Выбор и обоснование структурной схемы струйного датчика угловой скорости

При выборе и обосновании структурной схемы необходимо обеспечить требуемые характеристики разрабатываемого устройства, которые условно можно разделить:

функциональные, к ним относятся: назначение, область применения и параметры, обеспечивающие функционирование с заданными характеристиками (диапазон измерения, погрешность быстродействие):

- конструктивно-технологические, к ним относятся: габариты, масса, формы, используемые материалы. обеспечение требуемого уровня технологичности;

эксплуатационные, к ним относятся: климатические условия (давление, температура, влажность). энергопотреблении.

При выборе структурной схемы основополагающими являются функциональные требования, другие группы требований должны быть обеспечены при выборе конструкции и схемотехнических решений при построении основных блоков устройства.

При выборе и обосновании структурной схемы необходимо обеспечить требуемые характери­стики разрабатываемого устройства, которые условно можно разделить:

функциональные, к ним относятся: назначение, область применения и параметры, обеспечиваю­щие функционирование с заданными характеристиками (диапазон измерения, погрешность, быст­родействие);

конструктивно-технологические, к ним относятся: габариты, масса, формы, используемые материалы. обеспечение требуемого уровня технологичности;

эксплуатационные, к ним относятся: климатические условия (давление, температура, влажность), энергопотреблении.

При выборе структурной схемы основополагающими являются функциональные требования, другие группы требований должны быть обеспечены при выборе конструкции и схемотехнических решений при построении основных блоков устройства.

Повышение точности преобразования струйного датчика угловой скорости достигается путем стабилизации расхода газа цепи датчика. Структурная схема этого ДУС приведена на рис. 14.

Датчик содержит герметичный корпус 1. нагнетатель 2. рабочее сопло 3. рабочую камеру 4 с каналом обратного хода газа 7. термоанеморезисторы 5 и в. систему стабилизации расхода газа в, газовой цепи датчика. Система стабилизации включает в себя термоанеморезистор-излучатель 8 и термоанеморезистор-приемник 9. установленные в канале обратного хода газа 7. генератор [сило­вой метки 11. регистратор тепловой метки К), формирователь временного интервала 12. Схем управления 13. генератор тактирующих импульсов 14. счетчик 15. регистр 16. ЦАП 17. задачик эталонного сигнала 18. схему сравнения 19. интегратор 20. усилитель-преобразователь 21. Выход генератора тепловой метки 11 соединен с термоанеморезистором-излучателем 8. а вход регистра­тора тепловой метки 10 - с термоанеморезистором-приемпиком 9. Выходы генератора» 1 1 и реги­стра 10 тепловой метки соединены с входами формирователя временного интервала 12. Инверс­ный выход формирователя временного интервала 12 через счетчик 15. регистр 16. ЦДГ1 17 соеди­нен с первым входом схемы сравнения 19. а второй вход схемы сравнения 19 соединен с выходом задатчика эталонного сигнала 18. Выход схемы сравнения 19 через интегратор 20. усилитель - преобразователь 21 соединен с пьезоэлементом нагнетателя 2. Прямой выход формирователя вре­менного интервала 12 соединен с входом схемы управления 13.

Рисунок 3.1. Струйный датчик угловой скорости.

 

 

Рисунок 3.2. Датчик угловой скорости.

Принцип действия СДУС (рис. 3.2) основан на использовании баллистического эффекта. Процесс измерительного преобразования в СДУС заключается в измерении по средствам диффе­ренциального термоанеморезистивного преобразователя относительно отклонения струи газа, ко­торое вызывается угловой скоротью движения корпуса устройства при поворотах ЛА.

Предлагаемый ДУС (рис. 3.2) состоит из: герметичного корпуса 1. рабочей камеры 2. в которой расположены дополнительное формирующее сопло 3. связанное через пневмопровод 4 и регули­руемый дроссель 5 с первым выходом 6 разделительной камеры 7. и основное формирующее сопло, связанное через пневмопровод 9 и дроссель 10 со вторым входом 11 разделительной камеры 7. вход 12 который подключен к нагнетателю 13. анемочувствительных элементов 14 и 15. расположенных в рабочей камере 2 симметрично оси 16 симметрии на склонах годографа 17 и включенные в электроизмерительные схемы 18 и 19. выходы которых связаны индикатором 20 угловой скорости и сумматором 25. выход которого присоединен к первому входу схемы сравнения 27. ко второму входу подключен выход задатчика 26 эталонного сигнала, а выход схемы сравнения подключен кс входу управляющего устройства 28, выход которого связан с нагнетателем 13.

Рис. 3.3. Датчик угловой скорости,

а) 10- датчик, 13- кольцевая стенка. 14-винты, 15-пористое кольцо,

16- кольцевой канал. 17- входное сопло,

б) 11- верхняя стенка, 12- нижняя стенка 18- центральная трубка,

19- металлическая трубка

 

Рисунок 3.4. Двухкомпонентный датчик угловой скорости.

Датчик основан на использовании принципа вихревого движения и состоит из плоской ци­линдрической камеры, имеющий на оси выпускной канал малого диаметра (рис. 3,3). В камеру через пористую стенку поступает жидкость или газ, который обладает только радиальными составляющими скорости. При вращении датчика в плоскости, перпендикулярной его оси, к радиальной скорости добавляется также и тангенциальная составляющая, вследствие чего возникает вихревое течение в камере и винтообразное течение в выходном канале. Вследствие сохранения момента количества движения тангенциальная скорость потока, а следовательно, и скорость жидкости в вихре возрастает в выходном канале, что создает коэффициент усиления датчика. Измерением параметров потока в выходном канале, в особенности угла винтообразного потока, можно определить угловую скорость вращения тела, на котором установлен датчик.

Отличительной особенностью струйного ДУС. представленного на рис. 17. является увеличе­ние точности измерения за счет уменьшения перекрестного влияния угловых скоростей в каждой плоскости вращения и коррекции чувствительности, что достигается введением сумматоров, вычитающих устройств, блоков коррекции в каждый из каналов измерения составляющей угловой скорости. а также повышением конструктивно-технологических возможностей с более точным воспроизведением геометрических параметров элементов устройства, причем датчик угловой скорости реализуется на стандартных элементах.

Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости включает в себя 1 - нагнетатель (источник пневмопитания);2 - формирующее сопло;3 - рабочая камера;4, 7, 9, 10, 11 - изолированные стойки;5, 12 - анемочувствительные элементы плоскости вращения "yoz";6, 13 - анемочувствительные элементы плоскости вращения "xoz";8 - корпус устройства; 14 - основание;15, 16 - электроизмерительные схемы анемочувствительных элементов в плоскости вращения "xoz";17, 18 - электроизмерительные схемы анемочувствительных элементов в плоскости вращения "yoz";19, 22 - сумматоры;20, 21 - вычитающие устройства;23 - блок коррекции чувствительности в плоскости вращения "xoz";24 - усилитель информативного сигнала в плоскости вращения "xoz";25 - усилитель информативного сигнала в плоскости вращения "yoz";26 - блок коррекции чувствительности в плоскости вращения "yoz";27 - блок преобразования информативных сигналов.

Из проведенного анализа можно сделать вывод о том, что основными элементами в струйном ДУС являются: нагнетатель, формирователь затопленной струи, анемочувствительный элемент и рабочая камера.

В результате проведенной работы были определенны требования, предъявляемые к датчику и проанализировава различные варианты построения ДУС, основанных на струйном эффекте, была выбрана обобщенная структурная схема.

Наибольшее влияние на суммарную погрешность в данной структурной схеме будет оказывать нагнетатель и термоанемочувствительные элементы.

4 Исследование структурно-функциональной схемы струйного ДУС Расчетно-теоретическое обоснование требований к основным элементам датчика. Расчет параметров и характеристик датчика

На основе проведенного анализа в пункте 3. выбираем следующую обобщенную структурную схему, представленную на рис. 4.1.

Рисунок 4.1. Обобщенная структурная схема струйного ДУС

ФЗС- формирователь затопленной струи,

Н- нагнетатель

СПН- схема привода нагнетателя.

Ст- струя.

АЧЭ- анемочувствительный элемент.

ЭИС- электроизмерительная схема.

БК- блок коррекции, МК- микроконтроллер.

>- усилитель.

С целью определения требований к основным преобразователям, входящим в структуру раз­рабатываемого струйного ДУС проведем анализ их характеристик в последовательности, определяемой процессом получения информации.

Основными элементами структурной схемы датчика угловой скорости являются: первичный преобразователь угловой скорости (струя газа или жидкости в рабочей камере), для которой необходимо определить функцию преобразования, анемочувствительные элементы, электроизмери­тельная схема (ЭИС) и нагнетатель. В виду сложности отдельного рассмотрения анемочувствительных элементов и ЭИС. проведем их совместный анализ.