Введение к работе
Актуальность проблемы. Автоматизация мзводства, повызяение требований к качеству выпускаемой щукции, применение автоматизированных систем управления с :ользованием ЭВМ - все это предъявляет и более высокие бования к контрольно-измерительным средствам.
Основную долю производственных измерений составляют ейно-угловые измерения. Их удельный вес в отечественном иностроении составляет 90-95 %, при производстве электронной аратуры - до 50-60 *. В зарубежной производственной практике нолю линейных измерений приходится до 80-90 % задач контроля эства.
Как показала статистическая обработка 10000 публикаций в
I области за 1989-1990 г.г. отечественных и зарубежных статей
шграфий, авторских свидетельств и патентов на изобретения,
іритетнши являются исследования, направленные на создание
иков параметров движения и линейных и угловых перемещений,
косвенно отражает существенный дефицит в таких датчикаї.
Разработка датчиков параметров движения и линейно-угловых
мещений и, в частности датчиков микроперемещений,включает в
стве первого звена долучейие первичной измерительной
рмации о параметрах технологического процесса.
Приходится констатировать, что из всей цепочки получения,
Зотки и использования информации до сих пор наиболее слабым
зтся именно это первое звено. На фоне бурного развития
:тв переработки и использования информации (вычислительной
пси, кибернетики, робототехники и т.п.) такое отставание
!тв измерительного преобразования особенно заметно. Конечно,
я в создании вычислительных устройств, в особенности широкое
юкие микропроцессорных комплексов,в определенной мере могут
бствовать улучшению характерен» и первичных измерительных
разователей (линеаризация, периодическая поверка и коррекция
аточных характеристик, реализация совокупных и совместных
ений и т.д.). Однако этим путем вряд ли возможно кардинальтто
ь упомянутую проблему.
Перспективным направлением следует считать разработку и широкое внедрение таких первичных измерительных преобразователей (далее первичных преобразователей), которые основаны на линейных зависимостях "вход-выход", инвариантных по своей природе к влиянию неблагоприятных внешних воздействий, поддающихся расчету и воспроизведению, в том числе при массовом и серийном производстве, совершающих минимальное число измерительных преобразований в тракте, несложных в изготовлеіши, наладке и настройке. К числу таких перспективных устройств, пригодных для решения широкого круга задач измерения микроперемещения, можно отнести емкостные первичные преобразователи.
Следует отметить, что большинство нерешенных задач при преобразовании линейных величин в производственных условиях связано с бесконтактными микроперемещеннями заземленных поверхностей (толщина фольг и лент, форма изделий, давление веществ в трубопроводе, вибрация и деформация изделий и др.).
Вшэстные певичные преобразователи делятся на два вида : двухэлектродные и трехэлектродные. Преимуществами трехэлектродных первичных преобразователей перед двухэлектродными являются высокая стабильность, помехоустойчивость и нечувствительность к различного рода влияющим величинам.
Из трехэлектродных первичных преобразователей наибольшей стабильностью обладает П-образный, первичный преобразователь. обрвзушіЗ с заземленным объектом перемещения "перекрестный конденсатор", разработанный профессором, доктором технических наук А.Л.Грохольским и исследованный им экспериментально.
Настоящая работа является продолжением исследований начатых профессором А.Л.Грохольским.
Работа по теме диссертации выполнялась по договору с Барнаульским ОКНА НПО "Химавтоматика". а также по контрактам с НТЦ "Ангстрем" Алтайского филиала Инженерной академии РФ.
Целью настоящейработы являете* теоретические исследования трехэлектродного еккостногс П-обрезного первичного преобразователя микроперемещений пр произвольных размерах его сечения и разработка на основе эта исследований конструкций первичных преобразователей с
оптимальнім! параметрами.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие основные задачи:
1. Рассчитана емкость П-оОразного первичного преобразователя
: произвольными размерами.
2. Произведен анализ емкостей и определены основные
іетрологичесие характеристики первичных преобразователей.
3. Дан расчет и разработана методика проектирования ервичных преобразователей.
4. Проведены экспериментальные исследования, определена бласть применения разработанных первичных преобразователей. Для эшения поставленных задач применялся метод конформных реобразоьаниЯ и непосредственного определения напряженности эля. Экспериментальные исследования выполнялись на разработанных габорах и специально созданных стендах.
Научная новизна выполненных исследовании и ізработок заключается в следующем:
-
Методом конформных преобразовании и непосредственного іределения напряженности поля получена точная формула для счета емкости модели П-образного трехэлектродного первичного еобразователя с пятью произвольными размераки.
-
На основе общего решения найдено шесть основных частных учаев для расчета емкостей первичных преобразователей, ссчитаны на ЭВМ их численные значения.
3. Найдены и сопоставлены основные метрологические
рактористикн трех типов первичных преобразователей.
4. Дан расчет и разработана методика проектирования
юйного колланарного первичного преобразователя с приведенной
'решностью преобразования менее 0,1 %. Конструкция первичного
іобразователя затинена авторским свидетельством на изобретение.
Практическая ценность проведенной научно- '. ледовательской работы:
1. Получены точные выражения и таблицы с численными чениями, позволяющие с малой погрешностью рассчитать ималыше параметры основных типов первичных преобразователей роперемещений.
2. Предложены конструкция и современная технологи*
изготовления линейного коштнарного первичного преобразователя.
3. Предложенные методики расчета емкостей могут биті
использованы при расчете образцовых расчетных конденсаторов і
резисторов, конструировании печатных плат, интегральных схем и ді
Реализация результатов работы. Нг основе проведенных исследования копланарного первичногс преобразователя, защищенного авторским свидетельством -нг изобретение, и предложенных автором измерительных цепей, Е Барнаульском ОКБА НПО "Химавтоматика" разработаны и изготовлены: прибор для измерения уикроперемещений ИП-1, девятиканальна? система для измерения отклонения формы маски дисплейній кинескопов JHM-1, прибор для измерения толщины движущейся ленть ИТЛ-1, а в НТЦ "Ангстрем" - трехканальная система для измерения отклонений толщины ленты ИТЛ-2. Система 1ЮЫ-1 внедрена на заводе "Хромотрон" (г. Москва), приборы ИТЛ-1 в количестве 8 шт. - не заводе "Спецсплавов" (г. Москва), системы ИТЛ-2 в K"j^мес-^ь : шт. - на Выксунском металлургическом комбината. Приборы ИТЛ-1 и ИТЛ-2 прошли ведомственную метрологическую аттестацию.
Апробация работы. Материалы диссертационноа работы докладывались и обсуждались на научно-техническом семинаре кафедры "Информационные технологии" АлтГТУ, докладывались в г. Барнауле на Всесоюзных совещаниях: "Оптические сканирующие устройства" (1990 г.), "Измерения и контроль при автоматизации производственных процессов" (1991 г.). Первых международных конференциях: "Нанотэхнология, наноэлектроника и криоэлоктроника" (1992 г.), "Датчики электрических и неэлектричееких величин" (1993 г.).
Публикации. По материалам выполненных е диссертационной работе исследований опубликовано шесть печатнш работ, получено одно авторское свидетельство на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 101 странице машинописного текста, иллюстрируется рисунками на 17 страницах, содержит 8 таблиц, состоит иэ введения, трех глав, Заключения, Списка литературы из 80 наименования и Приложения.
