|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы Для рассчитанной толщины стенки h необходимо проверить штуцер на критический момент затяжки при монтаже датчика на изделии. Для наиболее распространенных на практике штуцеров [13] л/х < р < 6,5л-, где л = 1/з (1 - р2) Va/lr, Р = а. Критический крутящий момент вычисляется по формуле Доннелла: Лк = J-]. [2,8 + /2,6 + 0,495(1 - р)/{l/af [а/ЩЩ. При этом крутящий момент, используемый при монтаже датчика [см. формулу (5.16)] должен быть меньше М. Напряжения, возникающие при этом в штуцере, подсчиты-ваются по формуле т = Mj2naVi. При выполнении условия Мк < М расчетные значения размеров стенки штуцера удовлетворяют условию монтажа датчика. Проведенный выше анализ показывает, что подсоединительные элементы датчиков являются одними из наиболее нагруженных в общей совокупности конструктивных элементов датчика. Поэтому крайне нежелательно использование этих конструктивных элементов в качестве одного из звеньев размерной цепи, охватывающей преобразователи давления в другой физический параметр. К сожалению, это требование вступает в противоречие с другими требованиями, предъявляемыми к компоновочным решениям датчика, например требованиями минимальных массы и размеров датчика, технологичности механической обработки и сборки деталей датчика и т. п. В этих случаях рациональное компромиссное решение может быть получено как путем варьирования положения резьбовых и уплотнительных элементов относительно других элементов датчика, так и путем соответствующего увеличения жесткости и прочности этих элементов. Преимущества и недостатки наиболее распространенных технических решений отмечены в табл. 5.5. Материалы этой таблицы свидетельствуют, что универсального решения этой технической задачи не существует, хотя в каждом конкретном случае может быть найдено одно или даже несколько приемлемых решений. 5.4. УЗЛЫ, ПРЕДОХРАНЯЮЩИЕ ДАТЧИКИ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЛИЯЮЩИХ, ФАКТОРОВ При оценке суммарной погрешности датчиков будет показано, что составляющие дисперсии результатов измерения могут быть представлены в виде произведения двух сомножителей (дк/дхУ0Х[. Первый сомножитель определяет чувствительность датчика к влияющему фактору, а второй характеризует мощность (дисперсию) влияющего фактора. Характер приведенного соотношения непосредственно определяет два принципиально различных направления минимизации погрешности. Уменьшения погрешности можно достигнуть либо путем уменьшения чувствительности датчика к влияющему фактору, либо путем уменьшения мощности воздействия самого влияющего фактора на чувствительную часть датчика. Первый путь реализуется, как правило, схемным решением, а второй путь - в основном конструктивным. В процессе проектирования разработчик решает задачу минимизации погрешности именно в указанной последовательности. На первом этапе выбирают метод измерения, разрабатывают измерительную схему, в которую вводят специальные компенсирующие элементы, выбирают оптимальные соотношения элементов схемы. После того, как схемное решение оказалось исчерпанным, конструктор начинает продумывать пути подавления наиболее интенсивных влияющих факторов. С этих позиций рассматривают конструкционные материалы, конфигурацию отдельных элементов датчика, дополнительные приспособления и устройства, подавляющие помеху. Схемные пути минимизации погрешностей достаточно подробно рассмотрены в главах, касающихся проектирования конкретных датчиков, поэтому остановимся здесь на методах, обеспечивающих уменьшение амплитуды влияющих факторов. Путь конструктивного уменьшения погрешностей датчика сводится к созданию устройств, которые бы защищали датчик от воздействия влияющего фактора. Принципиально поставленная задача по способу получения энергии, необходимой для противодействия влияющему фактору, может решаться двумя путями: противодействие влияющему фактору без потребления дополнительной энергии от источников питания - пассивная защита; противодействие влияющему фактору с потреблением энергии от источников питания - активная защита. Говоря об общих положительных свойствах средств пассивной защиты, следует отметить их простоту, надежность, способность снижать чувствительность датчика как к самому влияющему фактору, так и к его первой производной по времени. Способность средств пассивной защиты уменьшать скорость изменения влияющего фактора является одним из определяющих преимуществ этого метода. Однако, обладая перечисленными выше положительными свойствами, методы пассивной защиты становятся совершенно не эффективными при воздействии медленно меняющихся факторов или факторов, которые в процессе измерения резко изменились и в дальнейшем остаются постоянными. К таким факторам можно отнести изменение питающего напряжения датчиков, температурные колебания измеряемой и окружающей сред, резкое изменение температуры измеряемой среды, которая в дальнейшем остается постоянной (термоудар), изменение положения прибора в пространстве и др. В этом случае приходится применять различные методы активной защиты, которая заключается в стабилизации перечисленных выше факторов: стабилизации питающих напряжений; стабилизации рабочей температуры наиболее ответственных элементов путем помещения их в миниатюрные термостаты с автоматическим ее поддержанием и, наконец, стабилизации положения аппаратуры в пространстве с помощью гироскопов и гидро-стабилизированных платформ. Таким образом, средства активной защиты используют энергию от дополнительных источников питания для подавления (стабилизации) сигналов помехи. Если средства активной защиты интерпретировать как электрический фильтр, то его частотную характеристику можно представить в виде, показанном на рис. 5.9. В области низких частот фильтр подавляет сигнал помехи, а в области высоких частот нет, т. е. устройство перестает выполнять свои функции. Верхняя граничная частота средств активной защиты определяется запасом энергии у источников питания. Можно сделать вывод, что наиболее надежным методом защиты датчиковой аппаратуры является комбинированная защита с помощью пассивных и активных методов. Однако средства активной защиты обладают такими недостатками, как громоздкость, большая потребляемая мощность, сложность и высокая стоимость. Все эти недостатки либо резко уменьшают область применения датчиковой аппаратуры, в которой используется активная защита, либо практически лишают возможности ее применения в датчиках, в которых к этим параметрам предъявляют чрезвычайно жесткие требования. Поэтому основное внимание при проектировании датчиковой аппаратуры уделяется  Рис. 5.9. Частотная характеристика средств активной защиты  L,CM Рис. 5.10. Зависимость собственной частоты фильтра с жидкостным или газовым заполнением от его длины: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 [ 38 ] 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 |