Ұшақ альтиметрінің жұмыс істеу принципі және конструкциясы

 

1.4-сурет.  ВД-17 биіктікті өлшегіштің сыртқы түрі

1.5-сурет ВД-17 биіктікті өлшегіштің кинематикалық үлгілері  1-анероидты қораптар; 2,3- центрлер; 4 -  биметаллик білік 5, 6 – штифттер 7, 8- тартқыштар; 9-ауысу ось; 10-өркешті сектор; 11 – биметаллик пластинка; 12, 13 - тіреулер; 14 – серіппелі ауырлық; 15 - серіппе; 16 – реттеуші бұранда; 17-25 - тегершіктер; 26 - қылшық; 27, 28 - остер; 29, 30 - тетіктер; 31 - қорапша; 32 – барометрлік қысым шкаласы; 33 -  кремальер басы

Биіктік өзгергенде самолетті  қоршап тұрған ауа қысымы да өзгереді.Құрылғы корпусында штуцер арқылы қысымы өзгергенде,ол құрылғы ішіне беріледі.Сол арқылы жоғарғы центрінің қозғалуын тудыратын қораптар топтамасында деформация жүреді.  2.Бұл қозғалыс 7 тартқышы және тегершік арқылы 29 құрылғысының үлкен тетігіне және тегершікті құрал арқылы 30 құрылғысының кіші тетігіне беріледі.

Рис. 1.5. ВД-20 биіктікті өлшегіштің кинематикалық үлгісі.

 

1,2- Анероидты қораптардың топтамасы; 3 - қораптардың топтамасы қозғалмайтын центрі; 4 - қораптардың топтамасының қозғалатын центрі; 5, 25 – температуралық өтемдеуіш; 6 - тартқыш; 7 – аралық білікше; 8 - өркешті сектор; 9, 11, 14 - трибоктар; 10, 15, 16, 17-тегершіктер; 12-үлкен тетік; 13 - сыртқы шкала; 18 – кіші тетік; 19-кремальера; 20-қысым шкаласы; 21, 22 - индекстер; 23 –қозғалатын негіз; 24 – 10 сектордың серіппелі 9 ось теңгергіші

     Құрылғы тетігі  шкала бойынша самолеттің ұшу  биіктігін көрсетеді(метр-де). Бұл  тетік биіктік 1000м-ге өзгергенде  толық бір айналым жасайды.  Құрылғының кіші тетігі қшу  биіктігін км-де көрсетеді.  Ол биіктік 10000 м-ге өзгергенде толық бір айналым жасайды.

33 кремальеры көмегімен  құралдың барометрлік қысымының  өзгеруіне өзгеріс енгізуге болады. Жер табанында құрылғы дәлсіздігі  ±20 м,ал 17000м биіктікте ±300м.

 

Кремникалы криссталлдар негізіндегі биіктікті өлшеуіштермен  салыстыра отырып, металликалық сезімтал элементтері бар барометрлік биіктікті өлшеуіштердің негізгі дәлсіздік көздерін қарастырайық. Металликалық сезімтал элементтері бар барометрлік биіктікті өлшеуіштердің аспаптық,аэродинамикалық және әдістемелік қателері тән.

Аспаптық қателіктер механизмді жасаудың кемелсіздігінен,құраушы  бөлшектердің тозуынан және сезімтал элементтің қасиеттернің өзгеруінен туындайды.Бұлар лабораториялық жағдайларда анықталады.Лабораториялық зерттеулер қорытындылары бойынша әр түрлі ұшу биіктіктері үшін аспаптық түзетулері көрсетіоген кестелер құрылады.Сондай-ақ,кремнилық датчиктердің металликалық мембрана негізінде жасалған ұқсас құрылғылардан ерекшелігі-көрсеткіштердің ұзақ уақыттық тұрақтылығы. Кремнийдің біртекті кристаллы өзінің төтенше жүктеме кезінде де өзгермейтін аса иілгіштігімен күш салуға өте ыңғайлы материал болып табылады. Оған  басқа дифрагмалар сияқты күш салуды тоқтатқаннан кейін пішінін өзгерту тән емес.Ол күш салу салмаудан тәуелсіз не өзінің дәл бастапқы геометриясын сақтайды не деформациялану мүмкіндігі шегінен шығып кеткен жағдайда қирайды.

Аэродинамикалық қателіктер ұшу кезінде ауа ағынының  қабылданатын жерінде бұрмаланып, атмосфералық қысымның дұрыс емес өлшенуінен туындайды.Әсіресе,үлкен жылдамдықпен ұшқан кезде.Бұл қателіктер  ұшу жылдамдығына,ауа қысымын қабылдағыш түріне және оның орналасуына байланысты.Қателіктердің бұл түрі барометрлік биіктікті өлшегіштің сезімтал элементтерінің типіне байланысты емес және әр түрлі конструкциялық шешімдермен жойылады.

Әдістемелік қателіктер биіктікті  өлшегіштің шкаласына салынған мәндерінің шын мәніндегі атмосфералық мәндерімен сәйкес келмеуінен туындайды:ауа қысымы = 760 ммрт ст., температура = 15° С,температуралы тік градиент = 6,5° 1000м биіктікте.

Әдістемелік қателіктер үш құрамдас бөліктен тұрады.Бірінші-барометрлік  қателік.

Ұшу кезінде барометрлік  биіктікті өлшеуіш биіктікті  шкалаға берілген қысымға қатысты өлшейді.Ол қысымның бағыт бойынша өзгеруін есепке алмайды.Әдетте атмосфералық қысым бір мезгілде жер бетінің әр нүктелерінде әр түрлі.Сондықтан, дәлме дәл биіктік атмосфералық қысымның таралуы бойынша өзгеріп отырады.Жүру бағыты бойынша атмосфералық қысым төмендеген кезде дәлме дәл биіктік өседі,ал қысым жоғарылағанда төмендейді.Солайша ,жер бетіндегі атмосфералық қысымның тұрақсыздығынан барометрлік қателік туындайды.

    Н_бар     қателігі  келесідей есепке алынады:ұшу алдында биіктікті өлшегіштің тетігі нолге қойылады; қонардың алдында қысымды қонатын аэродром қысымына теңестіру. Кремнилы датчиктер жағдайында қысымды нолге қойғаннан кейін түзетпе автоматты түрде жүзеге асады.

             Әдістемелік қателіктің екінші  құрамдас бөлшегі Н_{темп     ,} биіктікті өлшегіштің механизмнің есептуішінде биіктікке берілген стандартты мәндердің шын мәніндегі ауа температурасының таралуына сәйкес келмеуінен.Температуралық қателіктер төмен биіктіктерде ұшқанда және суық мезгілдер кезінде таулы аймақтарда ұшқанда аса қауіпті.

Практика жүзінде төмен  биіктіктердегі нақты ауа температурасының стандартты температурадан  3° -қа ауытқуы  өлшенетін биіктікте 1% қате тудырады. Әдетте,әдістемелік температуралық түзету НЛ-10М навигациялық сызғышы арқылы немесе  НРК-2 навигациялық есептеуіші арқылы ескеріледі.Сезімталдық,ығысу(дифрагмаға әсер ететін қысымның нолдік мәні кезінде шығарылатын кернеу) және қысымның микромеханикалық датчиктерінің кернеуді көрсететін диапазондары температураға тәуелділігі термотолыққан құралдарды әзерлеуге алып келді.  Термотолықтыру құралды түрде де алгоритмді түрде де жүзеге асырылады.

Осылайша ,Motorola фирмасы температуралы  толықтыру үшін вакуумды әдіспен  шаңдатылған үлдірлі резисторларды  қолданады.Содан соң оларды қысым  датчиктерін талап етіліп отырған  сипаттамаға сәйкес келгенше лазер  арқылы керекті түрге келтіреді.

Температураның 0 - 80 °C диапазонында қысымның өзгеруіндегі қателік   ±1% и ±2% -50÷+125° С температура диапазонында.

      Үшінші  құрауыштың пайда болу себебі,биіктікті өлшеуіш ұшу барысында ұшып бара жатқан аймақтағы биіктіктікке қатысты емес, атмосфералық қысымы құрылғыға белгіленген изобаралық беттің дәрежесіне байланысты көрсетеді. Ұшып бара жатқан аймақ бедері неғұрлым күрделі болған сайын,биіктікті өлшеуіштің көрсеткіші нақты биіктіктен соғұрлым ауытқиды.

       Кремнилы  сенсордың тағы бір артықшылығы  сезгіштігі жоғары.Бұл көрсеткіш тензорезистивті қабатпен шаңдалған металлды дифрагмасы бар классикалық тензоөндегіштерден жүз есе көп.Үшінші артықшылығы- дәлдігі жоғары және  «қысым-кернеу» өңдеу сипаттамасының туралығы.Өлшегіш белдіктің пьерорезисторларының молекулалы деңгейде кремнилы дифрагмамен тұтасуы деформацияның берілуімен байланысты олқылықтарды алып тастайды.

Жартылай өткізгішті датчиктердің негізгі артықшылығы ықшамдылығы,арзан, жоғары сенімділігі және қолданудағы  оңйлылығы.

Сонымен, микромеханикалық қысым датчиктері негізіндегі электронды биіктікті өлшегіш(сурет 1.5) металлды сезгіш элементтер  негізінде жасалған биіктікті өлшегіштерге қарағанда көптеген артықшылықтары бар.Соның ішінде:соғулар мен вибрацияларға орнықтылығы ,автоматты түрде нолге түзеле алатындығы,автоматты түрде түзелу мүмкіндігі,электронды навигация жүйесімен тікелей түйіндесу.

1.6-сурет. Intersema компаниясының кремнилы қысым датчигі

 

1.3.4 Барометрлік биіктікті өлшегіш теориясы

 

Барометрлік биіктікті өлшегіштің абсолютті қысым манометрі сияқты.

Құрылғының сезгіш элементі анероид – ішінен ауасы сорылған мембраналы қорап 1 болып табылады.Анероид самолеттің сыртында орналасқан статикалық қысымды қабылдағышқа құбыр арқылы байланысатын герметикалы корпус 2 –ге салынған.

Бұл құрылымның ерекшелігі трубкамен(4) өркешті сектор(3) және қисықшиптішатунды жібіргіш арқылы байланысқан 2 анероидтан тұратын сезгіш элементтердің қосарлы блогі 1. Қысымның пайдалы өзгеруімен белгіленген сектордың айналмалы кезеңдері қосылады,ал анероидтың тұрақсыздығы әсерінен пайда болған зиянды кезеңдер өзара орны толтырылады.Анероидттар 1-ші түрлі температуралы өтемдеуіш қызметін атқаратын биметаллды өзекке(6) тірелген тегіс серіппелі пластиналарға (5)бекітілген . 2-ші түрлі температуралы өтемдеуіш бұрылыстар кезінде қисықшиптышатунды жібергіште оралымын өзгертетін биметаллды тілімше(7) түрінде жасалған.

Бұл құрылғының тағы бір  ерекшелігі сезгіш элементтердің топтамасының шығу осіне және құралдың шығу осіне  қосылған айналмалы мультипликатор(8). Мультипликатор негізгі ұзын тетіктің бұрылу бұрышын ол әрбір 1000м сайын айналым жасайтындай арттырады.Қосымша өркешті редуктор тағы екі тетікті,біреуі 10 000 м-ге айналым жасайтын қысқа,біреуі 100 000м-ге айналым жасайтын(көрсеткіш) тетіктерді қозғалысқа келтіреді.Сонымен қоса,мультипликатор кремальерамен (9) және циферблаттағы терезеше(11) арқылы бақылауға болатын барометрлік қысым шкаласымен (10) өркешті жібергіш арқылы байланысқан. Кремальераның айналымы кезінде 8 мультипликаторының корпусы бұрылады,сол арқылы тетіктердің ауысуы жүзеге асады және сонымен бір уақытта барометрлік қысым шкаласы да бұрылады.Құрылғы тетіктері өлшеніп жатқан қысым  барометрлік қысым шкаласындағы мәнге теңесіп жатқанда нөлге жақындайды.

Биіктікті өлшегіш кремальера 9 артында орналасқан,тұтқа12 арқылы қозғауға болатын,үшбұрыштыты есептеуіш секілді жасалған биіктік датчигімен жабдықталған.

Ұшу биіктікті өлшегіштермен  қатар, ұшу биіктігіне байланысты электр кернеуін көрсететін,сол ұстанымда жұмыс істеуге негізделген және қайта өңдегішпен жабдықталған биіктікті өлшегіш датчиктер бар.

1.4 Қысым датчигінің жұмыс істеу принципі және құрылысы.

1.4.1Негізгі корпус, кристалл

Қысым датчигінің жұмыс істеу  принципі мен құрылысын толығырақ  қарастырайық. Motorola фирмасының кремнилы датчиктерін екі түрлі етіп жасайды:диффференциалды және абсолютты. Диффференциалды және абсолютты қысым датчиктері сыртқы тұрпаты жағынан ұқсас (сурет 1.7).

1.7-сурет. Диффференциалды және абсолютты қысым датчиктері сыртқы тұрпатын бөліп қарағанда.

Негізгі сыртқы тұрпатын толығырақ  қарастырайық (сурет 1.8).

1.8-сурет. Диффференциалды  қысым датчиктері сыртқы тұрпатын бөліп қарағанда

Қысым датчигінің негізгі элементі бетінде кремнилы  сезгіш элемент -X-ducer  импланттанған тензорезистивті тізбегі орналасқын –кристалл.

Диффференциалды және абсолютты  қысым датчиктерінің айырмашылығы-соңғысында астыңғы қабатында жоғарғы пластинамен астынғы платина мөрлеп жасаған қуыста демеу қысым вакуум бар   және герметикаланған кремнилы пластинада  қуыс жоқ. (сурет 1.9).

Кремнилы гель кристалл бетін  және дәнекер жалғастырғыштарды  дифрагмаға қысымды жіберетін кеңістікте болып қалуы мүмкін қатты бөлшектермен зақымданудан оқшаулайды.

.

1.9-сурет. Абсолютті қысым датчигінің кристаллы

МРХ топтамасының қысым датчик кристаллы датчик корпусына бекітілген кремнилыкристалұстағышта орналасқан. Ішкі қуысы кремниорганикалық сұйқтық компаундпен толтырылған.Пластмассалы корпус тот баспайтын болат қақпақпен жабылған.Корпусқа 1-4 қысым датчиктерінің кристаллдарымен алтын сыммен байланыысқан  сыртқы шығарғыштар пресстелген.

 

 

 

 

 

1.4.2 X-ducer датчигінің сезімтал элементі

Жұмыс істеуінің  физикалық  негізі және құрылымы.

Микромеханикалық қысым  датчигінің сезімтал элементтің жұмыс  істеу қабілеті тензорезистивті  әсерге негізделген.

Анықтама: Тензорезистивті  әсер-деформация нәтижесінде қатты  өткізгіштің электрокедергісінің  үлесті өзгеруі. Тензор компоненті электрокедергінің қатысты өзгеру шамасы төртінші дәрежедегі тензор арқылы деформация тензоры мен байланысты : .

 

Анықтама: Практика жүзінде  тензосезгіштің ұғымы қолданылады.Ол , бұл жерде  - белгілі бір бағытта күш салудың арқасында ұзындығының өзгеруі,

 - электрокедергінің осы бағыт бойынша қатысты өзгеруі. Металлдағы к бірлігі жартылай өткізгіштерде(мысалы,  Ge және  Si)  10 не 100 есе артық.

     Тензорезистивті әсер кристаллдың энергетикалық зоналарының құрылымының өзгеруіне алып келетін деформация кезіндегі атом арасы қашықтығының өзгеруі. Соңғысы ток тасымалдағыштардың шоғырын,тиімді массасын өзгертетін және өткізгіш зонасының ең жоғары және валентті зонасының ең төменгі  энергетикасында қайта бөлу .

Тензорезистивті әсер деформацияны өлшейтін кедергі тензодатчиктерінде қолданылады.

Қысым датчиктерін шығаратын  барлық дерлік фирмалар Уинстонның дәстүрлі «қысым-керену» үлгісі бойынша бірінші  реттік өңдегіштер жасайды.Оның бірнеше  кемшіліктері бар:

• үлгінің 4 іріктелген резисторы бар;
• ucer баптамасы қажет;
• температура өтемақысына күрделі үлгілер қажет.

 Осындай кешіліктер Motorola фирмасына осыған ұқсас шешім табуға

итермеледі және соның арқасында бұл фирма мүлде жаңа шешім тапты және ол үлгі патенттеліп,қазіргі кезде X-ducer сауда белгісімен белгілі.

    X-ducer(сурет 1.10), элементі өзінің х-қа ұқсас пішіні үшін осылай аталады және бетіне ионды имплантация әдісімен х-пішінді тензорезистивті құрылым енгізілген кремнилы дифрагма болып табылады.Элемент шыға берісте салынған қысымға тура пропорционалды кернеу тудырады және ұайталану,жаңғырту,сезгіштік және сигнал/шу қатысында өте үлкен көрсеткіштерге ие.