Исследование и разработка мембранных тензопреобразователей давления

• Автор: Козлов, Александр Ипатьевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 113 с. : ил.

Содержание:
Список обозначений
Список сокращений
Введение
Глава 1. Анализ чувствительности тензорезисторных преобразователей давления мембранного типа
1.1. Взаимосвязь изменения сопротивления тензорезисторов и деформаций
1.2. Аналитический расчет деформаций в УЭ мембранного типа
1.3. Численный расчет деформаций в УЭ мембранного типа
1.3.1. Задание области моделирования и описание свойств материалов
1.3.2. Разбиение области моделирования на конечные элементы
1.3.3. Алгебраизация дифференциального уравнения
1.3.4. Вывод результатов расчета, визуализация данных
Выводы к главе
Глава 2. Экспериментальное исследование распределения изменения сопротивления тензорезисторов по поверхности ПЧЭ для ТП с круглыми
мембранами
2.1. Методика эксперимента
2.2. Распределение изменения сопротивления ТР
2.2.1. Одномембранные преобразователи
2.2.2. Двухмембранные преобразователи
2.3. Сравнение экспериментально полученных профилей деформаций с
расчетными данными
Выводы к главе

Глава 3. Температурные характеристики мембранных ТП давления с ПЧЭ на
основе КНС
3.1. Распределение ТКС тензорезисторов
3.1.1. Распределение ТКС в одномембранных ТП
3.1.2. Распределение ТКС в двухмембранных ТП
Выводы к главе
Глава 4. Оптимизация характеристик ТП давления на основе КНС
4.1. Оптимизация размеров одномембранных ТП для уменьшения нелинейности и вариации выходного сигнала
4.2. Оптимизация топологии ПЧЭ для уменьшения температурного дрейфа нулевого сигнала ТП
4.3. Разработка ПЧЭ с топологией из сонаправленных ТР
Выводы к главе
Заключение
Список использованной литературы
Приложение №1. Марка и химический состав (%) деформируемых титановых
сплавов
Приложение №2. Связь радиальных и тангенциальных составляющих тензора деформаций с относительными изменениями сопротивлений
тензорезисторов под действием давления
Приложение №3. Акт о внедрении результатов диссертационной работы в
ЗАОМИДАУС
Приложение №4. Акт о внедрении оптимизированных ПЧЭ на основе структур КНС в ЗАО МИДАУС

Список обозначений:
О - внешний диаметр чашки упругого элемента О' - цилиндрическая жесткость Е - модуль Юнга
Е - сила, действующая на жесткий центр мембраны Р - измеряемое давление <2- поперечная сила Я - сопротивление ТР
Р0~ сопротивление ТР при нулевой температуре (Т=0 °С)
Нг - сопротивление радиального тензорезистора Рс - сопротивление тангенциального тензорезистора - компоненты матрицы упругой податливости Ли0- температурный дрейф нулевого сигнала ипит - напряжение питания мостовой тензосхемы ивык - выходной сигнал мостовой тензосхемы /гПчэ - толщина ПЧЭ
И — толщина металлической мембраны (без учета ПЧЭ)
Кр ~ толщина слоя припоя
ксіт - толщина нижней мембраны двухмембранного ТП 771;х - коэффициенты эластосопротивления г - текущий радиус г0 - радиус мембраны
гі - радиус жесткого центра мембраны, без учета тукг г0рг- радиус скруглення мембрана-основание Отт- радиус скруглення мембрана-жесткий центр т*шэ- радиус скруглення нижняя мембрана-жесткий центр г2рв - радиус скруглення мембрана-обойма
гат ~ радиус нижней мембраны двухмембранного ТП, без учета г2ю гак - радиус жесткого центра нижней мембраны, без учета г/ГО

только упругий элемент, но и детали, обеспечивающие соединение УЭ с объемом, в котором измеряется давление. Например, на Рис 1.56 в область моделирования включены сварочный шов и аналог штуцера. Необходимость дополнения области моделирования элементами крепления, определяется анализом поля напряжений при пробных расчетах: если дополнение областью приводит к значимому изменению поля в интересующей области, то оно необходимо.
Для задания, размеров мембран, явно значимых для расчета распределения деформаций в области размещения тензорезисторов ПЧЭ, введем следующие обозначения размеров (см. Рис 1.5): кпр - толщина слоя припоя; г„ - радиус мембраны, без учета гоРТ гоРТ- радиус скругления мембрана-основание, г/ - радиус штока, без учета г1РТ Г)РТ- радиус скругления мембрана-шток; кЛп - толщина нижней мембраны гс[т - радиус нижней мембраны, без учета г2Рп г2го - радиус скругления мембрана-обойма;
Гл,с - радиус жесткого центра нижней мембраны, без учета г,т г!РО - радиуса скругления нижняя мембрана-центр;
Области моделирования состоят из разнородных материалов. Металлические части из-за технологических ограничений могут быть изготовлены только из титановых сплавов. Материалом ПЧЭ является лейкосапфир, который соединяется с измерительной мембраной с помощью пайки. При моделировании необходимо знать физические характеристики материалов, используемых для изготовления ТП. Для статического анализа деформаций необходимо знать значения модулей упругости Е,
коэффициентов Пуассона у и их зависимости от температуры. Дополнительно для оценки прочностных характеристик ТП, необходимо иметь данные О временной прочности <тв И пределе текучести (У(22 металлов.