Анализ устройства по законам развития технических систем. Закон повышения динамичности и управляемости ТС, страница 4

НТР 9: используем вещество с пьезоэлектрическими свойствами для измерения перемещения объекта. При его движении происходит деформация жестко соединенного с ним пьезоэлектрика, что приводит к появлению электрического заряда. По величине этого заряда можно судить о величине перемещения.

Рисунок 11 – Конструкция пьезоэлектрического датчика линейных перемещений из НТР 9.

2.8 Закон перехода на микроуровень и использования полей

В процессе своего развития ТС дробится на более мелкие части (развертывается) или формируется из более мелких частей в целое (свертывается). При этом для организации мелких частей системы необходимо поле.

Анализ исходной ТС показывает, что она уже находится на высоком уровне по линии М(а)ТХЭМ. т.е. для измерения используется электрическое поле. Дальнейшее улучшение можно получить либо путем перевода на более высокий уровень механических элементов системы, либо заменой полей.

В частности, НТР 9 из пункта 2.7 использует электростатическое поле и может быть также рассмотрено в рамках данного закона.

        3 Устранение технического противоречия при помощи АРИЗ

1.1 Формулировка мини-задачи

Техническая система для измерения линейных перемещений включает 2 диэлектрические пластины, соединенные так, что образуют короткие плечи (КП) и длинные плечи (ДП), конденсатор, катушку индуктивности и измеряемый объект (ИО).

ТП-1: если длинные плечи сделать очень длинными, повысится точность измерения, но увеличится усилие, которое должен развить

ТП-2: если длинные плечи сделать небольшой длины -  усилие будет приемлемым, но уменьшиться точность измерения.

1.2 Конфликтная пара

Инструментом в данной ТС являются длинные плечи датчика. В качестве изделия логично взять измеряемый объект. Можно проверить выбор КП, исключая из системы инструмент и изделие. Если исключить ДП, пропадет необходимость их перемещать, т.е. противоречие пропадет. Выбросим ИО – стало нечего измерять, противоречие опять пропадает. Значит, КП выбрана верно.

1.3 Графическая схема ТП

Рисунок 12 – Графическая схема ТП-1.

Рисунок 13 – Графическая схема ТП-2.

1.4 Выбор ТП

В качестве основного выберем ТП-1, т.к. оно обеспечивает главный производственный процесс – точное измерение ИО.

1.5 Усиление конфликтной ситуации

Для усиления конфликта, удлиним ДП, т.е. сделаем их очень длинными.

1.6 Формулировка модели задачи

Дана ТС для измерения линейных перемещений, включающая ИО и очень длинные плечи. Очень длинные плечи хорошо измеряют ИО (+), но требуют от него большого усилия для перемещения (-). Необходимо найти такой Х-элемент, который, сохраняя способность длинных плеч точно измерять ИО, не требовал бы для их перемещения большого усилия от ИО.

2. Анализ ресурсов модели

2.1 Определение ОЗ

Оперативной зоной в данной задаче, является область, в которой ИО контактируют с короткими плечами датчика.

Рисунок 14 – Оперативная зона ТС.

2.2 Определение ОВ

Оперативное время – время измерения.

2.3 Определение ВПР

Внутрисистемные

1. Длинные плечи

- материал

- форма

- размер

2. Измеряемый объект

- материал

- форма

Внешне системные

1. Пружины

- материал

- форма

2. Конденсатор

- форма

- материал

- емкость

3. Катушка индуктивности

- форма

- материал

- индуктивность

4.Электрическое поле

- где

- когда

- сколько

Надсистемные

1. Пустота

2. Воздух

3. Вода

3. Определение идеального конечного результата (ИКР) и физических противоречий

3.1 ИКР

Х-элемент, абсолютно не усложняя систему и не вызывая вредных явлений, устраняет в течение ОВ необходимость прикладывать большое усилие в пределах ОЗ для перемещение длинных плеч, сохраняя способность инструмента совершать точное измерение ИО.

3.2 Усиленный ИКР

Дополним ИКР следующим ограничением: в систему нельзя вводить новые вещества и поля.

Подставим вместо Х-элемента ВПР инструмента. Т.е. форма, или материал, или размер длинных плеч должны быть такими, чтобы усилие, необходимое для их перемещения, уменьшалось. Очевидно, что это противоречит законы сохранения энергии. Т.е., необходим внешний источник механической энергии.

3.3 Физическое противоречие на макроуровне

ОЗ в ОВ должна быть зоной высокого давления, чтобы перемешать длинные плечи, и не должна быть зоной высокого давления, чтобы не оказывать влияние на перемещение ИО.