6. Выбор и обоснование нагнетателя струйного датчика угловой скорости.

При проектировании нагнетателя необходимо как температурные. так и временные изменения параметров конструкции . а также делать правильный выбор конструктивных материалов к режим работы вибратора.

Результат экспериментального исследования микронагнетателей, разработанной в отраслевой лаборатории измерительных преобразователей Казанского авиационного институт, сведены в таблицу 6.1.

Экспериментальные исследования микронагнетателя.

Таблина 6.1.

Тип нагнетателя	Тип привода	Тип вентиля	Габариты[мм]	Ресурс[час]	Pmax [Па] при 610-7 [кг/с]	610-7 [кг/с] при P[Па]	Потребляемая Мощность[Вт]	Рабочая Частота[кГц]
Турбина	Электромагнитный	Струйный	30x50	30-100	10 1	115 6	2-3	0.4
Поршненьковый	Электромагнитный	Струйный	29x56	100	30 1	2 5	4	0.05
Поршненьковый	Электромагнитный	Шариковый клапан	29x56	100	30 0,5	6 2,5	2.8	0.04
Поршненьковый	Электромагнитный	Дисковый клапан	20x41.5	100	35 0,5	12 7	10	0.05
Мембранный	Электромагнитный	Клапанный	20x50	200	40 1	120 5	4	0.05
Мембранный	Электромагнитный	Струйный	20x50	1000	12,5 1	210 11	2.4	0.05
Пластинчатый	Электромагнитный	Струйный на выходе сопл	70x50x42	1000	4 0.2	2.4 1.5	4.3	0.06
Пластинчатый	Электромагнитный	Струйный на выходе сопл	70x50x42	1000	5 0.2	2.8 2	4.3	0.06
Пластинчатый	Электромагнитный	Клапанный	70x50x42	1000	11 0.4	2.0 1	4.3	0.06
Плавающий диск	Электромагнитный	Струйный	18x32	400	20 1	15 2	2	0.12
Мембранный ДЭМШ-1А	Электромагнитный	Струйный	21x25	10000	140 1	50 5	1	1.7
Мембранный двухкамерный	Пьезокерамический биморфный	Струйный	26x14	10000	200 1	40 3	1	1.8
Мембранный двухкамерный	Электромагнитный	Струйный	26x26x20	10000	200 2	50 5	0.7	0.8
Мембранный с закреплением в центре	Пьезокерамический биморфный	Струйный	43x25	7000	150 1	15 1	1.5	6.4
Мембранный с закреплением по узловой окружности	Пьезокерамический биморфный	Струйный	43x25	7000	500 1	40 1	1.5	6.0
Диафрагменный однокамерный	Пьезокерамический биморфный	Струйный	26x20	10000	120 2	30 5	1	1.5
Мембранный двухкамерный	Пьезоэлектрический со слоем нулевой жесткости	Струйный	26х14	10000	400 1	80 3	0,5	3,9,
Электро-струйный	Элекстростатическое поле	Ионный	15х100	10000	25 ---	64 ---	-	-

С учетом безинерционности пьезоэлектрического преобразователя получена в диссертационной работе Е.В. Мартынова передаточная функция пьезокерамического нагнетателя в виде .

p- оператор Лапласа; _аи _a- постоянная времени и декремент затухания рабочей камеры: _n - время транспортного запаздывания пневматических сигналов в акустическом течении между рабочим соплом и приемным каналом; _с -постоянная времени проточной накопи тельной камеры нагнетателя;

Используя температурные зависимости элементов и звеньев колебательной системы микронагнетателя можно провести её оптимизацию по критериям стабильности расходных характеристик и максимальной производительности. Наиболее перспективным является двухкамерный микронагнетатель. Он обладает возможностями работы в широком диапазоне температур с минимальной не­стабильностью и энергопотреблением.

Основными элементами двухкамерного микронагнетателя являются: пьезокерамнческий вибратор, акустический резонатор и тонкая упругая пластина. Возможно три варианта конструктивного исполнения пьезокерамического вибратора.

Рисунок 6.1 Конструктивные варианты пьезокерамического вибратора.

Вибратор представляет собой биморфный пьезокерамический диск, состоящий из двух поляризованных пьезокерамических дисков 4 и 6, соединенных с помощью слоя 5 (клей либо сварка) так, что при приложении на электроды 2 и 3 переменного напряжения U один пьезокерамический диск увеличивает, а другой уменьшает свои размеры в радиальном направлении. В результате получаются изгибные колебания биморфного диска закрепленного в корпусе 1 с помощью слоя слоя 7. Однако места крепления биморфного диска к корпусу 1 создают большие внутренние трения , что приводит к значительным энергетическим потерям и уменьшению подвижности диска, то есть низкой , поворотности вибратора.

Второй вариант конструкции отличается от первого наличием плоской упругой пластины 6. л склеивающих слоев 5 и 7 и закреплением пластины 6 в корпусе 1. Это позволяет значительно. уменьшить потери на трение, однако уменьшает его надежность, так как имеет два склеивающих слоя. Обоим вибраторам присущ недостаток - большая масса.

В курсовом проекте мы будем использовать третий вариант пьезокерамического вибратора. 1 как в его конструкции масса уменьшена почти в два раза. Это означает, что почти в два раза возрастает амплитуда его колебаний при прочих равных условиях по сравнению е вибратором, показанным на рис. Б. Вибратор работает следующим образом. Через токоподводы 2 и 3 подается переменное напряжение, под действием которого пьезокерамический диск 4 испытывает силы объемного сжатия или растяжения. Поверхность диска 4 жестко соединена через склеивающий слой 5 пластиной 6. Вследствие большого механического сопротивления пластины на сжатие (растяжение) приклеенная поверхность диска слабо подвержена деформациям, тогда как свободная его поверхность испытывает деформации сжатия (растяжение). Под действием изгибающего моменте излучатель получает радиальный изгиб, направление которого определяется полярностью прило­женного напряжения U. Наибольшая амплитуда колебаний диска достигается при совпадении час­тоты питания с собственной частотой пьезокерамического вибратора. Наличие резонансного ре­жима у вибратора накладывает на него ряд требований, основное из которых - сохранение амплитудно - частотных характеристик в диапазоне температур и во времени. На нестабильность работы пьезокерамического вибратора влияют следующие факторы: изменение пьезокерамического вибратора, изменение модуля упругости материала пластины и склеивающего слоя и изменение жесткости заделки вибратора в корпусе 1.

Для уменьшения изменения характеристик упругой пластины необходимо, чтобы ее материал имел следующие свойства:

-малый модуль упругости;

-высокие значения пределов упругости и прочности;

-низкое значение гистерезиса, ползучести упругого воздействия;

-высокие усталостные характеристики;

-низкий температурный коэффициент линейного расширения;

-независимость модуля упругости от температуры;

-низкое и стабильное значение удельного электрического сопротивления:

-надежность с точки зрения обеспечения электрического соединения с токоведущими частями:

-легко обрабатываться механически и термически:

-быть недорогим.

Выбранный мембранный двухкамерный нагнетатель имеет следующие характеристики:

-тип привода: пьезокерампческий (мембранный):

-тип вентиля: струйный:

-габариты: диаметр 26 мм. Длинна 14 мм;

-ресурс: 10 000часов:

-потребляемая мощность 1В:

-рабочая частота 1,8 кГц.