Система автоматичного керування технологічним процесом пайки складених п’єзокерамічних перетворювачів

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що запропоновано новий спосіб забезпечення зворотнього зв’язку за температурою СПП для регулювання напруги поляризації; на основі запропонованої та розробленої системи автоматичного керування розроблено та впроваджено у виробництво новий технологічний процес пайки СПП; запропоновано, розроблено та впроваджено новий варіант технологічного обладнання для пайки СПП, в результаті використання якого значення показника якості СПП – механічної добротності зросло на 16%; в результаті проведеної оптимізації визначено параметри САК пайкою СПП, що сприяє підвищенню ефективності процесів пайки та поляризації; на основі сумісного вирішення рівнянь теплопровідності та напруженості електромагнітного поля отримано математичну модель процесу індукційної пайки СПП, яка дозволяє визначити розподілення температури та його динаміку по перерізу СПП.

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок автора полягає в розробці способу та САК регулювання напруги поляризації складених п’єзокерамічних перетворювачів на основі зворотнього зв’язку за загасанням тестового сигналу між п’єзоелементами в залежності від їх температури; в розробці структури та алгоритму функціонування пристрою для пайки складених п’єзокерамічних перетворювачів, який складається із джерела індукційного нагріву та пристрою регулювання напруги поляризації; в розробці математичної моделі індукційного нагріву СПП; в розробці алгоритму керування технологічним процесом пайки складених п’єзокерамічних перетворювачів; у визначенні методики оптимізації режимів технологічного процесу та параметрів пристрою для регулювання напруги поляризації, а також її реалізації; в проведенні численних модельних та натурних експериментів.

Обгрунтованість та вірогідність отриманих результатів.

Положення, висновки та рекомендації, викладені в роботі, отримані на підставі аналізу великої кількості наукових робіт та власних теоретичних і експериментальних дослідженнях автора. Свідченням обгрунтованості отриманих результатів є: коректне використання математичного апарату та сучасних методів досліджень; розбіжність результатів натурних експериментів та розрахунків за математичною моделлю не перевищує 10%, при рівні значущості р=0, 95; практичний досвід експлуатації розробленного обладнання, який довів його ефективність.

Реалізація результатів роботи. Запропонований технологічний процес та розроблену для нього апаратуру було впроваджено в процес виробництва електромеханічних фільтрів на АТЗТ “Калугаприборсвязь” (м. Калуга), НВФ “Энергосвязь” (м. Одеса), а також на науково-виробничій фірмі “Сігма” (м. Алчевськ). Виготовлені на цих підприємствах (з використанням результатів дисертаційної роботи) дослідні партії електромеханічних фільтрів, характеризуються підвищеними показниками якості. Запропоновані технологічний процес, обладнання, а також методика оптимізації режимів та регулювання напруги поляризації можуть бути поширені на будь-які технологічні процеси, де є необхідність пайки п’єзокерамики до металу.

Апробація роботи. Наукові положення і результати дисертаційної роботи були повідомлені на трьох науково-технічних конференціях: “РЭС-96”, м. Алушта, 1996р., “Автоматика-97”, м. Черкаси, 1997р., “Автоматика-98”, м. Київ, 1998р., а також на семінарах та науково-технічних конференціях Донбаського гірничо-металургійного інституту.

Публікації. Результати, отримані в дисертації, опубліковані в шістьох друкованих роботах, в тому числі: дві – в науково технічному журналі “Технологія та конструювання в електронній апаратурі” (м. Одеса), отримано державний патент України, опубліковано статтю в збірнику Міжнародної академії екологічної безпеки (Росія), а також опубліковано дві доповіді в збірниках праць науково-технічних конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків і списку літератури з 87 найменувань. Робота містить 156 сторінок машинного тексту, 48 рисунків та 11 таблиць.

 

 

У вступі обгрунтовано актуальність теми, сформульовано мету та задачі досліджень. Викладено основні наукові та практичні результати, які отримані в роботі, а також основні положення, що виносяться на захист.

У першому розділі зроблено огляд використання п’єзокерамічних пристроїв під час виробництва електронної апаратури та приведено загальну характеристику об’єкта технологічного процесу. Проведено аналіз найбільш важливих параметрів складених п’єзокерамічних перетворювачів, розглянуті питання моделювання СПП, як об’єкта автоматичного керування.

П’єзоелектричні перетворювачі широко використовуються в електроніці та приборобудуванні. Обсяг та сфера застосування цих пристроїв розширюється з року в рік. Причому, обсяг їх виробництва на світовому ринку подвоюється кожні 5 років. Успіхи в створенні та удосконаленні цих пристроїв великою мірою визначаються поліпшенням параметрів п’єзокерамічних матеріалів, які в деяких випадках наблизились до насичення. При такому стані справ особливого значення набуває удосконалення техніки виготовлення п’єзоелементів та пристроїв, в яких вони застосовуються, в першу чергу з точки зору повторюваності та стабільности їх характеристик.

Однією із основних галузей застосування виробів п’єзотехніки є виробництво електромеханічних фільтрів. Перетворювачі із п’єзокераміки розроблені для великої кількості типів електромеханічних фільтрів.

Повний цикл виготовлення СПП можна умовно розділити на три стадії: підготовка комплектуючих, збірка перетворювача та настройка. Найбільш прийнятною є ситуація, коли необхідність в третій стадїї відсутня. Звести до мінімуму питому вагу третьої стадії можна вдосконалюючи технологічний процес виготовлення СПП шляхом впровадження комплексної автоматизації.

Параметрами якості, по яким проводиться відбір СПП є наступні: відносна ширина резонансного проміжку р, резонансна та антирезонансна частоти fр та fа, механічна добротність Qm, температурний коефіцієнт частоти ТКЧ.

Відносна ширина резонансного проміжку визначається наступним чином:

 

  (1)

 

Механічна добротність СПП може бути визначена по формулі:

 

  (2)

 

Перераховані вище параметри є основними і виявляють значний вплив на характеристики електромеханічних фільтрів. Згідно 1/20 норм МККТТ для канальних електромеханічних фільтрів на 128кГц температурний