УДК 681.518.54; 681.586.773
П. Г. МИХАЙЛОВ*, К. А. ОЖИКЕНОВ **, А.О. КАСИМОВ ***
*(доктор технических наук, профессор Пензенского государственного технологического университета)
**(кандидат технических наук, заведующий кафедрой «Робототехника и технические средства автоматики»
Институт информационных и телекоммуникационных технологий, Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева)
***(кандидат технических наук, заведующий кафедрой «Радиотехники электроники и телекоммуникаций», Институт информационных и телекоммуникационных технологий, Казахский национальный
технический университет им. К.И. Сатпаева)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСОВ ДИАГНОСТИКИ И КОНТРОЛЯ
Рисунок – 1. Балочный ЧЭ металлопленочного датчика
Рисунок–2. Измерительный модуль пьезорезисторного
датчика
Для выявления возможности диагностики работоспособности для существующих датчиков, рассмотрим и проанализируем электрическую схему (рисунок–3) тензорезистивного металлопле- ночного датчика давления [3].
Из схемы видно, что благодаря наличию отдельных контактных площадок и промежуточных контактных колодок, можно контролировать как отдельные тензорезисторы R1…R4 и термокомпенсационный резистор R(колодки Х2–Х3), так и входное и выходное сопротивления мостовой схемы (колодка Х1). Таким образом, приведенный датчик и его элементы можно считать контролепригодными.
Рисунок – 3. Принципиальная схема тензорезистивного датчика давления
Из пьезоэлектрических ЧЭ и ИМ датчиков акустических давлений и пульсаций давления можно отметить несколько характерных конструкций (рисунки 4 и 5) [4, 5, 6].
2 1
3 4 R1
1 R2
R4 R3 R 6
1
4 2
Кон т.
2 3 4 6 7
Цеп 1 Выхь
-6 В Вых +6 В Корп 5
5 6 3
2 1
3 4 5 6
Rч Корп
Rбал Х1
Х2 Х3
Рисунок-4. Измерительный модуль пьезоэлектрического
датчика акустических давлений:
1– виброкомпенсационный и 2–рабочий пьезоэлементы,
3–контактная колодка, 4–корпус
а б
Рисунок-5. Пьезоэлектрический чувствительный элемент (а): 1–контактный узел, 2–корпус, 3–пьезоэлемент; (б) пьезопластина
Следует отметить, что в последнее время на зарубежном рынке ДПА некоторые приборостро- ительные фирмы (Endevco, HBM, Kulite, Trafag) предлагают на рынок конструктивно и функционально законченные измерительные модули тензометрического (металлопленочные) и пьезорезистивного (кремниевые) типов (рисунки 6 и 7).
При этом ИМ поставляются с гарантированными техническими характеристиками, подтверждаемые экспериментально и необходимыми расчетами (величина погрешности, передаточная характеристика и проч.). Датчики давления различной конфигурации комплектуются унифицированными измерительными модулями, которые могут изготавливаться на других предприятиях имеющих необходимую технологическую базу. Предприятия–поставщики ИМ гарантируют соответствие технических характеристик, заявленных в соответствующей документации. ИМ фирмы «STS» имеют технические характеристики:
– диапазон измерения давления (0…0,1 до 0…1000 бар);
– основная погрешность (± 0,25…0.5 %);
– температурный диапазон работы (минус 25…150оС);
– долговременная стабильность (± 0.2% ВПИ / год);
– температурная погрешность (максимальная ± 0.015%/ оC);
– вибрации (более 30 g в диапазоне частот 25...2000 Гц);
– выходной сигнал (25…200 мВ).
Рисунок – 6. Внешний вид мембраны тензорезистивного измерительного модуля «Канти Левер» фирмы Trafag
Рисунок - 7. Внешний вид пьезорезистивного ИМ давления фирмы STS
Чувствительные элементы (кристаллы) и измерительные модули отечественного производства приведены на рисунки 8 и 9 [7].
Рисунок-8. Чувствительный элемент с диффузионными пьезо-и терморезисторами Компенсация
температуры
Контактные площадки для подключения
питания и выходного сигнала Компенсация
температуры Тензорезистор ы
Мембрана (нерж.
сталь)
а б
Рисунок – 9. 3D модели измерительных модулей датчиков относительного (а) и абсолютного (б) давлений
Анализируя рассмотренные конструкции металлопленочных, полупроводниковых и пьезоэлектрических ЧЭ и ИМ, можно сделать следующие выводы [8]:
1. Для металлопленочных ЧЭ и ИМ:
– в ЧЭ можно проконтролировать номиналы, как отдельных тензорезисторов и термокомпенсационного резистора, так и входное и выходное сопротивление мостовой схемы;
– используя специальное приспособление, можно производить диагностику ИМ с подачей давления или нагружая мембрану контролируемым механическим усилием;
2. Для полупроводниковых ЧЭ и ИМ:
– контроль и диагностика ЧЭ проводится групповыми методами, как на пластинах, так и на отдельных кристаллах. При этом контролируются: номиналы пьезорезисторов, их разброс, токи утечки, сопротивление изоляции, пробивное напряжение и проч.
– в ИМ контролируется входное и выходное сопротивление мостовой схемы, сопротивление между ЧЭ и корпусом, нулевой уровень, чувствительность, температурный дрейф нуля и чувствительности.
3. Для пьезоэлектрических ЧЭ и ИМ, получаемых по комплектации, целесообразно проводить входной контроль: емкости ПЭ; полярности электродов ПЭ; пьезочувствительности; термочувст- вительности.
ЛИТЕРАТУРА
1 Михайлов П.Г., Соколов А.В., Маланин В.П., Сергеев Д.А. Разработка датчиков физических величин с применением унифицированных чувствительных элементов и измерительных модулей // Сб. статей Международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических системах. Пенза Издательство ПГУ, 2013 С. 231-235.
2 Михайлов П.Г., Соколов А.В., Маланин В.П., Сергеев Д.А. Анализ моделей и базовых конструкций кремниевых чувствительных элементов емкостных датчиков давления//Сб. статей Международной научно-технической конференции
«Проблемы автоматизации и управления в технических системах. Пенза Издательство ПГУ, 2013 С. 224-228.
3 Михайлов П.Г., Соколов А.В., Маланин В.П., Сергеев Д.А. Анализ моделей и базовых конструкций кремниевых чувствительных элементов емкостных датчиков давления // Сб. статей Международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических системах. Пенза Изда Технические измерения в технологии и производстве радиоэлектронной аппаратуры и измерительных систем Учебное пособие с грифом УМО/Пенза. Издательство ПГУ, 2012. 148 с.
4 Михайлов П.Г., Михайлова В.П., Лапшин И.О. Контроль и диагностика чувствительных элементов пьезоэлектри- ческих датчиков // Контроль. Диагностика. – 2010. № 5.
5 Михайлов П.Г., Михайлова В.П., Лапшин И.О. Датчики для ракетно–космической и авиационной техники //Авиакосмическое приборостроение. –2010. № 3. С. 16–21.
6 Датчики теплофизических и механических параметров. Справочник под ред. Багдатьева Е.Е., Гориша А.В., Малкова Я.В. в 2–х томах/М.: ИПРЖР, 1998.
7 Михайлов П.Г., Лапшин В.И., Сергеев Д.А Моделирование и конструирование кремниевых чувствительных элементов емкостных датчиков давлений // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2013 г.
№ 5. С. 128 – 133.
8 Михайлов П.Г., Соколов А.В., Сергеев Д.А. Вопросы применения чувствительных элементов и измерительных модулей в датчиках физических величин//Информационно-измерительная техника: Межвузовский сборник научных трудов, выпуск 37.
Пенза: ИИЦ ПГУ, 2012.
REFERENCES
1 Mikhailov P.G., Sokolov A.V., Malanin V.P., Sergeev D.A. Development of sensors of physical quantities using standardized sensitive elements and measuring modules // Proc. articles of the International Scientific Conference "Problems of automation and control in engineering systems. Penza Publisher PSU, 2013. Р.231-235.
2 Mikhailov P.G., Sokolov A.V., Malanin V.P., Sergeev D.A. Models and basic structures of silicon capacitive sensing element pressure sensors//Sat articles of the International Scientific Conference "Problems of automation and control in engineering systems. Penza Publisher PSU, 2013. Р.224-228.
3 Mikhailov P.G., Jurkov N.K., Lapshin V.I., Baydar S.Y. Technical measurement technology and manufacturing electronic equipment and measuring systems Tutorial stamped UMO/Penza. Publisher CCP, 2012. Р.148.
4 Mikhailov P.G., MikhailovV.P., Lapshin I.O. Monitoring and Diagnostics sensitive elements of piezoelectric sensors//Control. Diagnosis – 2010, № 5.
5 Mikhailov P.G., MikhailovV.P., Lapshin I.O. Sensors for missile and space and aviation technology//Aerospace Instrument 2010, № 3. Р.16-21
6 Sensors thermal and mechanical parameters. Reference ed. Bagdatyev E.E., Gorishi A.V., Malkov Y. in 2 volumes/M.
IPRZhR, 1998.
7 Mikhailov P.G., Lapshin V.I., Sergeev D.A. Modeling and design of silicon capacitive sensing elements Pressure//Southern Federal University. Engineering. 2013. N.5. Р.128 - 133.
8 Mikhailov P.G., Sokolov A.V., Sergeev D.A. Questions using sensitive measuring elements and modules in the sensors of physical quantities//Information and measuring equipment: Interuniversity collection of scientific papers, Issue 37, Penza: IPC PSU, 2012.
Резюме
П. Г. Михайлов *, Қ. Ә. Өжікенов **, А. О. Қасимов ***
*(техника ғылымдарының докторы, Пенза мемлекеттік технологиялық университетінің профессоры, Пенза, Ресей)
**(техника ғылымдарының кандидаты, Қ.И. Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық университеті, Ақпараттық және телекоммуникациялық технологиялары институты, «Роботты техника және автоматиканың
техникалық құралдары» кафедрасының меңгерушісі, Алматы)
***(техника ғылымдарының кандидаты, Қ.И. Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық университеті, Ақпараттық және телекоммуникациялық технологиялары институты, «Радиотехника электроника
телекоммуникациялар» кафедрасының меңгерушісі, Алматы)
ИНТЕЛЛЕКТУАЛДЫ ДАТЧИКТЕРДЕГІ МИКРОЭЛЕКТРОНДЫҚ ӨЛШЕУІШ МОДУЛЬДЕР МЕН СЕЗГІШ ЭЛЕМЕНТТЕРДІ ДИАГНОСТИКАЛАУ
МЕН БАҚЫЛАУДЫҢ МӘСЕЛЕЛЕРІН ЗЕРТТЕУ
Мақала аспап жасаудағы жаңа бағытқа – құрылымдық және функционалдық түрде толық біткен өлшеуіш модульдері мен сезгіштік элементтерді жасауға және олардың жарамдылықтарына баға беруге арналған.
Тірек сөздер: Өлшеу модулі, терморезистор, пьезосезгіш, термосезгіштік, жартылай өткізгіш датчиктер.
Технические науки
УДК 331.41/43
Ш. А. БАХТАЕВ, А. Ж. ТОЙГОЖИНОВА, Г. К. СЫДЫКОВА (Алматинский университет энергетики и связи, г Алматы)
(Кызылординский государственный университет им. Коркыт-Ата, г. Кызылорда)