Методы повышения точности ионно-меточных измерительных преобразователей кинематических параметров потока газа

Постоянное совершенствование средств измерения высотно-скоростных параметров неразрывно связано с повышением требований к точности, надежности, быстроте и удобству пользования информацией о параметрах исследуемого потока. Большую роль при разработке современных средств измерения играет теоретическая и экспериментальная база, наработанная методология построения тех или иных средств измерения, анализ потенциальных возможностей различных вариантов датчиков.

Разработка и исследование ионно-меточных измерительных преобразователей кинематических параметров потока (ИМИПКПП) газа с 1975 года проводятся в Отраслевой научно-исследовательской лаборатории «Измерительные преобразователи» Казанского авиационного института им. А. Н. Туполева (ныне государственный технический университет) под руководством В А. Ференца и В. М. Солдаткина. Исследования, выполненные Ф. А. Танеевым и А. С. Иванчуком позволили разработать принципы построения, предложить оригинальные схемы и спроектировать бортовые время-пролетные и амплитудные ионно-меточные датчики аэродинамических углов и воздушной скорости, позволили выявить основные погрешности канала регистрации и предложить варианты выполнения генератора ионных меток, конструкции и методики синтеза параметров электродных систем и схем регистрации. По результатам исследований созданы экспериментальные и опытные образцы ионно-меточных датчиков аэродинамических углов и воздушной скорости для различных классов JIA.

В основе принципа действия ионно-меточных измерительных преобразователей лежит кинематический метод измерения. В простейшем случае — в потоке создается ионная метка, траектория движения которой контролируется бесконтактным способом. Основными характерными особенностями ионно-меточных датчиков являются отсутствие выступающих в поток элементов, вносящих погрешность из-за искажения потока, абсолютность метода измерения — скорость находится как расстояние, пройденное ионной меткой за известное время, ничтожная степень зависимости от параметров окружающей среды: влажности, температуры, давления. Метод измерения позволяет получать информацию от первичного преобразователя непосредственно в частотно-временном диапазоне. Это позволяет уменьшить до минимума потери при передаче и обработке первичного информативного сигнала.

Научно-исследовательские работы по построению ионно-меточных датчиков аэродинамических параметров потока газа направлены прежде всего на расширение функциональных возможностей ионно-меточного датчика, поиску новых областей применения. Целью диссертационной работы является исследование различных методов повышения точности применительно к ионно-меточным измерительным преобразователям. Отсюда вытекают основные задачи и направления их реализации: анализ типовых структурных схем и алгоритмов аналоговых и времяпролетных ионно-меточных измерительных преобразователейпостроение математических моделей типовых структурных схем ионно-меточных датчиковисследование математических моделей, оценка потенциально-достижимой точности, методы оптимизации функции преобразованияанализ различных методов повышения точности типовых структурных схем ионно-меточных измерительных преобразователей: структурных, алгоритмических, с использованием комплексирования и других.

Результатом данной диссертационной работы должен стать анализ возможных методов повышения точности, методы оптимизации структуры и параметров ионно-меточных измерительных преобразователей по различным критериям качества.

1. Коляда И. А., Гудрит Е. Р., Расходомеры обтекания с поворотным крылом. В сб.: «Методы и приборы измерения расходов и количеств жидкости, газа и пара». М., ОНТИприбор, 1967.

2. Солдатами В. М., Ференец В. А. Структурные методы повышения точности пневмоэлектрических преобразователей //Тезисы докладов VI Всесоюзной научно-технической конференции «Информационно-измерительные системы 83». Куйбышев, 1983. С.102−103.

3. Солдаткин В. М. Обеспечение статической точности термоанемометрического преобразователя аэродинамических углов // Теория и проектирование систем автоматического управления и их элементов: Межвуз. науч. сб., Уфа, 1983. С.72−76.

4. А.С.637 046 СССР, МКИ В64с 21/02. Пневмоэлектрический преобразователь аэродинамических углов / Ференец В. А., Солдаткин В. М., Иванчук А. С., Танеев Ф. А, 1978.

5. А.С.642 917 СССР, МКИ В64с 21/02, GOlm 9/00. Пневмоэлектрический преобразователь аэродинамических углов / Ференец В. А., Клюев Г. И., Арзамасцев Ю. А., Солдаткин В. М., Иванчук А. С., Танеев Ф. А. и др., 1978.

6. А.С.678 822 СССР, МКИ В64с 21/02. Пневмоэлектрический преобразователь аэродинамических углов / Солдаткин В. М., Ференец В. А., Танеев Ф. А., 1979.

7. А.с. 702 795 МКИ GO lb 5/24, GOlc 21/00, Датчик аэродинамических углов / Арзамасцев Ю. А., Танеев Ф. А., Гераськин В. Е., Гусев В. А., Иванчук А.с., Клюев Г. И., Мязин Т. Д., Рыжов Ю. А., Солдаткин В. М., Ференец В. А., 1979.

8. Ференец В. А. Исследование термоанемометрических преобразователей. Теория, принципы проектирования, область использования, опыт внедрения/Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. -Казан, авиац. ин-т. Казань, 1974.

9. Браславский Д. А. Приборы и датчики летательных аппаратов.: Учебное пособие для втузов. М.: Машиностроение, 1980. — 392 с.

10. Клюев Г. И., Солдаткин В. М., Ференец В. А., Точность работы флюгерного измерителя угла атаки на неустановившихся режимах полета // Авиационная промышленность. № 7, 1986. С.28−31.

11. Трохан A.M. Гидроаэрофизические измерения. — М.: Издательство стандартов, 1981. 336 е., с ил.

12. Иванов Ю. П., Синяков А. Н., Филатов И. В. Комплексирование информационно-измерительных устройств летательных аппаратов. J1. Машиностроение, 1984 208 с.

13. Танеев Ф. А., Солдаткин В. М. Макетный образец меточного амплитудного датчика аэродинамических углов ДАУ-М: Научно-технический отчет, шифр 3435, этап 3, ГР№ 81 050 953, Казань, Казан, авиац. ин-т, 1982. 63с.

14. Агейкин Д. И., Мельтцер Л. В., Шумиловский Н. Н. // Модуляция радиоактивного излучения для устройств автоматического контроля. Автоматика и телемеханика, 1958, вып. 18.

15. Ершов В. И. и др. Измерение скорости разреженного газового потока с помощью ионной метки // Механика жидкости и газа, 1974, № 6, С.121−126.

16. Райзер Ю. П. Пробой и нагревание газов под действием лазерного луча // УФН, 1965, т.87, № 1, С.29−64.

17. А.с. № 885 896 МКИ GOlp 5/18, Регистратор меток потока / Танеев Ф. А., Бальцер С. К., Солдаткин В. М., Ференец В. А. / Опуб. 1981, Бюлл.№ 44.

18. А.с. № 1 045 132 МКИ GOlp 5/18, Регистратор меток потока / Танеев Ф. А., Дмитриев А. Н., Солдаткин В. М., Ференец В. А. / Опуб. 1983, Бюлл.№ 36.

19. А.с. 655 975, МКИ GOlr 5/18. Устройство для измерения скорости потока газа или жидкости / А. С. Иванчук, В. М. Солдаткин, В. А. Ференец // Опуб. 1979. Бюлл. № 13.

20. Кремлевский П. П., Расходомеры и счетчики количества. Л.: Машиностроение, 1989. -701 с.: ил.

21. Танеев Ф. А. Метод измерения воздушной скорости.

22. А.с. 1 080 613, МКИ В64с 21/00. Датчик аэродинамических углов / Арзамасцев Ю. А., Танеев Ф. А., Гераськин В. Е., Гусев В. В., Клюев Г. И., Никольский С. А., Олин В. Н., Солдаткин В. М., Ференец В.А.

23. А.с. 735 075, МКИ GOlc 21/12. Устройство для измерения параметров подвижного объекта / Бельфор Г. Е., Танеев Ф. А., Иванчук А. С., Попов С. В., Солдаткин, В. А. Ференец.

24. А.с. 1 225 335, МКИ В64с 21/00, Устройство для измерения параметров подвижного объекта / Арзамасцев Ю. А., Танеев Ф. А., Гераськин В. Е., Клюев Г. И., В. М. Солдаткин, В. А. Ференец.

25. Танеев Ф. А. Ионно-меточные измерители воздушной скорости летательного аппарата / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук., Казань, 1996, 257 с.

26. Цветков Э. И. Потенциальная точность процессорных измерительных средств // Приборы и системы управления, № 12, 1989, С. 16.

27. Вудворд Ф. М. Теория вероятностей и теория информации с применениями в радиолокации: Пер. с англ. / Под ред. Г. С. Горелика-М.: «Сов. радио», 1955, 128с.

28. Поиск, обнаружение и измерение параметров сигналов в радиолокационных системах. / Под ред. Ю. М. Казаринова. М.: «Сов. радио», 1975, 296с.

29. Липкин И. А. Основы статической радиотехники, теории информатизации и кодирования. М.: «Сов. радио», 1978, — 240с.

30. Лезин Ю. С.

Введение

в теорию и технику радиотехнических систем: Учеб. Пособие для вузов. М.: «Радио и связь», 1986, — 280с.

31. Танеев Ф. А., Олин В. Н. К расчету электродных систем меточного измерительного преобразователя / Электрооборудование летательных аппаратов. Межвузовский сборник, Казань, 1982, С.98−101.

32. Танеев Ф. А., Солдаткин В. М., Ференец В. А. Синтез дифференциального регистратора ионных меток / Изв. вузов. Приборостроение, т. 28, № 12, 1985. С.54−58.

33. Говорков В. А. Электрические и магнитные поля. М.: Энергия, 1968. — 488 с.

34. Танеев Ф. А. Исследование характеристик дифференциальных регистраторов ионных меток / Тезисы докладов н.т. конф. «Информационно-измерительные системы и точность в приборостроении», Москва, 1982, С. 93.

35. А.С. № 1 122 973 МКИ GOlp 5/18, Регистратор меток потока / Танеев Ф. А., Клюев Г. И, Морозов Ю. В., Солдаткин В. М. и др. / Опуб. 1984, Бюлл. № 41.

36. Браславский Д. А., Петров В. В. Точность измерительных устройств. М.: «Машиностроение», 1976, — 312 с.

37. Танеев Ф. А. О динамических свойствах ионно-меточного преобразователя скорости потока. /Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференцииМетоды и средства измерения механических параметров в системах контроля и управления" Пенза, 1992. С. 62.

38. Измерение электрических и неэлектрических величин: Учеб. пособие для вузов по спец. «Информационно-измерительная техника». Под ред. Н. Н. Евтихеева. -М.: Энергоатомиздат, 1990. 349 с.

39. Иванов Ю. П., Синяков А. Н., Филатов И. В. Комплексирование информационно-измерительных устройств летательных аппаратов. JL: Машиностроение, 1984 208 с.

40. Танеев Ф. А., Солдаткин В. М., Ференец В. А. Синтез дифференциального регистратора ионных меток//Изв. вузов. Приборостроение, т. 28, N12, 1985. С. 54−58.

41. Шахов Э. К., Михотин В. Д. Интегрирующие развертывающие преобразователи напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1986. 144 с.

42. Липкин И. А. Основы статической радиотехники, теории информации и кодирования. -М.Сов. радио, 1978.-240с.

43. Лезин Ю. С.

Введение

в теорию и технику радиотехнических систем: Учебное пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1986. — 280с.

44. Танеев Ф. А., Олин В. Н. К расчету электродных систем меточного измерительного преобразователя / Электрооборудование летательных аппаратов. Межвузовский сборник, Казань, 1982, С.98−101.

45. Мелик-Шахназаров A.M., Маркатаун М. Г. Цифровые измерительные системы корреляционого типа. М. Энергоатомиздат, 1985. — 128с.

46. Митяшев Б. Н. Определение временного положения импульсов при наличии помех. -М.: «Сов.Радио», 1962. 191 с.

47. А.С. № 1 224 729 МКИ GOlp 5/18, Измерительный преобразователь скорости потока / Ференец В. А., Иванчук А. С., Танеев Ф. А., Солдаткин В. М. / Опубл. 1986, Бюлл. № 14.

48. А.С. № 885 896 МКИ GOlp 5/18, Регистратор меток потока / Танеев Ф. А., Бельцер С. К., Солдаткин В. М.,. Ференец В. А. / Опубл. 1981, Бюлл. № 44.

49. А.С. № 1 045 132, МКИ GOlp 5/18, Регистратор меток потока / Танеев Ф. А" Дмитриев А. Н., Солдаткин В. М., Ференец В. А. / Опубл. 1983, Бюлл. № 36.

50. Танеев Ф. А. Регистратор меток с повышенной разрешающей способностью / Тезисы докладов республиканского н.т. семинара. Проблемы автоматизации процессов разработки нефтяных месторождений. Казань, 1983, С. 123.

51. Говорков В. А. Электрические и магнитные поля. М.: Энергия, 1986. — 448с.

52. Левитов В. Н. Корона переменного тока. Вопросы теории, методов исследования и практических характеристик. М.: Энергия, 1975.

53. Райзер Ю. П. Физика газового разряда: Учебное руководство. М.: Гл. ред. физ. — мат. Лит., 1987. — 592 с.

54. Техника высоких напряжений. / Под. Ред. М. В. Костенко. М.: Высшая школа, 1973. 527 с.

55. А.С. № 814 051 МКИ GOlp 5/18, Устройство для измерения скорости потока газа или жидкости / Бельцер С. К., Танеев Ф. А., Иванчук А. С., Клюев Г. И., Никольский С. А., Попов А. Б. Солдаткин В.М., Ференец В. А., 1980.

56. Верещагин И. П., Левитов В. И. и др. Основы электрогазодинамики дисперсных систем. М.: Энергия, 1974. — 480 с.

57. Танеев Ф. А., Солдаткин В. М., Ференец В. А. Исследование и разработка автономного меточного преобразователя аэродинамических углов. Научн. Техн. отчет, шифр. 3428, этап 2, Казань, КАИ, 1980. 65с.

58. Иванчук А. С., Сидоров И. Н., Ференец В. А. Динамика ионной метки в электрическом поле пограничного слоя. // Тезисы научно-технической конференции «Информационно-измерительные системы и точность в приборостроении». М.: 1982, С. 92.

59. Гер штейн Г. М. Моделирование полей методом электростатической индукции. М.: Наука, 1970. — 316с.

60. Миролюбов Н. Н., Костенко М. В., Левинштейн М. Л. и др. Методы расчета электростатических полей. М.: Высшая школа, 1963.

61. А.С.№ 917 090 МКИ GOlp 5/18, Способ измерения скорости потока среды / Ганеев Ф. А., Ференец В. А. / Опубл. Бюлл.№ 12, 1982.

62. Доброленский Ю. П. Динамика полета в неспокойной атмосфере. М.: «Машиностроение», 1969. 256 с.

63. Новоселов О. Н., Фомин А. Ф. Основы теории и расчета информационно-измерительных систем. -М.: «Машиностроение», 1980. -280с.

64. Смоляков А. В., Ткаченко В. М. Измерение турбулентных пульсаций. JL: Энергия, 1980.-264 с.

65. Шахов Э. К., Михотин В. Д. Интегрирующие развертывающие преобразователи напряжения. -М.: Энергоатомиздат, 1986. 144с.

66. Солдаткин В. М., Танеев Ф. А. Динамические погрешности датчиков аэродинамических углов / Электрооборудование летательных аппаратов / Межвуз. Научн.сб.Казань.1990.С.62−68.

67. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений: Справочное пособие / В. Г. Домрачев, В. Р. Матвеевский, Ю. С. Смирнов. М: Энергоатомиздат, 1987. 392с.

68. Справочник по импульсной технике / Под. Ред. В. Н. Яковлева. Киев: Техника, 1971.-656с.

69. Бондарь Н. М. и др. Расчет и проектирование частотно-временных развертывающих преобразователей аэрометрического типа для бортовых ЦВМ // Авиационная промышленность, 1975, № 10, С.8−10.

70. А.С.№ 1 054 478 МКИ В64с 21/00, Устройство для измерения скорости и направления воздушного потока / Арзамасцев Ю. А., Танеев Ф. А, и др. / Опубл. 1983, Бюл.№ 42.

71. А.С.№ 1 080 613 МКИ В64с 21/00, Датчик аэродинамических углов / Арзамасцев Ю. А., Танеев Ф. А., Гераськин В. Е., Гусев В. В., Клюев Т. Н., Никольский С. А., Олин В. Н., Солдаткин В. М., Ференец В.А.

72. А.С.1 282 010 МКИ GOlp 5/00, 5/18, Устройство для измерения скорости и направления воздушного потока / Танеев Ф. А., Левин А. Л., Клюев Г. И., Солдаткин В. М., Ференец В.А.

73. А.С.№ 1 048 922, МКИ В64с 21/00, Устройство для измерения кинематических параметров воздушного потока / Иванчук А. С., Танеев Ф. А., Солдаткин В. М., Ференец В.А.

74. Танеев Ф. А., Солдаткин В. М., и др. Разработка ионно-меточного измерителя величины направления вектора воздушной скорости вертолета: Научно-технический отчет, шифр 3462, этап 2.2, Казан. Авиац. ин-т, 1992. 56с.

75. Танеев Ф. А., Иванчук А. С., Солдаткин В. М., Ференец В. А. Разработка меточных преобразователей скорости и угла скольжения вертолета: Научно-технический отчет, шифр 3432, этап 8, Казань, казан, авиац. ин-т, 1981. 78с.

76. Танеев Ф. А. Солдаткин В.М., Ференец В. А. Макетный образец меточного измерителя скорости и угла скольжения вертолета: Научно-технический отчет, шифр 3437, этап 3, TP № 1 822 034 304, Казань, казан, авиац. ин-т., 1982. 46с.

77. Танеев Ф. А., Захаров В. Г., Костиков Н. В., Куралесин В. А. Исследование меточного измерителя аэродинамического угла: Научно-технический отчет, шифр № 127−85−1Х, Жуковский, Летно-исследовательский ин-т, 1985. 38с.

78. Круглов М. Г., Меднов А. А. Газовая динамика комбинированных двигателей внутреннего сгорания: Учебное пособие для вузов по специальности «ДВС». М: Машиностроение, 1988. — 359 с.

79. Применение датчиков транзитного времени для измерения ионизированного воздушного потока. Барриоль Р., Ганнойер Г. Руссе С. Перевод с английского.

80. Перевод с английского языка статьи, помещенной в журнале «V/ISATA: 18th Int. Symp. Automat. Thechnol. and Autom», 1988, 2, стр. 1−15. А. Фон Йена, В, Магори фирма «Сименс АГ», ФРГ.

81. Barriol R., Hannoyer G., Roussean С. A new approach for ionic air flow sensors transit time.- SAE Techn. Pap. Ser, 1984, N840138, pp. 29−39.

82. Спинов А. Р. Системы впрыска бензиновых двигателей. (М. Машиностроение, 1995. 48 с.

83. Шашков А. Г. Терморезисторы и их применение. М.: Энергия, 1967. 320 с.

84. Капырина A.M. Порунов А. А. Проточный струйно-конвективный преобразователь малых перепадов давления.(В. сб.: Методы и средства измерения механических параметров в системах контроля и управления. Тезисы докладов к ВНТК. Пенза, янв. 1992, с 28−30.

85. Мак-Адаме В.X. Теплопередача М.: Металургиздат, 1966.

86. Ференец В. А. Полупроводниковые струйные термоанемометры. М.: Энергия. 1972, 112 с.

87. Разработка структурной схемы канала высотно-скоростных параметров CJIA. Техн. Отчет по НИР, шифр 75-Ц. Казань 1993. 150 с.

88. Чумаров А. Р. Структуры и характеристики ионно-меточных датчиков аэродинамических углов и воздушной скорости / Изв. вузов. Авиационная техника. 2001. № 3. С.34−37.

89. Патент РФ № 2 165 086 на изобретение «Устройство для измерения скорости и направления потока газа или жидкости» / Чумаров А. Р., Солдаткин В. М., Танеев Ф. А., Опубл. 10.04.2001. Бюлл. № 10.

90. Патент РФ № 2 172 961 на изобретение «Устройство для измерения скорости и направления потока газа или жидкости» / Чумаров А. Р., Солдаткин В. М., Танеев Ф. А., Опубл. 27.08.2001. Бюлл. № 24.