Термоэлектрическй датчик

Отчет 180 с., 3 ч., 24 рис., 18 табл., 11 источников, 6 прил. РАЗРАБОТКА ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ОБЛЕДЕНЕНИЯ. Ключевые слова: термоэлектрический, датчик обледенения, датчик теплового потока, термоэлектрический охладитель, чувствительность, кристаллизация, быстродействие, энергопотребление, ТЭО, ДТП. Целью настоящей научно-исследовательской опытно-конструкторской является разработка опытного образца термоэлектрического датчика обледенения, который должен иметь улучшенные характеристики по сравнению присутствующими в настоящее время на рынке датчиками. И решить ключевые проблемы, а именно, ограничения по пороговым значениям определения, точности и достоверности определения обледенения, проблему установления количественных характеристик – интенсивности и величины обледенения. Данная цель была реализована путем конструирования инновационного датчика на основе патентованного решения, а именно, впервые включение в конструкцию датчика обмерзания трех составных элементов: термоэлектрического модуля задающего цикл измерения, датчика теплового потока напрямую измеряющего величину теплового потока обледенения и датчика температуры. Инновационным является конструкция с встроенным термоэлектрическим датчиком теплового потока. На первом этапе работы был выработан оптимальный конструктив и проведены детальные расчеты функциональных параметров разрабатываемого датчика и разработана конструкторская документация. Датчик обледенения представляет собой миниатюрную конструкцию из термоэлектрического охладителя, датчика теплового потока и датчика температуры, размещенную в стандартный конструктив ТО8 (по международной классификации JEDEC). При этом вокруг элементов конструкции сделана защитная полимерная заливка, которая одновременно с диафрагмой, накрывающей датчик теплового потока, образует измерительную кювету для образца воды, льда. На втором этапе изготовлен опытный образец и проведены детальные исследования и испытания. Результаты исследований опытного образца разработанного термоэлектрического датчика обледенения показали высокие потребительские параметры, а именно: - датчик надежно определяет событие кристаллизации влаги. Причем это надежно фиксируется по двум измерительным каналам: датчиком температуры и датчиком теплового потока. - количественное определение температуры кристаллизации происходит как в фазе охлаждения, что традиционно, так и в фазе нагрева по характерному поведению временной диаграммы температурного датчика, что связано с тепловыделением в момент фазового перехода вода-лед и лед-вода. На прямом ходе (охлаждение) точная интерпретация значения температуры потребует введения простых эмпирических поправочных коэффициентов, то на обратном ходе определение температуры точки фазового перехода более точно и укладывается в требования по точности определения температуры обледенения - В целом точность определения температуры обледенения составляем величину не хуже +/-0,3°С. - с высокой точностью определяется интенсивность обледенения – количество воды в измерительной кювете или эквивалентную толщину слоя воды, льда. При этом получена линейная характеристика в широком диапазоне размера измеряемой пробы - диапазон измерения эквивалентного слоя обледенения 0 – 4 мм. - точность определения размера пробы не хуже 10%. - датчика обладает высокой обнаружительной способностью остаточной влаги (льда) по датчику теплового потока, что находится за пределами возможного определения фактического размера пробы. Обнаружительная способность разработанного датчика на уровне 0.001 мм эквивалентной толщины слоя воды, полностью соответствует требованиям технического задания. - энергопотребление датчика обледенения на уровне не более 5 Вт в максимуме цикла измерения удовлетворяет требованиям технического задания во всем диапазоне температурных условий эксплуатации. При этом среднее энергопотребление значительно меньшее и не превышает 2 Вт. - миниатюрная конструкция датчика обледенения полностью удовлетворяет требования технического задания по габаритным и весовым характеристикам. Приемочные испытания опытной партии датчиков обледенения, произведенных по разработанной технической документации, показали хорошую воспроизводимость параметров датчиков, их надежность и готовность к практической эксплуатации. Реализованные решения в ходе выполнения работ по проекту имеют изобретательский уровень, в связи с чем поданы две заявки на изобретения: на конструкцию датчика обледенения (полезная модель), доработанную относительно исходного патентованного решения, и на способ измерения позволяющего существенно улучшить эксплуатационные характеристики датчика обледенения. Цели и задачи научно-исследовательской опытно-конструкторской работы «Разработка опытного образца термоэлектрического датчика обледенения» выполнены полностью. Разработанный датчик обледенения может быть рекомендован к опытной эксплуатации. А разработанная опытно-конструкторская и технологическая документация позволяет начать подготовку мелкосерийному и серийному производству инновационного датчика обледенения. При этом необходима адаптация к конкретным областям применений: авиация и авиационное наземное хозяйство, автотранспорт и дорожное хозяйство, железнодорожный транспорт, линии электропередач, ветроустановки и т.п. А также на основе разработанных алгоритмов работы датчика обледенения необходима разработка электроники для управления индивидуальными датчиками и датчиковыми (сенсорными) сетями. Внедрения в промышленность разработанного датчика обледенения благодаря уникальным характеристикам позволит потеснить большой круг конкурентных решений и обеспечит значительный рынок применений. Благодаря диверсификации применений и большому потенциалу рынков применений, причем с большим экспортным потенциалом, возможна выработка перспективной бизнес-модели. Подано заявление о выдаче патента на полезную модель «Термоэлектрический датчик обледенения» № 2021132214. Работы выполнены полностью. Полученные результаты полностью удовлетворяют техническому заданию.