Прецизионный цифровой датчик давления, C. 105-109

UDK: 53.087.92

Ключевые слова: сенсор, погрешность, модель, давление, глубина, преобразователь, полином

Авт.: Ю.Г. Свинолупов (Национальный исследовательский Томский политехнический университет), Л.А. Наумов (Институт проблем морских технологий ДВО РАН)

Приведены результаты исследований, выполненных с целью разработки конструкции и метрологических характеристик датчика давления, который может быть использован в качестве измерителя глубины погружения подводного аппарата. Особенности поставленной задачи заключаются в обеспечении необходимой точности измерений (средняя погрешность не должна превышать 0,08 %) во всем диапазоне измерений (до 10000 м) при минимальных габаритных размерах и массе прибора. Немаловажным фактором является применение отечественного сенсора давления. Выбраны сенсоры типа КНС. Исследование выполнено на основе моделирования напряжений и деформаций в корпусе датчика. В качестве критерия допустимых деформаций конструкции под действием объемного сжатия корпуса принято перемещение в области сочленяемых деталей конструкции, не превышающее 0,1 мкм. Дальнейшее уменьшение габаритных размеров предусматривает отказ от кабельной связи датчика с бортом, что исключает применение герметизированных контактов высокого давления – важных элементов при кабельной передаче. Метрологических характеристик сформированы на основе разработанного подхода к созданию модели измерительного процесса, прежде всего измерительного преобразователя давления на основе сенсора типа КНС, в виде полинома третьей степени, и дальнейшего ранжирования моделей по значению погрешности. Коэффициенты полинома определены на основе решения регрессионной задачи на этапе калибровки измерителя глубины (датчика). В качестве методов оценки суммарной погрешности измерения применены традиционные методы современной теории погрешности, оценки систематической и случайной составляющих. Высокая точность разработанного метода коррекции погрешности измерения подтверждена в начале измерительного диапазона – на малых значениях глубины погружения. Приведены результаты исследований временного дрейфа датчика, позволяющего его длительное применение без проведения операций автоматической коррекции. Для исключения влияния атмосферного давления и плотности морской воды на точность измерения предусмотрено получение данных об этих факторах по цифровому каналу передачи данных. Предложены методы повышения чувствительности и долговременной стабильности.