равномерным слоем лака для предохранения витков от смещения. Изоляционный слой, которым покрыт провод, в одном месте частично зачищают, образуя контактную дорожку, по которой перемещается щетка.

Щетка изготовлена из двух проволок из платиноиридиевого сплава, укрепленных на щеткодержателе. Длина щетки должна быть такой, чтобы при вибрации не наблюдалось явления резонанса.

Общий вид.dwg

Деталировка.dwg