6 / 8
Рис. 5. Зависимость линейных дефор-
маций в мембране от давления для
пластин с жестким центром (
1
) и без
жесткого центра (
2
)
Преобразователь с мембраной
с жестким центром позволяет за-
щитить мембрану от разрушения,
которое возникает при несанкци-
онированной перегрузке по давле-
нию. Принцип защиты от перегруз-
ки заключается в том, что жесткий
центр ложится на упор при дости-
жении допускаемого давления.
Задача оптимизации.
Рассмо-
трим задачу оптимизации пласти-
ны с жестким центром. Варьируе-
мым параметром являлся размер стороны квадратного жесткого цен-
тра. Он изменялся от 1000 до 1800 мкм. Критериями являлись: равен-
ство максимальных линейных деформаций на поверхности мембраны
разного знака (точность 0,0001) (рис. 6) и минимальная нелинейность
(отношение наибольшего отклонения зависимости
ε
(
p
)
от линейного
закона к значению наибольшей линейной деформации при наиболь-
шем давлении) зависимости линейной деформации в точке расположе-
ния тензорезистора
1
от давления. Решение выполнялось в программе
PSE/MACROS методом робастной многокритериальной оптимизации
(Robustmulti-objective optimization) [13, 14]. Оптимальное решение —
датчик с размером стороны квадратного жесткого центра 1100 мкм.
Выводы.
Выполнен анализ зависимости деформаций в мембра-
не датчика давления от внешней нагрузки. Показано, что зависимость
деформаций от давления в пластине с жестким центром является ли-
нейной, а в пластине без жесткого центра в целом – нелинейной. Пока-
зано, что с точки зрения повышения чувствительности и линейности
преобразователя давления предпочтительно формировать мембрану с
жестким центром, для формирования измерительного моста распо-
лагать резисторы в заделке мембраны и на гранях жесткого центра.
Решена задача оптимизации пластины с жестким центром, в рамках
которой определены размеры жесткого центра, удовлетворяющие кри-
териям равенства максимальных линейных деформаций поверхности
разного знака и минимальной нелинейности зависимости линейной
деформации в тензорезисторе от давления. Таким образом, подгото-
Рис. 6. Эпюры деформаций
ε
x
для оптимальной конструкции пластины
140 ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Приборостроение”. 2015. № 6