Диссертация (Теоретическое и экспериментальное исследование системы термостатирования прецизионного измерителя вектора угловой скорости на поплавковых гироскопах), страница 14

4.14), приклеенных к торцевым поверхностямкорпуса ЧЭ, которые определяют величину нескомпенсированного магнитногополя от тока и, соответственно, величину возмущающих моментов, создаваемыхмагнитным полем вокруг выходной оси гироскопа через взаимодействие с феромагнитными включениями поплавка ЧЭ [1].Подложкаиз диэлектрикаТокопроводящийрисунокПеремычки,попарный разрывкоторых обеспечивает требуемуювеличинусопротивлениянагревательногоэлементаРис. 4.14. Конструкция нагревательных элементов в торцах корпуса ЧЭКак показывают эксперименты коэффициент влияния КJ индивидуален длякаждого образца ЧЭ, как по величине, так и по знаку.

Для восьми экспериментальных образцов ЧЭ коэффициент влияния варьируется от КJ= -0,2677 °/ч/А доКJ=0,1638 °/ч/А.98Таким образом, при уменьшении влияния тока J2 во 2-м контуре термостатирования на нулевой сигнал ω0 и термостабилизации корпуса чувствительногоэлемента с точностью 0,03 °С, возможно достижение требуемой стабильности нулевого сигнала ω0 на уровне 0,002 °/ч при внешних температурных воздействияхна прибор.С целью уменьшения влияние тока J2 на нулевой сигнал ω0 необходимообеспечить минимальное изменение мощности в нагревательных элементах ЧЭ засчёт перераспределения мощности между двумя контурами термостатирования.Также рекомендуется модернизировать ЧЭ с целью обеспечения его магнитного экранирования от нагревательных элементов 2-го контура термостатирования, используя магнитные экраны из магнито-мягкого материала 79НМ.

Магнитные экраны предназначены минимизировать влияния магнитных полей от токов, протекающих в нагревательных элементах ЧЭ и задаваемых СТС, на ферромагнитные массы, расположенные на поплавке, что должно повысить стабильность нулевого сигнала ЧЭ. По результатам испытаний п-образной медной пластины, ток в которой менялся от 0 до 1000 мА, магнитные экраны по обе стороныпластины способны снизить коэффициент регрессии функции магнитной индукции от тока на расстоянии 8 мм от пластины с 0,0031 мкТл/мА до 0 в плоскостиперпендикулярной пластине и с 0,0039 мкТл/мА до 0,0015 мкТл/мА в плоскостипараллельной пластине.В испытанном варианте СТС нагревательные элементы контура термостатирования ЧЭ питались напряжением с однополярной широтно-импульсной модуляцией (см.

раздел 3.2). В результате возникало нескомпенсированное постоянное магнитное поле, зависящее от величины и направления протекающего тока во2-м контуре термостатирования. Поэтому еще одним вариантом уменьшениявлияние тока J2 на нулевой сигнал ω0, является использование двухполярного напряжения, подаваемого на нагревательные элементы ЧЭ. Данный метод позволитисключить влияние магнитного поля постоянной ориентации на величину нулевого сигнала измерительного канала.

Однако необходимо проведение исследованиявлияния на нулевой сигнал переменного магнитного поля.994.4 Результаты экспериментальных исследований ГИВУС с СТС,имеющей адаптируемую температуру настройки 1-го контура (этап 2)По результатам этапа 1 экспериментальных исследований ИК ГИВУС с разработанной СТС, выявлено значительное влияние тока J2, протекающего в исполнительных элементах 2-го контура термостатирования на величину нулевого сигнала ω0. В связи с этим необходимо обеспечить минимальное изменение тока J2при внешних температурных воздействиях на прибор.Для решения задачи стабилизации мощности P2 (соответственно и тока J2)во 2-м контуре термостатирования, предлагается реализовать адаптируемую температуру настройки Tн1 1-го контура термостатирования [55] с сохранением выходных статических характеристик контуров СТС в соответствии с Рис.

3.3, 3.4.На Рис. 4.15 представлены экспериментальные данные для работы измерительного канала и СТС с алгоритмом поддержания мощности P2 во 2-м контуретермостатирования в диапазоне от 0,2 до 0,4 Вт, путем изменения температурынастройки Tн1 1-го контура, т.е. максимальное изменение мощности P2 составляет0,2 Вт, что соответствует изменению тока ∆J2 на 0,0074 А. Тогда максимальноерасчетное изменение нулевого сигнала ИК будет равно ω0 =∆J2·КJ =0,0074 А ·0,2677 º/ч/А = 0,002 º/ч, т.е половине допуска на изменение ω0 (не более 0,004 º/ч).ω0 , °/ч0,0490,0470,0450,0430,041Р 1=0,97 ВтР 1=4,14 ВтР 1=8,36 ВтР 2=0,33 ВтР 2=0,25 ВтР 2=0,18 ВтР сум=1,3 ВтР сум=4,39 ВтР сум=8,54 ВтТ чэ=60,70 °CТ чэ=60,70 °CТ чэ=60,69 °CТ н1=59,53 °CТ н1=59,92 °CТ н1=60,51 °CТ осн,° С0,0390,0370,035ω0=0,03613 °/ ч0,033ω00,031∆ω0=0,00036 °/ чТ осн=35 ° С0,02945∆ω0=0,00037°/ ч (от 20°С)30∆ω0=0,00073°/ ч (от 35°С)Т осн=20 ° С0,027Т осн0,02500,5t111,52t '12,5t233,544,5t '2515Т осн=0 ° С5,5606,57Время ,чРис.

4.15. Влияние температуры основания (Тосн) на величину нулевогосигнала ИК (ω0) при изменении температуры настройки 1-го контура СТС (Тн1)100В ходе эксперимента температура под основанием прибора изменялась двараза по линейной зависимости в течение 30 минут: от +35 °С до +20 °С (приt1=2 ч) и от +20 °С до 0 °С (при t2=4,7 ч). Значение температуры настройки Тн11-го контура термостатирования изменялось в моменты времени t′1=2,3 ч иt′2=5,0 ч так, чтобы мощность P2, потребляемая контуром термостатирования кор-пуса ЧЭ, не превышала 0,4 Вт.Изменение нулевого сигнала, полученное в ходе эксперимента при воздействии на прибор внешней температуры в диапазоне от 0 до +35 °С, составило0,0007 º/ч, что удовлетворяет требованию, предъявляемому к прибору (не более0,004 º/ч).Максимальная мощность, потребляемая системой термостатирования одного ИК, составила 8,54 Вт, тогда для четырёх ИК (для всего прибора) она не превысит 34,16 Вт, что удовлетворяет требованию к суммарному максимальномуэнергопотреблению системы термостатирования прибора (не более 35 Вт).Полученные по результатам эксперимента изменения нулевого сигнала, приизменении температуры под основанием прибора на интервалах времени (2 – 3) чи (4,5 – 5,5) ч определяются:- достаточно высокой скоростью изменением температуры под основаниемприбора (30 – 40) °С/ч;- перераспределением мощности в 1-м и 2-м контурах термостатирования(постоянные времени контуров термостатирования примерно 8мин) в результатеизменения температуры настройки 1-го контура термостатирования.При изменении температуры основания прибора в начальный момент времени возникает температурный градиент между торцами корпуса ЧЭ и его центральной частью.

Это связано с наличием постоянной времени контура термостатирования ЧЭ, определяемой тепловыми ёмкостями и проводимостями междукорпусом ЧЭ, на котором расположены контрольные термодатчики, и основанием прибора. Соответственно, чем больше скорость изменения температуры основания прибора, тем больше будет начальная величина температурного градиента101вдоль выходной оси ЧЭ, что приводи к возникновению явлений, представленныхв Разделе 4.3.1 и, как следствие, к изменению нулевого сигнала.В штатных условиях эксплуатации прибора в составе КА, по результатаманализа телеметрической информации эксплуатирующихся КА, скорость изменения температуры теплоотводящей плиты под прибором не превышает 2 °С/ч, чтодолжно значительно уменьшить величину изменения нулевого сигнала в переходном процессе, по отношению к экспериментально полученному значению прискорости изменения температуры (30 – 40) °С/ч.4.4.1 Алгоритм работы 1-го контура СТСВлияние на нулевой сигнал реакции контуров термостатирования на изменение температуры настройки Тн1 1-го контура термостатирования (Рис.

4.15) может быть снижено за счёт увеличения количества шагов изменения температурынастройки с 2, как в эксперименте, до 8 и соответственно уменьшения величиныодного шага с 0,49 °С, как в эксперименте, до 0,12 °С. Количество шагов равное 8(соответствует 9 значениям Тн1), выбрано исходя из величины одного шага –0,12 °С, которая позволяет изменять мощность P2, выделяемую во 2-м контуретермостатирования, не более чем на 0,2 Вт за один шаг увеличения или уменьшения температуры настройки Тн1, тем самым обеспечивая возможность удержаниямощности P2 в узком диапазоне от 0,2 до 0,4 Вт.Для выполнения вышеописанных требований, выдвигаемых к 1-му контуруСТС в части изменения температуры настройки Тн1, работу контура предлагаетсяреализовать по алгоритму, представленному на Рис.

4.16.∆Тн1, °СР2≥0,4 Вт+0,120→ ∆Тн1=+0,12 °С0,2 Вт≤Р2≤0,4 Вт → ∆Тн1=00,20,4 Р2, ВтР2≤0,2 Вт→ ∆Тн1= -0,12 °С-0,12Рис. 4.16. Алгоритм работы 1-го контура СТС с адаптируемойтемпературой настройки102При достижении мощности Р2, выделяемой в нагревательных элементах ЧЭ,значения больше 0,4 Вт, в мостовую измерительную схему 1-го контура термостатирования должна подаваться команда на электронный ключ, обеспечивающийкоммутацию дополнительных резисторов в мостовой схеме, соответствующихувеличению его температуры настройки Тн1 на один шаг величиной +0,12 °С, апри достижении мощности Р2 значения меньше 0,2 Вт, температура настройки Тн1соответственно должна понижаться на один шаг величиной -0,12 °С.

При этом сцелью завершения переходных процессов в 1-м и 2-м контурах СТС после срабатывания команды на переключение температуры настройки Тн1 1-го контура термостатирования, должна осуществляться задержка длительностью 8 мин (постоянная времени СТС) перед выдачей следующей команды переключения.4.4.2 Определение стабильности нулевого сигнала измерительногоканала при внешних воздействияхВлияние температурыЭффективность 1-го контура термостатирования, работающего по алгоритму представленному на Рис. 4.16, при внешних температурных воздействиях,проверена путем измерения нулевого сигнала ИК в течение 32,5 часов при дискретном изменении температуры основания под прибором с шагом 5 °С в диапазоне от 0 до +35 °С. Скорость изменения температуры не нормировалась, изменение производилось за минимально возможное время, обеспечиваемое термостатом.