Исследование газоразрядного преобразователя

института. Доцент кафедры «Проектирование и технология электронных средств» УлГТУ. Имеет статьи и патенты по тонкопленочным электролюминесцентным индикаторам.

УДК 621.387; 681.335 В. Н. ШИВРИНСКИЙ

ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОРАЗРЯДНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Проведены исследования газоразрядных преобразователей, которые показали возможность расширения диапазона и снижения погрешности измерения за счет изменения напряжения питания релаксационного генератора согласно изменению напряжения пробоя газового промежутка и рационального выбора межэлектродного расстояния. Предлагаемая схема преобразователя может найти применение в быстродействующих датчиках давления повышенной точности.

На современном этапе развития авиационной техники для целей пилотирования и навигации, автоматического управления летательными аппаратами возникла необходимость в разработке быстродействующих измерителей статического давления воздушного потока повышенной точности и с достаточно широким диапазоном измерения. Деформационные приборы, применяемые в настоящее время, уже не удовлетворяют возросшим требованиям.

Практический интерес представляют газоразрядные измерители давления. Такие приборы имеют высокое быстродействие, не боятся перегрузок, позволяют измерять давление в диапазоне, освоенном современными летательными аппаратами. Принцип их действия основан на зависимости напряжения пробоя газового промежутка от давления газа и расстояния между электродами. При этом погрешность измерения давления обусловлена погрешностью измерения напряжения пробоя. В физическом эксперименте разброс напряжения пробоя составляет 0,01-0,1%. В то же время погрешность газоразрядных измерителей значительно больше (2-3%, могут быть разрывы градуировочной кривой, достигающие 10% и более).

Газоразрядный преобразователь представляет из себя релаксационный генератор (рис.1), где в качестве нелинейного элемента используется сам газоразрядный промежуток Р.

Такие системы достаточно полно исследованы в работе [I], где показано, что разрывные колебания возникают, если «нагрузочная» прямая пересекает вольт-амперную характеристику разряда на падающем участке.

и

Рис. 1. Схема релаксационного генератора Напряжение питания схемы должно быть больше напряжения зажигания разряда, но меньше некоторого критического значения, при котором происходит срыв автоколебаний. При изменении давления газа вольт- амперная характеристика (ВАХ) разряда смещается (как, например, [2, с.329, рис.7.33]). Это может привести к тому, что «нагрузочная» прямая будет пересекать ВАХ разряда на восходящем участке и релаксационные колебания сорвутся.

Погрешность измерения напряжения пробоя газового промежутка для схемы рис.1 зависит от напряжения питания и давления газа. В работе [3] показано, что погрешность измерения можно уменьшить как за счет рационального выбора значений R и С, так и уменьшения разности между напряжением питания релак сационного генератора и напряжением пробоя газового промежутка.

Таким образом, работоспособность, погрешность, диапазон измерения газоразрядного преобразователя во многом зависят от выбора напряжения питания схемы релаксационного генератора.

В настоящей работе при исследовании газоразрядного преобразователя изменялись параметры газового разряда Pd (Р - давление, d - зазор между электродами) и напряжение на входе высоковольтного блока Щ (напряжение питания релаксационного генератора и прямо пропорционально Ц, т.е. и = К*Ц), контролировалась также частота Г релаксационных колебаний.

Испытания проводились при давлении воздуха 750 мм рт.ст., температуре +20 °С, влажности 86%. Использовались цилиндрические электроды от разрядника Р9 с перпендикулярным расположением осей. Изменение зазора осуществлялось с помощью микрометра, цена деления которого 0,01 мм. В качестве контрольных приборов были выбраны частотомер ЧЗ-З5А, вольтметры В7-16 и М1 108 (шкала 15 В, класс точности 0,2).

Результаты исследования представлены на рис.2 в виде поверхности параметров f [Гц], Ц [В], Pd [мм рт.ст.*см]. Частота пробоя газового промежутка зависит не только от давления и зазора, но и от напряжения питания релаксационного генератора. Стабилизация напряжения питания газоразрядного преобразователя дает ограничения по верхнему и нижнему пределам измерения.

Следует избегать режимов работы в верхней левой части поверхности параметров, т.к. здесь могут быть большие погрешности измерения. Для расширения диапазона необходимо изменять напряжение питания генератора согласно изменению напряжения пробоя. При этом может быть снижена также и погрешность преобразователя [3].

Схема газоразрядного преобразователя, реализующая данное предложение, представлена на рис.З.

ч^трп,, гаирирсд,™,, .фсо^шит^

Ра

НЕ - ИШЗДсшмтТИЫЙ блок ' рг

УФ - у*™«*,™ ? 1 рвдвющташай гаиратар;

» ^тч^™, фиксирующееиоыдапро^я гнэощ,гч пммеет™

11Ш - регулируема нюгаввдиныВ исто^щ^Г Г ' " Рне.з. Структурная схема прадбразоютал*

Газоразрядный преобразователь (рис.З) был испытан в лабораторных условиях при давлении воздуха 770 мм рт.ст., температуре +23 °С, влажности 55%. Рабочий зазор изменялся от 0,1 до 1 мм. Статическая характеристика Ш = F(d) снималась сериями, между сериями проводилась тренировка электродов в течение 1 часа. Общее время непрерывной работы преобразователя составило 6 часов. Результаты измерений приведены на рис.4, где и1ср- среднее арифметическое из 8 измерений, S0 - среднеквад-

ратическое отклонение для среднего значения Шср.

Преобразователь реагирует на изменение влажности воздуха. Работ, посвященных исследованию влияния влажности на напряжение пробоя, известно очень мало. Данные часто противоречивые. Этому способствует и то, что при измерении влажности воздуха пользуются различными поня-тиями. Влажность воздуха определяет его состав и тем самым влияет на напряжение пробоя. Для характеристики влажности воздуха в этом случае наиболее удобно пользоваться понятием «удельная влажность» (г), тогда нет необходимости дополнительно учитывать его температуру и давление. пр. В

8,5x1 М 9.5 ЬЛ 12. е.о

5,5 2.4 1Ж

0.10 0.19 0.20 0.37 0.46 А Н 0.Ё4 0 73 й. Гг 0.Й1 с1, мМ

Рис.4. Статическая характеристика преобразователя: 1 - и1ср=:Г1(ё); 2 - Зп=£2(ё) Результаты экспериментального исследования преобразователя с алюминиевыми электродами при различной удельной влажности представлены на рис.5, где и/и0 - отношение напряжения пробоя влажного воздуха к напряжению пробоя сухого воздуха. Здесь же для сравнения представлена кривая 3, полученная путем пересчета экспериментальных данных работы [4].

Рис.5. Зависимость напряжения пробоя от удельной влажности: 1- d = 0,5 мм; 2- ё = 0,8 мм; 3- d = 4,93 мм

Лабораторные испытания показали, что предложенная схема газоразрядного преобразователя обеспечивает работу релаксационного генератора в широком диапазоне изменения напряжения пробоя. С доверительной вероятностью 0,99 приведенная относительная погрешность измерения напряжения на выходе низковольтного источника питания в диапазоне от 3,5 до 10 вольт не превышает 1 %. Влияние влажности воздуха на напряжение пробоя растет с увеличением межэлектродного зазора, при этом минимум зависимости U/Uo=f(r) становится более острым и смещается в сторону меньших значений г; для высот более 8 км, где г < 0,25 г/кг, и при d = 0,5 мм влажность уже практически не влияет на напряжение пробоя.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Андронов А. А., ВиттА А., Хайкин С. Э. Теория колебаний. М.: Гос.изд.физ.-мат.лит., 1959. 915 с.

2.Грановский В. Л. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М.: Наука, 1971. 543 с.

3.Шивринский В. Н. Газоразрядные измерительные преобразователи. // Изв. вузов. Приборостроение. 1979. Т. XXII, № 6. С. 7-12.

4.Meyer Е. Uber die Beeinflussung des Funkenpotentials in Luft durch geringe Verunreinigungen. Annalen der Physik, Bd.65, Nr. 12, 1921, s.335-368.

Шивринский Вячеслав Николаевич, кандидат технических наук, окончил радиотехнический факультет Ульяновского политехнического института. Доцент кафедры «Измерительно-вычислительные комплексы» УлГТУ. Имеет научные работы в области авиационного приборостроения.

УДК 629.7.051.53: 621.396.9

А.С. ЛУШНИКОВ, А. В. ЕФИМОВ, А. У. КАМАЛОВ

КОМПЬЮТЕРНЫЙ ТРЕНАЖЕР ПО СИСТЕМЕ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ

СТОЛКНОВЕНИЙ САМОЛЕТОВ

Создана мультимедийная компьютерная программа-тренажер дня летного состава, моделирующая работу бортовой радиотехнической системы предотвращения столкновений самолетов в воздухе (TCAS 2000).