М а т е р и а л ы X I I В с е р о с с и й с к о й н а у ч н о - п р а к т и ч е с к о й к о н ф е р е н ц и и
П о с в я щ а е т с я 8 5 - л е т и ю в ы с ш е г о п е д а г о г и ч е с к о г о о б р а з о в а н и я в А р з а м а с е и
8 0 - л е т и ю п р о ф е с с о р а В я ч е с л а в а П а в л о в и ч а П у ч к о в а
329
промышленности, в связи с чем разработка все более совершенных
измерителей давления является не теряющей актуальность задачей.
Основной целью разработки является создание датчика избыточного
давления из современных конструктивных материалов с минимальной
погрешностью, необходимый для детектирования избыточного давления в
космических аппаратах. Основными требованиями к конструкции являются
наличие гальванически не связанного с измеряемой средой сенсора, также
использование встроенного термодатчика, который используется в системе
управления для списания погрешности.
В авиакосмической отрасли используются датчики давления с
чувствительным элементом мембранного типа. В качестве материала мембраны
применяются специальные сплавы, обладающие хорошими упругими
свойствами и минимальными остаточными напряжениями. С развитием
промышленности появились материалы, в которых полностью отсутствуют
остаточные напряжения и пластическая деформация. Одним из перспективных
материалов является монокристаллический кремний. Для преобразования
перемещения (деформации) упругой мембраны в выходную, наибольшее
распространение получил тензорезистивный мост.
В состав чувствительного элемента входит датчик температуры, который
предназначен для определения температуры чувствительного элемента и
последующей компенсации температурной (систематической погрешности).
Использование современных микроконтроллеров позволяет практически
полностью исключить систематическую погрешность датчика. Основная задача
при проектировании – минимизация случайной погрешности. Основными
причинами ее возникновения являются несовершенство конструктивных
материалов (внутренние дефекты, неоднородность), наличие паразитных
емкостей и гальванических связей ЧЭ, деградация элементов измерительной
схемы (изменение номиналов резисторов, изменение упругих свойств
мембраны).
С целью обеспечения описанных требований для детектирования
давления выбрана мембрана из монокристаллического кремния с
тензометрическим мостом. Установка пакета в корпус осуществляется при
помощи стеклокристаллического цемента марки СНЦ 52-1. Для снижения
случайной составляющей погрешности измерительная мембрана помещена в
инертную среду и защищена от измерительной среды защитной мембраны из
специализированного сплава.
Функциональная схема преобразователя давления показана на рис. 1.
