Диссертация (Теоретическое и экспериментальное исследование системы термостатирования прецизионного измерителя вектора угловой скорости на поплавковых гироскопах), страница 15

С целью улучшения стабильности поддержания температуры ЧЭ коэффициент усиления 2-го контура СТС К2 был увеличен с 40 В/Ом до 60 В/Ом. Результаты измерения нулевого сигнала ИК представлены на Рис. 4.17.1030,1450,1440,1430,1420,1410,140,1390,1380,1370,1360,1350,1340,1330,1320,1310,13ω 0, °/ чТ осн=0 ° СТ осн=5 ° СТ осн=10 ° СР 1=5,18 ВтР 1=4,45 ВтР 1=3,44 ВтР 1=2,90 ВтР 1=2,12 ВтР 2=0,25 ВтР 2=0,29 ВтР 2=0,34 ВтР 2=0,34 ВтР 2=0,31 ВтР сум=5,43 ВтР сум=4,74 ВтР сум=3,78 ВтР сум=3,24 ВтР сум=2,43 ВтТ чэ=60,616 °CТ чэ=60,616 °CТ чэ=60,620 °CТ чэ=60,620 °CТ чэ=60,626 °CТ н1=60,17 °C∆Т н1=-0,1 °C∆Т н1=-0,2 °C∆Т н1=-0,3 °C∆Т н1=-0,4 °Cω0 =0,13306º/чω 0=0,13323º/ч0123Т осн=15 ° Сω 0=0,13311º/ч45Т осн=20 ° Сω 0=0,13343º/ч67ω 0=0,13422º/ч8910Время ,ч0,1450,1440,1430,1420,1410,140,1390,1380,1370,1360,1350,1340,1330,1320,1310,13ω0, °/ чσ(t )=0,0001 °/ч за 12 часов при Т осн=20 ºС10111213141516171819202122Время ,ч0,1450,1440,1430,1420,1410,140,1390,1380,1370,1360,1350,1340,1330,1320,1310,13ω0, °/ чТ осн=20 ° СТ осн=25 ° СТ осн=30 ° СТ осн=35 ° СР 1=0 ВтР 2=0,24 ВтР 1=2,12 ВтР 1=1,39 ВтР 1=0,58 ВтР 2=0,31 ВтР 2=0,33 ВтР 2=0,36 ВтР сум=2,43 ВтР сум=1,73 ВтР сум=0,94 ВтТ чэ=60,626 °CТ чэ=60,639 °CТ чэ=60,640 °C∆Т н1=-0,4 °C∆Т н1=-0,5 °C∆Т н1=-0,6 °CР сум=0,24 ВтТ чэ=60,642 °C∆Т н1=-0,6 °Cω 0=0,13676º/чω 0=0,13428º/ч2223ω 0=0,13443º/ч242526ω 0=0,13507º/ч272829303132Время ,чРис.

4.17. Влияние температуры основания (Тосн) на величину нулевого сигналаИК (ω0) с СТС, имеющей адаптируемую температуру настройки 1-го контура104При проведении испытаний прибор устанавливался на теплоотводящее основание без использования теплопроводной пасты, таким образом, между основанием прибора и теплоотводящим основанием обеспечивался зазор величиной (0,20,4) мм, а физический контакт между прибором и основанием обеспечивалсятолько через установочную поверхность трёх точностных опоры прибора диаметром 30 мм.

Цель подобного способа установки прибора – уменьшение тепловойпроводимости между прибором и теплоотводящим основанием и соответственноуменьшение мощности, затрачиваемой СТС на обогрев ЧЭ. В связи с этим длядостижения стабильности нулевого сигнала ω0 до уровня 0,002 °/ч количество шагов изменения температуры настройки 1-го контура СТС составило 7 (вместо 8 ),а цена одного шага – 0,1 °С (вместо 0,12 °С).Способ установки прибора без использования теплопроводящей пасты позволил снизить максимальное суммарное потребление двух контуров СТС Рсумм с8,54 Вт (Рис. 4.15) до 5,43 Вт (Рис. 4.17), т.е. экономия составила 3,11 Вт для од-ного ИК, и 12,44 Вт для всего прибора (для четырёх ИК).

Однако, при температуре основания Тосн= +35 °С температура кронштейна Ткр превысила максимальнуютемпературу настройки 1-го контура термостатирования (произошел перегрев),при этом мощность, выделяемая во 2-м контуре термостатирования составилаP2=0,24 Вт, что близко к нижней границе допустимого потребления (0,2 Вт) этогоконтура. Таким образом, при Тосн= +35 °С и одном работающем ИК отсутствуеттемпературный запас в работе 2-го контура СТС виду недостаточного пассивногоохлаждения прибора, вследствие чего при Тосн≥ +35 °С и четырёх работающих ИКможет возникнуть перегрев ЧЭ, что недопустимо, поэтому необходимо использовать первоначальный способ установки прибора через слой теплопроводной пасты.Однако, полученные результаты испытаний (Рис. 4.17) в части стабильностинулевого сигнала ω0, актуальны, так как в проведённом эксперименте:– реализована основная идея адаптируемой температуры настройки Тн1 1-гоконтура термостатирования – поддержание мощности во 2-м контуре термостатирования в диапазоне от 0,2 до 0,4 Вт;105– проверено влияние работы СТС с адаптируемой температурой настройкиТн1 1-го контура на стабильность нулевого сигнала ω0.По результатам эксперимента максимальная разница между установившимися значениями нулевого сигнала ω0 в диапазоне температур Тосн=(0…+35) °Ссоставила ∆ω0(Тосн)=0,00353 º/ч (стабильность 0,0018 º/ч) при требуемом значениине более 0,004 º/ч, что подтверждает эффективность применения 1-го контураСТС с адаптируемой температурой настройки.

Полученная стабильность температуры ЧЭ за 32 ч составила 0,01 °С.Влияние напряжения первичного электропитания и времениПомимо влияния температуры теплоотводящего основания на величину нулевого сигнала ω0, воздействующими факторами также являются время (случайная составляющая отклонения ω0) и напряжение первичного электропитания прибора. Зависимость ω0 от этих двух факторов представлена на Рис. 4.18, 4.19. Выходная информация ИК измерялась в режиме точностной готовности (не менеечем через 3 ч после включения ИК) с тактом опроса 0,10 с и обрабатывалась путём осреднения с интервалами осреднения 900 с.0,1305ω0, °/чσ(t)=0,00035 º/ч0,130,12950,1290,12850,1280,12750123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24Время ,чРис.

4.18. Зависимость нулевого сигнала ИК (ω0) от времени в течение 24 часов(случайная составляющая отклонения ω0)106ω 0, °/чσ(U )=0,00032 º/ч0,133U =26 Вω 0=0,13069 º/ч0,132U =29 Вω 0=0,13077 º/чU =26 ВU =29 ВU =27 Вω0 =0,13066 º/ч ω0 =0,13047 º/ч ω 0=0,13039 º/ч0,1310,130,12900,511,522,533,544,555,566,577,588,599,5 10 10,5 11Время ,чРис.

4.19. Влияние изменения напряжения первичного электропитания (U) навеличину нулевого сигнала ИК (ω0)Учитывая, что изменение ω0 во времени носит случайный характер, и изменение напряжения первичного электропитания является случайным процессом, тооценим стабильность ω0 по среднему квадратичному отклонению его значений.Среднее квадратичное отклонение ω0 при Тосн=0 ºC и U=27 В на интервале времени t=(0...24) ч составило σ(t)=0,00035 º/ч (Рис. 4.18), на интервале времениt=(0...11) ч – σ(t)=0,00032 º/ч (Рис. 4.18), а при изменении напряжения первичногоэлектропитания в диапазоне U=(26...29) В на интервале времени t=(0...11) ч –σ(U)=0,00032 º/ч (Рис. 4.19).

Так как посчитанные за время t=11 ч значения σ(t) иσ(U) равны, то можно сделать вывод, что изменение напряжения первичногоэлектропитания ИК не отражается на стабильности его нулевого сигнала.Также экспериментально исследовано влияние на ω0 изменения напряженияпервичного электропитания прибора в диапазоне U=(25...29) В. Результаты испытаний представлены на Рис. 4.20, 4.21, где напряжение первичного электропитания менялось скачкообразно от 25 В до 29 В и обратно, в процессе работы измерительного канала при температуре Тосн=0 °С и мощности P2, выделяемой во 2-мконтуре термостатирования, равной 0,33 Вт и 0,46 Вт, что в соответствии с107Рис.

4.16 близко к среднему (0,3 Вт) и максимальному (0,4 Вт) значениям мощности P2 удерживаемой во 2-м контуре СТС.ω0, °/ч0,142U =25 В0,141U =29 Вω0=0,13951 º/чU =25 Вω0=0,13947 º/чω0=0,13902 º/ч0,140,1390,138030,53,5141,54,5252,55,5633,56,5744,57,5858,5Время ,чРис. 4.20. Влияние изменения напряжения первичного электропитания (U) навеличину нулевого сигнала ИК (ω0) при P2=0,33 Вт и Тосн=0 °С0,138ω0, °/ чU =25 ВU =29 ВU =25 В0,137ω0=0,13523 º/чω0=0,13582 º/чω0=0,13549 º/ч0,1360,1350,134040,54,5151,55,5262,56,5373,57,5844,58,595Время ,чРис.

4.21. Влияние изменения напряжения первичного электропитания (U) навеличину нулевого сигнала ИК (ω0) при P2=0,46 Вт и Тосн=0 °СКак видно из полученных результатов (Рис. 4.20, 4.21) максимальное изменение среднего значения ω0, не превышает 0,0006 º/ч, что сопоставимо со случайной составляющей отклонения ω0 (Рис. 4.18), т.е. влияние изменения напряжения108первичного электропитания в диапазоне U=(25...29) В на стабильность нулевогосигнала ИК отсутствует.Для сравнения на Рис.

4.22 приведено влияние изменения напряжения первичного электропитания от 29 В до 25 В (в точке 2 ч) на нулевой сигнал ω0 измерительного канала с СТС без адаптируемой температуры настройки 1-го контуратермостатирования и мощности, выделяемой в нагревательных элементах 2-гоконтура СТС, равной Р2=3 Вт. Изменение ω0 составило 0,00684 º/ч (при допустимом отклонении не более 0,004 º/ч) вследствие увеличения тока, протекающего внагревательных элементах ЧЭ, на 0,025 А при падении напряжения первичногоэлектропитания с 29 В до 25 В.0,1ω 0, °/ ч0,099U =29 В0,098U =25 В0,0970,0960,0950,0940,0930,0920,0910,09∆ω 0= 0,00684 º/ч0,0890,08810411062108Время ,ч31104112Рис. 4.22.

Влияние изменения напряжения первичного электропитания (U ) навеличину нулевой сигнал ИК (ω0) с СТС без адаптируемой температурынастройки 1-го контура и Р2=3 ВтСуммарное влияние температуры, напряжения первичного электропитания и времениУчитывая, что все три фактора, влияющих на ω0, (время – t, температура –Тосн, напряжение – U) являются независимыми друг от друга, а изменение во времени Тосн и U является случайным, величину отклонения ∆ω0(t, Тосн, U) нулевого109сигнала ω0 измерительного канала прибора за t=24 часа можно оценить по следующей формуле [31, 32, 33, 34]: ∆ω0 (Т осн )   ∆ω0 (U ) ∆ω0 (t , Т осн ,U )= ( 3σ(t ) ) +  +22 222(4.3)где:3σ(t) – отклонение ω0 (случайная составляющая) от среднего значения завремя t=24 часа, т.е.

99,7 % значений ω0 в течение суток будет лежать в пределах±3σ(t);∆ ω 0 (Т осн ) – максимальное по модулю изменение ω0 при изменении темпе-ратуры Тосн в диапазоне от 0 до +35 °С, т.е. значения ω0 будут лежать в пределах±∆ ω 0 (Т осн )при допустимых внешних температурных воздействиях на ГИВУС;2∆ ω 0 (U ) – максимальное по модулю изменение ω0 при изменении напряже-ния U в диапазоне от 25 до 29 В, т.е.

значения ω0 будут лежать в пределах±∆ ω 0 (U2)при допустимом изменении напряжения первичного электропитанияГИВУС. Величина ±∆ ω 0 (U2)равна нулю, так как влияние напряжения U на ω0отсутствует.Тогда2 0, 00353 ∆ω0 (t , Т осн ,U )= ( 3 ⋅ 0,00035 ) +  +0 = 0, 00205 º/ч22Таким образом, при воздействии на ГИВУС трех факторов t, Тосн, U, изменение нулевого сигнала ω0 ИК относительно среднего значения составляет±0,002 º/ч, что соответствует требованию, предъявляемому к прибору в части ста-бильности нулевого сигнала (не хуже 0,002 º/ч).4.4.3 Технические решения по модернизации 1-го контура СТСВ процессе проведения испытаний температура настройки 1-го контуратермостатирования изменялась оператором по алгоритму, представленному на110Рис.

4.16. При этом контроль мощности, выделяемой во 2-м контуре термостатирования, осуществлялся оператором по показаниям прибора В7-78/1, который измерял напряжение, подаваемое на нагревательные элементы 2-го контура СТС.С целью автоматического регулирования температуры настройки 1-го контура термостатирования предлагается в блоке усилителей системы термостатирования модернизировать мостовую измерительную схему 1-го контура СТС, в соответствии со схемой, представленной на Рис. 4.23.Rм1Rд1-3Rд2-2Rд3-1Rд4ИзмерительныймостRд50+1Rд6+2Rд7+3R1Uпит-4 (код положения ключа К)Rтз1Rм2Rд8+4UизмК(0)+4+3+2+10-1-2-3-4Рис. 4.23.