Опыт применения сенсоров фирмы Keller AG в датчиках для измерения распределения давления

Опыт применения сенсоров фирмы Keller AG в датчиках для измерения распределения давления при дренажных испытаниях в аэродинамических трубах

В связи с усложнением моделей, используемых для исследования аэродинамических свойств объектов авиационно-космической техники, ужесточаются требования, предъявляемые к датчикам, обеспечивающим измерение соответствующих параметров в процессе аэродинамических испытаний.

Экспериментальная установка ФГУП ЦНИИМаш

Рисунок 1. Фрагмент Экспериментальная установка ФГУП ЦНИИмаш.

В полной мере это относится и к преобразователям давления, предназначенным для измерения распределения давления при дренажных испытаниях в аэродинамических трубах предприятия ФГУП ЦНИИмаш.

Применительно к этим видам испытаний ужесточаются, прежде всего, требования к точности и к габаритным размерам.

Как показал анализ существующие датчики давления таких известных фирм как Kulite, Trafag, ADZ-Nagano, а также KELLER AG и др. не обеспечивают выполнения совокупности таких требований как:

суммарная погрешность ± 0,25%ВПИ (в диапазоне температур минус 10…50oС),
габаритные размеры Æ 15 * 50 мм при низком уровне измеряемого абсолютного давления 0 … 60 кПа и выходном сигнале 4 … 20 мА.
В связи с этим ФГУП ЦНИИмаш было принято решение о разработке нового датчика давления, удовлетворяющего выше перечисленным требованиям, с проведением сертификационных испытаний и внесением в Госреестр средств измерений.

Чувствительный элемент датчика давления Чертёж датчика PAA-5

Рисунок 2. Чувствительный элемент датчика (слева), схематичный чертеж датчика РАА-5 (справа).

В ответ на обращение ФГУП ЦНИИмаш ООО «Измеркон», как официальный представитель фирмы KELLER AG (Швейцария), предложило использовать модернизированный под требования ФГУП ЦНИИмаш (штуцер с внешней резьбой М8 и внутренней резьбой М3) ОЕМ-датчик РАА-5, использующий пьезорезистивный сенсор в качестве чувствительного элемента (см. Рис. 2). Завод KELLER AG специализируется исключительно на измерении давления и уже более 40 лет, и является одним из новаторов в этой области, предлагая своим потребителям по всему миру огромное количество исполнений и возможностей по адаптации.

В качестве разработчика преобразователя давления ООО «Измерение и Контроль» предложило услуги своего партнёра ООО «Вильва» как предприятия, имеющего значительный опыт в разработке вторичных преобразователей для датчиков давления.

Достоинствами сенсора PАА-5 являются:

малые габаритные размеры (максимальный диаметр 12 мм);
высокий уровень выходного сигнала (~ 100мВ) при номинальном значении измеряемого давления и токе питания 1мА.

На основе этого сенсора ООО «Вильва» был разработан и сертифицирован преобразователь давления измерительный малогабаритный ПДМ-5А.

ПДМ-5А

Рисунок 3. Преобразователь давления ПДМ-5А.

Основные технические характеристики преобразователей приведены в таблице 1 и в описание типа или РЭ.

Таблица 1. Основные технические характеристики преобразователей.

Наименование характеристики	Модификация
	ПМД-5А
Диапазоны измерений, кПа	0-60	0-100	0-160	0-250
Пределы допускаемой основной приведенной погрешности γ, % от диапазона измерений	±0,2
Максимально допустимая перезагрузка по давлению, % от ВПИ	250
Выходной сигнал, мА	4-20
Параметры электропитания: -напряжение постоянного тока, В	18-32
Потребляемая мощность, ВТ, не более	0,85
Предел допускаемой вариации выходного сигнала, % от диапазона измерения	0,1
Пределы допускаемой дополнительной приведенной погрешности, вызванной изменением температуры окружающего воздуха, % от диапазона измерения на каждые 10˚С	±0,05
Масса, г, не более	30
Габаритные размеры, мм, не более: -длина -диаметр	50 15
Средний срок службы, лет	12
Средняя наработка, ч, не менее	80000
Условия эксплуатации: -диапазон рабочих температур окружающей среды, ˚С -давление окружающего воздуха, кПа -относительная влажность, % -вибрация (в диапазоне частот от 10до 600 Гц)	от минус 10 до 50 от 10 до 300 от 30 до 80 до 10 g
Интервал между поверками	2 года

Учитывая хорошую чувствительность сенсора РАА-5 и высокую точность электронной части преобразователя ПДМ-5А, ООО «Вильва» удалось разработать модификацию датчика с кратностью программирования диапазона измерения более 4-х (покрываются диапазоны от 0 … 60 кПА до 0 … 250 кПа) без потери точности измерения.

По результатам разработки преобразователя ПДМ-5А и с учётом необходимости обеспечения испытаний перспективных многоточечных моделей специалистами ФГУП ЦНИИмаш было сформулировано пожелание о разработке модификации ПДМ-5А с уменьшенным диаметром корпуса до 12 мм с сохранением всех метрологических характеристик преобразователя.

Для решения данной задачи предполагается использовать одно из самых высокотехнологичных решений фирмы KELLER AG – сенсор серии 81905, имеющий диаметр 6,2 мм.

Выводы

Благодаря совместным усилиям специалистов ФГУП ЦНИИмаш, фирмы Keller, ООО «Измеркон» и ООО «Вильва» удалось в сжатые сроки разработать и сертифицировать преобразователь давления ПДМ-5А, полностью удовлетворяющий требованиям, предъявляемым к современным датчикам давления, предназначенным для решения задачи высокоточного измерения распределения давления при дренажных испытаниях в аэродинамических трубах.

Создан вариант малогабаритного датчика давления с программированием диапазонов измерения.

По предложению ФГУП ЦНИИмаш начаты работы по дальнейшей миниатюризации преобразователя давления ПДМ-5А.

Литература

1. Техническая документация Keller на сенсоры давления 2-5

2. Техническая документация ООО «Вильва» на преобразователь давления ПДМ-5А

3. Свидетельство об утверждении типа средств измерений № 51336 с описанием.