Диссертация (Теоретическое и экспериментальное исследование системы термостатирования прецизионного измерителя вектора угловой скорости на поплавковых гироскопах), страница 12

4.4, подавалось напряжение питания гиромотора и включался режим электрической пружины (режим датчика угловой скорости). При установившемсядвижении ротора гироскопа (вместе с поплавком) вокруг оси x гироскопический84момент M г = H ωк , обусловленный вращением корпуса с угловой скоростью ωквокруг оси y, компенсируется моментом, развиваемым датчиком моментаM дм = kдм ⋅ J дм и возмущающим моментом M в , вызывающим компоненту скоростисобственного дрейфа гироскопа ω0 (нулевой сигнал), не зависящую от ускорения,т.е. имеет место равенство M г = M дм + M в . Откуда получаемωк = K ⋅ J дм + ω0 ,(4.1)гдеK=kдмH– масштабный коэффициент датчика момента по скорости управле-ния;kдм – крутизна характеристики датчика момента;J дм – ток в катушке датчика момента.Величина K ⋅ J дм = ωизм представляет собой измеряемое гироскопом значение угловой скорости и в соответствии с (4.1) скорость собственного дрейфа гироскопа ω0определяется следующим образомω0 = ωк − ωизм .(4.2)Как видно из Рис.

4.4 для данного положения гироскопа угловая скорость егокорпуса вокруг оси чувствительности y, определяемая горизонтальной проекциейугловой скорости собственного вращения Земли, равна ωк = −ω зг cos ( ϕ ) , и такимобразом из (4.2) следует соотношение для постоянной составляющей скоростидрейфа гироскопаω0 = −ωзг cos ϕ − ωизм .(4.3)Для места проведения испытаний (г.

Москва) горизонтальная проекция скорости собственного вращения Земли составляет ωзг= 8,46 °/ч.854.2 Рабочее место проведения испытанийИспытания измерительного канала ГИВУС проводились на рабочем месте,блок схема которого представлена на Рис. 4.5.Теплоизоляционный колпакСлой теплопроводнойпастыГИВУСТермостатируемоеоснованиеКонтрольныйразъёмПоворотноеприспособлениеОснованиеиспытательного стендаВольтметрВ7-78/1ВольтметрВ7-78/1КонтрольноиспытательнаяаппаратураВольтметрВ7-78/1Рис. 4.5. Блок-схема рабочего места для проведения испытанийДля точного задания температуры основания прибора, он устанавливалсячерез слой теплопроводной кремнеорганической пасты 131-179 ТУ6-02-1-342-86(коэффициент удельной теплопроводности λ>1,8 Вт·м-1·°С-1) на термостатируемоеоснование, представляющее собойцилиндр, выполненный из алюминиевогосплава, с змеевидным каналом внутри, через который протекает охлаждающаяжидкость, поступающая от термостата.

Точность поддержания температуры установочной поверхности термостатируемого основания составляет 0,1 °С.С целью имитации работы прибора в условиях вакуума и невесомости, прикоторой отсутствует конвективный теплообмен, на ГИВУС надевался теплоизо-86ляционный колпак для уменьшения теплообмена с окружающей средой. Для имитации теплообмена поверхностей внешнего кожуха МГБ с устройствами соседнихизмерительных каналов в приборе (которые отсутствовали при испытаниях), этиповерхности закрывались слоем поролона толщиной от 1,5 до 2 см.Поворотное приспособление, установленное на основании испытательногостенда, использовалось для задания необходимой ориентации прибора (Рис.

4.3).ГИВУС подключался к контрольно-испытательной аппаратуре, котораяобеспечивала:– постоянное напряжения первичного электропитания прибора (25...29) В;– съем выходной информации измерительного канала прибора в виде им-пульсов, количество которых пропорционально углу поворота прибора вокруг осичувствительности измерительного канала за такт его опроса.Через контрольный разъём, подключенный к прибору, были выведены цепидля измерения аналоговой информации о сопротивлениях контрольных термодатчиков и о напряжениях, подаваемых от БУСТ на нагревательные элементы 1-го и2-го контуров термостатирования. Измерение сопротивлений производилосьвольтметром универсальным В7-78/1 в режиме омметра, а измерение напряжений– В7-78/1 в режиме измерения постоянного напряжения.В процессе проведения испытаний прибора контролировались следующиепараметры:- температура Tчэ корпуса ЧЭ;- температура Tст основания СТ;- температура Tкр кронштейна;- температура Tосн термостатируемого основания под прибором;- мощность P1 выделяемая на нагревательных элементах 1-го контура СТС;- мощность P2 выделяемая на нагревательных элементах 2-го контура СТС;- нулевой сигнал ω0 измерительного канала ГИВУС.Температуры Tкр, Tчэ и Tст определялись переводом значений сопротивленийконтрольных термодатчиков R1, R2 и Rст, соответственно, в температуры по тарировочным характеристикам, приведённым в Таблице 4, по следующей формуле:87T= Ттр - (Rтр - Rизм)/α ,(4.1)где Rизм – измеренное сопротивление контрольного термодатчика.Таблица 4.Тарировочные характеристики контрольных термодатчиковМесто установкиТермодатчикаТарировочнаятемператураТтр, °СКорпус ЧЭ (R2)Основание СТ (Rст)Кронштейн (R1)6000Значение сопротивления термодатчикапри тарировочнойтемпературе Rтр, Ом201,12100,47499,77Температурныйкоэффициент α,Ом/°С0,880,4072,028Контроль температуры Tосн осуществлялся по показаниям термостата, выдаваемым в цифровом виде непосредственно в размерности °С.Мощности P1 и P2 вычислялись следующим образом [53]:Pi =U махi ⋅ U i,Rнi(4.2)гдеUмахi – значение амплитуды напряжения питания с широтно-импульсой мо-дуляцией, подаваемое на нагревательные элементы контура термостатирования;Ui – среднее значение напряжения питания с широтно-импульсой модуля-цией, подаваемое на нагревательные элементы контура термостатирования и измеряемое прибором В7-78/1 во время испытаний;Rнi – сопротивление нагревательных элементов контура термостатирования.4.3 Результаты экспериментальных исследований ГИВУС с СТС (этап 1)4.3.1 Определение стабильности нулевого сигнала измерительногоканала при внешних температурных воздействияхДля оценки работоспособности разработанной системы термостатированияи оценки стабильности нулевого сигнала ω0 измерительного канала прибора привнешних температурных воздействиях проведены многократные испытания прибора при равномерном изменении температуры его основания Tосн, как показанона Рис.

4.6, от установившегося состояния при +35 °С до 0 °С в течение 1 часа.88Результаты экспериментальных исследований зависимости нулевого сигнала ω0 измерительного канала от температуры основания прибора Тосн, представлены на Рис. 4.6 [55].Т осн, °С∆Т чэ=|Т чэ-Т чэ'|=0,06 °С80∆Р 2=|Р 2-Р 2'|=0,74 Вт → ∆J 2=0,027 Аω0, °/ч0,0420,04700,0380,036Р 1=1,39 ВтР 2=0,21 ВтТ чэ=60,72 °С0,0340,032∆ω0=0,009 º/ч60Р 1'=7,56 ВтР 2'=0,95 ВтТ чэ'=60,66 °С50ω04030200,03Т осн0,0281000,02601020304050607080Время, мин90100110120130Рис. 4.6. Влияние температуры основания (Tосн) на величину нулевого сигналаизмерительного канала (ω0)∆J2 – изменение тока во 2-м контуре термостатирования, ∆ω0 – изменение ω0На полученном графике виден начальный переходной процесс изменения ωoс 10-й по 30-ю минуту.

К числу факторов, определяющих данный характер изменения ω0, можно отнести, в соответствии с [1, 9], тепловые деформации корпусаЧЭ, конвекционные потоки жидкости в зазоре между корпусом ЧЭ и поплавком,возникающие при неравномерном температурном поле в зазоре между корпусомЧЭ и поплавком и создающие возмущающие моменты вокруг выходной оси гироскопа, а также неравномерное по объему поплавка изменение величины гидростатической выталкивающей силы, из-за локальных изменений плотности поддерживающей жидкости, компенсирующей вес поплавка. Конечное изменение ω0 относительно исходного значения составило 0,009 °/ч, что больше требуемого значения на 0,005 °/ч, при этом стабильность поддержания температуры корпуса ЧЭсоставила 0,03 °С.894.3.2 Измерение тепловых параметров СТСДля определения динамики изменения тепловых параметров СТС во времяэксперимента, представленного на Рис.

4.6, с тактом 5 мин измерялись мощностиP1, P2 в 1-м и 2-м контурах термостатирования, температура Тчэ корпуса ЧЭ, тем-пература Тст основания стабилизатора тока.Также с целью верификации разработанной аналитической тепловой моделиМГБ, в среде Simulink выполнено моделирование работы СТС в условиях соответствующих условиям приведенного выше эксперимента (Рис.

4.6). По результатам изготовления измерительного канала ГИВУС, на котором проводились экспериментальные исследования, температура настройки 2-го контура термостатирования составила примерно +60,7 °С, при моделировании изначально закладывалась температура +60 °С. Соответствующее изменение было внесено в аналитическую тепловую модель.На Рис. 4.7-4.10 показаны графики изменения тепловых параметров СТС,полученные экспериментально и моделированием, а также представлена абсолютная разница между установившимися значениями параметров СТС в начальной и конечной точке этих графиков.8Р 1, ВтТ осн, °С40Р 1, эксперимент735∆Р 1=0,26 Вт653025Р 1, моделирование420315Т осн, моделирование210Т осн, эксперимент15∆Р 1=0,03 Вт00102030405060708090100110Время, минРис.

4.7. Влияние температуры основания (Тосн) навеличину мощности в 1-м контуре СТС (P1)1200130901,2Р 2, ВтТ осн, °С40Р 2, моделирование1,13510,9300,8∆Р 2=0,10 Вт 250,7Р 2, эксперимент0,6200,5150,4Т осн, моделированиеТ осн, эксперимент0,30,21050,1∆Р 2=0,02 Вт001020304050607080901001101200130Время, минРис. 4.8. Влияние температуры основания (Тосн) навеличину мощности во 2-м контуре СТС (P1)60,73Т чэ, °С∆Тчэ=0,006 ºСТ осн, °С60,7235Тчэ , моделирование60,71403060,725Тчэ, эксперимент60,692060,681560,67Т осн, моделирование60,6610Т осн, эксперимент60,65∆Тчэ=0,001 ºС60,640102030405060708090100Время, минРис.