Статья

Название статьи КОНСТРУКТИВНЫЕ И МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗМЕРИТЕЛЯ ГЛУБИНЫ ПОГРУЖЕНИЯ ПОДВОДНОГО АППАРАТА
Автор Ю.Г. Свинолупов, А.А. Машкин, Н.А. Брагин
Рубрика РАЗДЕЛ IV. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ
Месяц, год 02, 2016
Индекс УДК 53.083
DOI
Аннотация Приводятся результаты исследований по разработке конструкции и метрологических характеристик измерителя глубины погружения подводного аппарата. Особенности поставленной задачи по разработке измерителя глубины погружения аппарата заключаются, фактически, в предельных показателях точности (среднее значение погрешности не более 0,06 %) во всём диапазоне измерений (до 10000 метров ) и в предельно минимальных весогабаритных параметрах. Немаловажным фактором является также и то, что главным условием разработки является применение отечественного сенсора давления. Выбор сенсора КНС типа объясняется наличием отечественных производителей данного типа приборов, высокими исходными метрологическими характеристиками, а также наличием у разработчиков эталонной и экспериментальной базы, прежде всего калибраторов давления класса 0,02 %, для проведения исследований и выпуска. Исследование и формирование конструкции проводится на основе моделирования напряжений и деформаций в корпусе датчика, оптимизации геометрических и весогабаритных параметров. В качестве критерия допустимых деформаций конструкции под действием объёмного сжатия корпуса принято значение перемещений в области сочленяемых деталей конструкции не более 0,1 мкм. Дальнейшее уменьшение габаритов предусматривает отказ от кабельной связи датчика с бортом, в этом случае нет необходимости в применении герметизированных контактов высокого давления, важных элементов при кабельной передаче. Формирование метрологических характеристик производится на основе разработанного подхода к созданию модели измерительного процесса, и прежде всего измерительного преобразователя давления на основе КНС сенсора, в виде полинома третьей степени, и дальнейшего ранжирования моделей по значению погрешности. Коэффициенты полинома определяются на основе решения регрессионной задачи на этапе калибровки измерителя глубины,(датчика). В качестве методов оценки суммарной погрешности измерения применены традиционные методы современной теории погрешности, оценки систематической и случайной составляющих. Высокая точность разработанного метода коррекции погрешности измерения подтверждена на малых значениях глубины погружения. Приведены результаты исследований временного дрейфа датчика глубины, позволяющего его длительное применение без проведения операций автоматической коррекции временного дрейфа. Для исключения влияния на точность измерения атмосферного давления и плотности морской воды предусмотрено получение данных об этих факторах по цифровому каналу передачи данных.

Скачать в PDF

Ключевые слова Конструкция; метрология, погрешность; датчик; глубина; калибровка; полином, давление.
Библиографический список 1. Мазин В.Д. Методы расчетной оценки погрешностей датчиков // Датчики и системы. – 2001. – № 2. – С. 2-5.
2. Бычков В.В. Высокоточные аналоговые и цифровые измерительные преобразователи давления: дисс. … канд. техн. наук. – Томск, 2004. – 232 с.
3. Ivanov E., Izaak T., Svinolupov Yu. The capacitance sensor of differential pressure // The 16th Conf. on Solid-State Transducers ‘EUROSENSOR XVI”, Sept. 15 – 18, 2002, Prague. – P. 777-778.
4. Masayoshi E., Shaichi Sh., Yosinori M. at al. Capacitive pressure sensor // Trans. Instr. Electron., Inform. and Commun. Eng. – 1996. – Vol. 73, No. 2. – P. 91-98.
5. Свинолупов Ю.Г., Криворотов Н.П., Бычков В.В. Прецизионные цифровые измерители избыточного давления // Электронная промышленность. – 2002. – № 2/3.
6. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 272 с.
7. ООО "СКТБ ЭлПА". – URL: http://www.sktbelpa.ru (дата обращения 10.02.2015).
8. Савельев Ю.В. Специализированные прецизионные пьезорезонансные датчики давления // Приборы. – 2013. – № 5. – С. 18-20.
9. Стучебников В.М. Стуктуры «кремний на сапфире» как материал для преобразователей физических величин // Радиотехника и электроника. – 2005. – Т. 50, № 6. – С. 678-696.
10. ЗАО «ВИП». – URL: http://www.zaovip.ru/ (дата обращения 10.02.2015).
11. Zhang Yan-Hong, Chen Yang, ZhaoHua Zhang. A novel pressure microsensor with 30-mkm-thick diaphragm and meander- shaped piezoresistors partially distributed on high-stress bulk silicon region // IEEE Sensors Journal, December 2007. – Vol. 7, No. 12. – P. 1742-1748.
12. Lijia Pan, Alex Chortos, Guihua Yu, Yaqun Wang, Scott Isaacson, Ranulfo Allen, Yi Shi, Reinhold Dauskardt, Zhenan Bao. An ultra-sensitive resistive pressure sensor based on hollow-sphere microstructure induced elasticity in conducting polymer film // Nature Communications. – 2014. – No. 5: 3002.
13. Ha-Duong Ngo, Biswaijit Mukhopadhyay,Oswin Ehrmann, and Klaus-Dieter Lang. Advanced Liquid-Free, Piezoresistive, SOI-Based Pressure Sensors for Measurements in Harsh Environments // Sensors (14248220). – Aug 2015. – Vol. 15, Issue 8. – 20305.
14. Huiyang Yu, Jianqiu Huang. Design and Application of a High Sensitivity Piezoresistive Pressure Sensor for Low Pressure Conditions // Sensors. – 2015. – No. 15 (9). – P. 22692-22704. Doi:10.3390/s150922692.
15. SolidWorks Simulation. – URL: http://ascon.ru/ (дата обращения 10.02.2015).
16. Вавилова Г.В. Математическая обработка результатов измерения: учебно-методическое пособие. – Томск: ТПУ, 2013. – 160 с.
17. ГОСТ 8.0009-84 ГСИ. Нормируемые характеристики средств измерения.
18. ГОСТ 8.207-76 ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями.
19. ГОСТ Р 54500.1-2011. Руководство ИСО/МЭК98-1:2009 «Неопределенность измерения. Ч. 1. Введение в руководство по выражению неопределенности измерения».
20. ГОСТ Р 54500.3.1-2011. Руководство ИСО/МЭК98-3:2008. Дополнение 1: 2008 «Неопределенность измерения. Ч. 3. Руководство по выражению неопределенности измерений.

Comments are closed.