CC BY
30
Китаев В.Н., Китаева Е.Н. О ВНУТРИПРИБОРНОЙ УНИФИКАЦИИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПРИБОРНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМ РЕГИСТРАЦИИ НЕРЕГЛАМЕНТИРОВАННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
В данной работе рассмотрены вопросы внутриприборной унификации, которые необходимо учитывать при разработке приборного обеспечения различных технических объектов для обеспечения возможности создания высоконадежных приборов с невысокой стоимостью изготовления.
Разработки автономных систем регистрации нерегламентированных воздействий начались около десяти лет назад в связи с возрастанием требований безопасности к разрабатываемым техническим объектам. Для построения таких систем потребовалась разработка нового класса пороговых физфакторных приборов: датчиков температуры, датчиков ударного ускорения. К этому классу пороговых физфакторных датчиков предъявлены новые, не характерные для ранее разрабатываемых приборов требования, обусловленные необходимости их работы при аварийных внешних воздействующих факторах, то есть в аварийных условиях. Минимальный датчиковый состав автономных систем регистрации нерегламентированных воздействий, обусловленный максимальным снижением их стоимости, - пороговые датчики ударного ускорения и температуры.
Пороговые датчики ударного ускорения и температуры систем регистрации нерегламентированных воздействий должны срабатывать - изменять состояние контактных систем при воздействии ударного ускорения и температуры соответственно и далее сохранять сработанное - измененное состояние контактных систем, при воздействии физических факторов с еще большими величинами.
Размещение пороговых физфакторных датчиков в проведенных разработках предусматривалось вне объема технических объектов, то есть на их корпусах или на элементах конструкции используемых контейнеров, при этом естественно жесткие весовые и габаритные ограничения к датчикам не предъявлялись. Такие технические решения автономных систем регистрации нерегламентированных воздействий не в полной мере обеспечивают соответствие значений физических факторов, воздействующих на чувствительные элементы датчиков, значениям этих физических факторов, одновременно воздействующим на критические элементы конструкций технических объектов. Рассчитываемые передаточные коэффициенты соответствуют реальным только с некоторым приближением и это соответствие зависит от реальных размеров деталей и параметров конструкции технического объекта, условий сборки, условий эксплуатации и др.
Для повышения такого соответствия необходимо размещение пороговых датчиков физических параметров в непосредственной близости, а еще лучше непосредственно на самих критических (ответственных за работоспособность и наименее стойких) элементах конструкции технических объектов, то есть в их внутреннем объеме. При этом, естественно, уже значительно возрастают весовые и габаритные ограничения к датчикам. Кроме того в современных условиях при разработке таких датчиков для обеспечения их конкурентоспособности желательно закладывать еще на этапе проектирования возможности снижения стоимости при последующем серийном производстве.
Указанные требования и задачи при создании такого класса приборов могут быть решены тщательной проработкой вопросов внутриприборной унификации, то есть должны разрабатываться приборы, в которых обеспечивается возможность заимствования основных составных элементов конструкции (контактной системы, чувствительного элемента, предохранительных и блокирующих устройств). Заимствование ранее отработанных в других приборах элементов конструкции позволит уменьшить объем отработки вновь разрабатываемых аналогичных приборов.
Возможности внутриприборной унификации возможно показать на примерах разработанных конструкций порогового датчика ударного ускорения и порогового датчика температуры. Датчики выполнены в миниатюрном исполнении в герметичных корпусах для исключения влияния внешней среды на переходное сопротивление контактов контактной системы.
Срабатывание порогового датчика ударного ускорения происходит при превышении ударным ускорением порога (уставки) срабатывания. Ускорение воздействует на инерционное тело, выполненное в виде шарика, при превышении инерционной силой усилия удержания шарика магнитной системой он перемещается, вызывая прогиб и затем прощелкивание перемыкателя контактной системы, - результатом которого является переключение переключающего контакта. Перемыкатель выполнен в виде упругой балки, опертой по краям. Преимущества разработанной контактной системы заключаются в ее простоте и надежности. Из-за особенностей конструкции даже при небольшой величине хода центра балки перемещения контактирующих выступов значительны, следовательно, и межконтактные зазоры достаточны для обеспечения требуемого сопротивления изоляции электрических цепей. Контактная система сохраняет сработанное состояние после прекращения действия физического фактора. Конструкция порогового датчика ударного ускорения показана на рисунке 1.
Сработанное состояние
Рисунок 1 - Внешний вид контактной системы порогового крышкой
Конструкция аналогичной контактной системы, выполненной на рисунке 2.
датчика ударного ускорения со снятой отдельной сборочной единицей, показана
Ч -**
ь
Исходное состояние
Сработанное состояние
Рисунок 2 - Внешний вид контактной системы
Конструкция контактной системы позволяет применять ее в пороговом датчике любого физического параметра. Необходимым условием является наличие перемещения чувствительного элемента датчика при воздействии физического фактора. По этой причине контактная система была применена в пороговом датчике температуры. Чувствительный элемент порогового датчика температуры в виде опертой по краям балки, выполненной из биметаллической ленты, прощелкиваясь при действии температуры, точнее при превышении температурой порогового (уставочного) значения, вызывает прощелкивание перемыкате-ля контактной системы и надежное релейное переключение переключающего контакта. При последующем снижении температуры контактная система остается в сработанном (прощелкнутом) состоянии, то есть пороговый датчик температуры «запоминает» сработанное состояние.
Конструкция порогового датчика температуры (3-Б модель) без кожуха показана на рисунке 3. Контактная система и термочувствительный элемент датчика в сработанном (прощелкнутом) состоянии.
Рисунок 3 - Конструкция порогового датчика температуры
Технические решения, примененные в пороговых датчиках ударного ускорения и температуры, защищены патентами РФ [1, 2] соответственно.
Использование внутриприборной унификации датчиков позволило сократить количество технологической оснастки, необходимой для их изготовления, и уменьшить объем их отработки, что значительно снижает стоимость датчиков. Простота конструкции контактной системы обеспечила значительное уменьшение габаритов и массы датчиков, что, в свою очередь, позволяет рассматривать возможность их размещения непосредственно на ответственных элементах объектов применения.
ЛИТЕРАТУРА
1 Зайковский С.Н., Китаев В.Н., Михайлов М.В., Панкратов Г.А. Датчик ускорения, патент РФ №2192645, 0 01 Р 15/135, 12.05.1999, опубликовано 10.11.2002. Бюллетень №31.
2 Китаев В.Н., Китаева Е.Н. Термобиметаллическое реле, патент РФ №2322726, Н 01Н 37/40,
11/07/2006, опубликовано 20.04.2008. Бюллитень №11.
