д.т.н., професор Лукашенко В.М., к.т.н., доцент Уткіна Т.Ю.,
аспірант Гавриш А.В., магістрант Хоменко А.В., магістрант Король Г.Г.

Черкаський державний технологічний університет, Україна

ОЦІНКА СУЧАСНИХ ДАТЧИКІВ ТИСКУ
ЗА КРИТЕРІЯМИ ПОДІБНОСТІ

Стрімкий розвиток електроніки і обчислювальної техніки дозволив здійснювати широку автоматизацію різних процесів у промисловості, сфері наукових досліджень та повсякденному житті. Реалізація цієї автоматизації значною мірою визначається можливістю пристроїв отримувати інформацію про певний параметр або процес, які називаються датчиками. Застосування датчиків не обмежується лише автоматизованими системами, оскільки вони можуть виконувати також функції елементів вимірювальних систем [1-3].

У теперішніх умовах пріоритетного розвитку таких галузей промисловості як машинобудування, літакобудування, автомобілебудування неможливо обійтися без використання надійних систем управління, контролю та діагностування [4]. Основним елементом подібних систем є первинний перетворювач неелектричних величин (датчик). Датчики реагують на зовнішні подразники, зокрема температуру, тиск, світло, звук, електричний струм, магнетизм, радіацію, хвильове випромінювання, перетворюючи їх в електричні сигнали [5].

Для дослідження обрано сучасні датчики тиску: ASX001G24R-DO, DMP330M, DMK331, MBS1700, STX2100, RPT 200.

До сучасних датчиків висувають різноманітні вимоги, які визначаються перш за все, умовами їх застосування: відсутність дії на функціонування організму людини, необхідні чутливість і точність, висока перевантажувальна здатність, стійкість до хімічних і біологічних впливів вимірювального та навколишнього середовища, мала маса і габаритні розміри, економічність та технологічність виготовлення тощо.

Питанням побудови датчиків, їх управління присвячено ряд робіт В.А. Тесленко, Д.А. Браславский, Г.І. Воронін, Н.М. Фомін, Е.А. Чернявський та інші. Однак, в цих роботах недостатньо відображено, як з безлічі датчиків швидко вибрати той, що найбільш підходить споживачеві за необхідними техніко-економічними показниками. Тому проведення систематизації сучасних датчиків тиску для швидкого вибору датчика, який задовольняє відповідні параметри, є завданням актуальним [6-8].

Метою роботи є визначення найкращого датчика тиску за рахунок побудови багатокритеріальної моделі залежності основних технічних показників.

Для досягнення цієї мети необхідно:

- створити перелік основних моделей датчиків з основними технічними показниками;

- запропонувати узагальнену математичну модель;

- визначити умовні критерії на основі теорії неповної подібності та розмірностей;

- побудувати багатокритеріальну знакову модель залежності основних технічних показників сучасних моделей датчиків тиску у безрозмірних координатах, яка дозволить споживачеві вибрати відповідний датчик.

Рішення поставленої задачі. Одним з важливих рішень, від яких залежить весь проект, є вибір найкращої моделі датчика [1, 6]. Для цього використовуються різноманітні критерії подібності, основні з яких представлені в цій роботі. Пошук моделі датчика, що задовольняє усім вимогам замовника, зазвичай включає систематизацію інформації про технічні, економічні та інші характеристики сучасних моделей датчиків за технічними комерційними журналами та спеціалізованою літературою.

Проведено системний аналіз сучасних моделей датчиків тиску, на основі результатів якого створено перелік їх основних технічних показників, що наведений в табл. 1.

Таблиця 1

Перелік основних технічних показників сучасних датчиків тиску

№	Модель датчика	Робочий тиск, кПа		Напруга живлення, B		Діапазон робочих температур, K		Вібростійкість, Гц
		min	max	min	max	min	max	min	max
1	ASDX001G24R-DO	1	6	4,75	6,5	-293	378	20	100
2	DMP 330M	600	1600	9	30	-298	398	20	200
3	DMK 331	100	60000	1	10	-313	398	20	400
4	MBS 1700	100	2500	9	32	-313	353	25	700
5	STX 2100	0,35	2000	12	45	-313	373	5	110
6	RPT 200	3,5	350	11	13	-293	333	2	4

Узагальнена математична модель за основними показниками має вигляд:

(1)

де  – максимальні і мінімальні значення робочої напруги
датчиків, В;

– максимальні і мінімальні значення вібростійкості датчиків, Гц;

– максимальні і мінімальні значення температури, K;

– максимальні і мінімальні значення робочого тиску
датчиків, кПа.

Враховуючи відсутність математичної залежності між наведеними показниками датчиків тиску за формулою (1), пропонується використовувати теорію неповної подібності і фізичне моделювання та на підставі евристичного методу створити умовні критерії подібності [1-3].

Загальний вигляд критерію подібності через визначальні величини має вигляд:

(2)

де індекси  і відповідають обраним параметрам, при цьому
 – умовний критерій, який є безрозмірною величиною [4-6].

Ці величини характеризувати відповідні технічні показники сучасних моделей датчиків тиску.

Тоді критеріальне рівняння для всіх датчиків приймає вигляд:

(3)

де – величина, що характеризує діапазон робочих напруг;

 – величина, що характеризує діапазон робочих частот;

 – величина, що характеризує діапазон робочих температур;

 – величина, що характеризує діапазон робочого тиску.

Результати розрахунку умовних критеріїв наведені в табл. 2.

Таблиця 2

Перелік умовних критеріїв основних технічних показників
сучасних моделей датчиків тиску

№	Найменування
1	ASDX001G24R-DO	0,269	0,8	0,225	0,83
2	DMP 330M	0,7	0,9	0,251	0,63
3	DMK 331	0,9	0,95	0,214	0,998
4	MBS 1700	0,719	0,964	0,113	0,96
5	STX 2100	0,733	0,954	0,160	0,999
6	RPT 200	0,154	0,5	0,120	0,99

За результатами (табл. 2) побудовано графік залежності основних технічних показників обраних моделей датчиків тиску у безрозмірних координатах.

Графік знакової моделі залежності основних показників у безрозмірних координатах представлений на рис. 1.

251658240

Рис. 2. Чотирьох квадрантна знакова модель основних технічних показників
сучасних моделей датчиків тиску у безрозмірних координатах

Примітка: цифри 1, 2, …, 6 відповідають цифрам в табл. 2.

З рис. 1 видно, що найкращим серед моделей датчиків тиску за всіма критеріями є датчик тиску DMK 331, на другому місці за трьома критеріями, крім робочого температурного діапазону, – датчики MBS 1700, STX 2100.

Висновки:

1. Створено перелік сучасних моделей датчиків тиску з основними технічними показниками.

2. Визначено умовні критерії на основі теорії неповної подібності та розмірностей.

3. Побудовано знакові моделі залежностей основних технічних показників датчиків у безрозмірних координатах.

4. Визначено найкращі сучасні датчики, до них відносяться: DMK 331,MBS 1700, STX 2100.

5. Таким чином, запропонована знакова модель дозволяє зменшити час вибору датчика з найкращими показниками ; ; ; на базі теорії неповної подібності та розмірностей.

В подальшому дослідженні планується запропонувати математичну модель узагальненої оцінки якості предмету дослідження.

Література:

1. Лукашенко А. Г. Виявлення резерву предмета дослідження на основі теорії неповної подібності та розмірностей / А. Г. Лукашенко, О. А. Кулигін, В. М. Лукашенко // Вісник ХНУ. – 2009. – № 3. – С. 184–187.

2. Рудаков К. С. Двоквадрантна образно-знакова модель визначення ефективного маршрутизатора / К. С. Рудаков, В. М. Лукашенко, Т. Ю. Уткіна // Вісник ХНУ. – 2015. – № 2. – С. 150–156.

3. A Sign Model of the Detection of the Best Finger-Prints Sensors for Laser Technological Complex / A. G. Lukashenko, T. Yu. Utkina, V. M. Lukashenko and others // Nauka i studia. – Przemysl, 2012. – № 13 (58). – P. 78–83.

4. Systematization and qualitative assessment of models of access for laser technological complex based on biometrics / O. S. Verbytskiy, S. A. Mitsenko, T. Yu. Utkina, A. G. Lukashenko, V. M. Lukashenko // Nauka i studia. – Przemysl, 2012. – № 3 (48). – P. 121–126.

5. Utkina T. Yu. Development of the Multiple Criteria Model of Qualitative Assessment of Modern Pulse Reflectometers / T. Yu. Utkina // Вісник Черкаського державного технологічного університету. – 2013. – № 2. – С. 40–43.

6. Системний аналіз біометричних датчиків відбитків пальця для системи управління доступом лазерного технологічного комплексу / В. М. Лукашенко, Т. Ю. Уткіна, Д. А. Лукашенко та ін. // Вісник ЧДТУ. – 2012. – № 4. – С. 29–34.

7. Тесленко В. А. Датчики в системах збору даних і управління / В. А. Тесленко. – 2004.

8. Браславский Д. А. Прилади і датчики літальних апаратів / Д. А. Браславский. – М. : Машинобудування. – 2000.