Имитационное моделирование датчика абсолютного давления
Рассмотрение имитационного моделирования как мощного инструмента исследования поведения реальных систем. Результаты исследования с применением имитационного моделирования девиации емкости от начального межэлектродного зазора датчика абсолютного давления.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 24.02.2019 |
| Размер файла | 496,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Пензенский государственный университет
Имитационное моделирование датчика абсолютного давления
М.А. Фролов, А.А. Тугускин, А.Э. Шуртин
Имитационное моделирование является мощным инструментом исследования поведения реальных систем. Методы имитационного моделирования позволяют собрать необходимую информацию о поведении системы путем имитационного эксперимента. Целью имитационного моделирования является определение влияния воздействия внешних факторов на работоспособность пьезоэлектрического датчика абсолютного давления, предназначенного для преобразования быстропеременных давлений в жидких и газообразных средах в электрический сигнал [1,2,3].
При помощи программного комплекса "Solid Works" были проведены исследования с применением имитационного моделирования девиации емкости от начального межэлектродного зазора датчика абсолютного давления [4,5].
При проведении имитационного моделирования решались следующие задачи:
1) Определить оптимальную толщину мембраны, обеспечивающую ее перемещение 9ч13 мкм при её внутреннем диаметре Ш9Н8.
2) Определить напряжения, возникающие в мембране при геометрических параметрах, определенных по п.1, под действием номинального давления.
3) Определить девиацию рабочих ёмкостей при зазорах между обкладками, равными 20ч25 мкм.
Схема граничных условий для определения перемещения мембраны и критических напряжений, возникающих в конструкции, изображена на рисунке 1.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 1 - Схема граничных условий
имитационный моделирование давление датчик
В результате имитационного моделирования была определена толщина мембраны h=0,78-0,015 (рисунок 2), при заданном внутреннем диаметре - Ш9Н8. Оптимизация толщины производилась по среднему значению требуемого перемещения центра мембраны с учётом допуска на её внутренний диаметр.
Рисунок 2 - Эскиз чувствительного элемента с измененной конструкцией
Эпюры распределения напряжений и перемещения, под действием номинального давления 250 кгс, для толщины мембраны h=0,78 мм изображены на рисунке 3а и для толщины мембраны h=0,765 мм - на рисунке 3б.
Размещено на http://www.allbest.ru/
а)
Размещено на http://www.allbest.ru/
б)
Рисунок 3 - Эпюры распределения напряжений и эпюры перемещений
На рисунке 4 представлены графики зависимости девиации от начального межэлектродного зазора для мембраны толщины h=0,78 мм с максимальным прогибом 14,1 мкм и, соответственно, толщины h=0,765 мм с максимальным прогибом 14,7 мкм. Прогиб определялся на основе эпюр перемещений рисунка 3.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 4 - Графики зависимости девиации емкости от начального межэлектродного зазора
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 5 - Эпюры перемещений для жестко закреплённых по контуру мембран
Результаты моделирования изменения емкости мембраны при изменении начального расстояния между обкладками приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Изменение емкости деформированной мембраны при изменении начального расстояния между обкладками от 20 до 25 мкм
|
Расстояние между обкладками, мкм |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
|
|
Емкость для мембраны толщиной 0,765 мм, пФ |
19,81 |
18,162 |
16,791 |
15,627 |
14,624 |
13,749 |
|
|
Емкость для мембраны толщиной 0,78 мм, пФ |
19,279 |
17,739 |
16,444 |
15,337 |
14,378 |
13,537 |
В результате проведенного имитационного моделирования была определена оптимальная толщина мембраны - h=0,78-0,015, построены графики девиации рабочей емкости для различных зазоров между обкладками и эпюры механических напряжений в мембране при заданных размерах мембраны.
Указанная толщина h=0,78-0,015 была выбрана из следующих соображений. На рисунке 5 представлены эпюры перемещения мембран аналогичных толщин при условии, что стенки корпуса абсолютно жесткие, т.е. осуществляется краевое условие абсолютно жесткой заделки мембраны (см. рисунок 1). Как видно из эпюр, перемещения существенно отличаются в меньшую сторону от перемещений на рисунке 3. Это происходит в силу так называемого эффекта «колпачка», т.е. когда в общем перемещении кроме мембраны так же участвуют стенки корпуса.
Однако имитационное моделирование (рисунок 3) проводилось на основе однородной модели, т.е. в ней не учитывались влияние областей сварки чувствительного элемента с корпусом и соответствующих эффектов изменения механических свойств у сплавов под влиянием высоких температур и последующей рекристаллизации в сторону упрочнения стенок датчика.
Таким образом, реальные значения для перемещений мембраны заданной толщины находятся между значениями 10,4-14,12 мкм (с учетом допуска 10,7-14,7 мкм).
По результатам моделирования коэффициент запаса прочности по критическим напряжениям составляет: 2,84, что так же обосновывает выбор указанной толщины.
Для сравнения влияния минимальной толщины мембраны на её перемещение проводилось моделирование с толщиной h=0,8-0,015 мм. Перемещение мембраны, соответственно для абсолютно жесткого закрепления и с перемещением стенок корпуса, составляют: 9,71-13,29 мкм (10,1-13,83 мкм). Значение девиации при данном исполнении мембраны уменьшится на 5%. При данной толщине мембраны так же обеспечивается требуемое условие по девиации.
Список используемых источников
1. Фролов М.А., Мусаев Р.Ш., Трофимов А.А. Имитационное моделирование чувствительного элемента датчика давления струнного типа // Датчики и системы. - 2014. - № 7. - С.22 - 25.
2. Мусаев Р.Ш., Фролов М.А., Трофимов А.А. «Имитационное моделирование чувствительного элемента тензорезистивного датчика абсолютного давления» Журнал «Измерения. Мониторинг. Управление. Контроль». № 2, 2012 г. - с. 51-55.
3. Богуш М.В. Проектирование пьезоэлектрических датчиков на основе пространственных электротермоупругих моделей. Изд-во Техносфера, 2014.
4. Алямовский А.А. - Инженерные расчеты в SolidWorks Simulation. М.:ДМК Пресс, 2010. 464с.
5. Конюхов А.В. - "Основы анализа конструкций в Ansys": Казанский государственный университет - 2001.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Технология проведения монтажных работ, настройка и калибровка датчика давления Метран-150-CD. Принцип действия и способы устранения неисправностей датчика. Ремонт и обработка прибора, корректировка его с помощью настроечного механизма водосчетчика.
отчет по практике [190,4 K], добавлен 18.04.2015Применение устройств для измерения давления, основанных на принципе пьезоэлектрического преобразования. Принцип получения сигнала. Характеристика устройства датчика избыточного давления Yokogawa EJA430 на приеме нефтеперекачивающей станции ЛПДС "Торгили".
курсовая работа [941,1 K], добавлен 25.12.2012Регулирование и контроль давления пара в паровой магистрали для качественной работы конвейера твердения. Стабилизация давления с помощью первичного преобразователя датчика давления Метран-100Ди. Выбор регулирующего устройства, средств автоматизации.
курсовая работа [318,8 K], добавлен 09.11.2010Исследование моделирования медицинского аппарата пульсовой аналитической системы. Задача оценки степени объективности метода моделирования применительно к объекту. Использование метода декомпозиции. Рекомендации по применению алгоритма моделирования.
статья [23,6 K], добавлен 06.09.2017Понятие модели системы. Принцип системности моделирования. Основные этапы моделирования производственных систем. Аксиомы в теории модели. Особенности моделирования частей систем. Требования умения работать в системе. Процесс и структура системы.
презентация [1,6 M], добавлен 17.05.2017Обоснование приборов и устройств автоматического контроля и регулирования экстрактора противоточного типа. Выбор датчика давления в теплообменнике, расходомера, датчика температуры, регуляторов, уровнемера. Спецификация на выбранные средства измерения.
курсовая работа [831,3 K], добавлен 06.03.2011Материальный баланс процессов в рабочем пространстве рекуперативного нагревательного колодца. Выбор датчика давления, преобразователя, исполнительного механизма, пускателя, блока ручного управления, регистратора и программируемого логического контроллера.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 14.07.2012Характеристика полиэтилена высокого давления. Физико-химические свойства. Нормативно-техническая документация. История возникновения и развития ОАО "Казаньоргсинтез". Назначение и особенности IDEF0-моделирования. Модель производства процессов "Как есть".
курсовая работа [42,5 K], добавлен 03.05.2015Пакет Flow Simulation программы Solidworks 2012. Моделирование аэродинамической трубы на примере ПВД, получение эпюр распределения давления. Распределение давления вблизи корпуса. Динамическое давление внутри трубки Пито. Приемник статического давления.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 29.05.2014Построение технологической схемы объекта автоматического регулирования. Выбор датчика уровня жидкости в емкости, пропорционального регулятора, исполнительного механизма, электронного усилителя. Расчет датчика обратной связи, дискретности микроконтроллера.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 20.10.2013Состав локальной системы автоматического управления (САУ). Выбор термоизмерительного датчика давления. Расчет датчика перемещения обратной связи локальной системы управления. Выбор усилителя мощности, двигателя, редуктора. Расчет передаточной функции САУ.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 20.10.2013Понятие давления как физической величины. Типы, особенности устройства датчиков давления: упругие, электрические преобразователи, датчики дифференциального давления, датчики давления вакуума. Датчики давления, основанные на принципе магнетосопротивления.
реферат [911,5 K], добавлен 04.10.2015Описание работы визира оптического устройства. Использование трёхмерной модели для расчёта изделия методами имитационного моделирования. Разработка технологического процесса детали "Стойка". Выбор режущего инструмента, режимов резания, оборудования.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 27.10.2017Определение параметров и проектирование расчетной схемы механической части электропривода. Выбор комплектного преобразователя и датчика координат электропривода. Разработка программного обеспечения для компьютерного моделирования электропривода.
курсовая работа [845,8 K], добавлен 25.04.2012Расчет двигателя в системе имитационного моделирования "Альбея". Изучение характера изменений действующих на кривошипно-шатунный механизм сил в процессе работы двигателя, а также определение максимальных усилий на детали для прочностного расчета.
курсовая работа [3,6 M], добавлен 25.01.2014Рассмотрение контрольно-измерительной аппаратуры и вспомогательных механизмов, используемых в автоматизации магистрального насосного агрегата перекачки нефти: термопреобразователя, датчика давления Метран-100 и виброизмерительного прибора "Янтарь".
курсовая работа [472,9 K], добавлен 23.06.2011Принципы работы датчиков перемещения предметов, их практическое применение. Бесконтактная связь между элементами в устройствах. Разработка конструкции датчика и технического процесса сборки измерительной систем. Редактирование габаритных размеров датчика.
курсовая работа [525,2 K], добавлен 06.11.2009Рассмотрение основных особенностей моделирования адаптивной системы автоматического управления, характеристика программ моделирования. Знакомство со способами построения адаптивной системы управления. Этапы расчета настроек ПИ-регулятора методом Куна.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 24.04.2013Коллектор гусеничного трактора ЧЕТРА ЧН6 для подвода масла в систему гидроуправления и смазки коробки передач, а также для установки электромагнитного клапана и датчика давления. Анализ технологичности детали. Проектирование и расчеты заготовки.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 19.06.2013Назначение, свойства, устройство и конструкция измерительного преобразователя для измерения давления на выходе внешнего датчика, его преобразования в цифровой сигнал и вывода полученного сигнала на ЖКИ. Общая характеристика основных видов манометров.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 28.09.2010
