книги из ГПНТБ / Ковалев М.П. Динамическое и статическое уравновешивание гироскопических устройств

тель с трансформаторным выходом (транзистор Т5 и трансфор­ матор Тр 1 );

—выпрямитель со сглаживающим фильтром (Д4, Д5, Д2,

ДЗ, С8 , R14, С9);

—схему с управляемой длительностью импульсов (рис. 7.35);

—каскады на транзисторах Т8 , T9, ТІО, Til, предназначенные

для формирования импульсов;

—каскады на транзисторах Т12 и Т13 с трансформатором ТрЗ, вырабатывающие высоковольтный поджигающий импульс для ИЛ. Таким образом, эта схема полностью выполняет функ­ ции схемы, приведенной на рис. 7.31.

7.8.ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ФАЗОВЫХ РАЗЛИЧИТЕЛЕН

Фазовым различителем называется устройство, вырабатываю­ щее ток, величина и направление которого в каждый момент вре­ мени определяются амплитудой и фазой напряжения, подводимо­ го к входу устройства. Фаза входного напряжения различителя определяется относительно фазы опорного напряжения, управ­ ляющего работой схемы.

Фазовые различители широко применяются в различных тех­ нических устройствах для решения самых разнообразных задач. Они используются, в ча­

составляющей с заданной частотой.

На рис. 7.36, а изобра­ жена схема фазового раз­ личителя. К клеммам 1 — 1

подводится опорное на­ пряжение Uо с частотой сигнала, который необхо­ димо выделить. К клем­ мам 2 — 2 подводится на­

пряжение измеряемого сигнала ис. Допустим, что

напряжение ис изменяется по синусоидальному закону

. и = £ / 0 sin

а основная гармоника опорного напряжения точно совпадает по частоте с частотой сигнала.

Последовательно с источником напряжения ий включен мик­ роамперметр магнитоэлектрической системы, реагирующий на среднее значение тока. При отсутствии опорного напряжения U0

среднее значение тока через измерительный прибор равно нулю. Если же к схеме подключить только опорное напряжение U'Q, то

139

ее можно изобразить двумя эквивалентными схемами, одна из которых (б) соответствует положительному полупериоду, а дру­ гая (в) — отрицательному.

Теперь допустим, что к схеме приложены опорное напряже­ ние Uо и напряжение сигнала ис, причем V2 С / о > и сдвиг по

фазе между напряжением сигнала и основной гармоникой опор­ ного напряжения равен нулю (ср=іО).

В данном случае в положительный полупериод ток сигнала будет протекать через прибор и диод Д2. В отрицательный полупериод ток через прибор не проходит. График тока, протекаю­ щего через прибор, показан иа рис. 7.36, д.

Прибор реагирует на среднее значение тока.

При ф= л прибор пропускает ток в отрицательный полупери­ од напряжения сигнала и средний ток / Ср ~ —0,45 І\. В этом слу­ чае стрелка прибора отклоняется от нуля в другую сторону, чем в положительный полупериод при ср = 0 .

При любом сдвиге ср по фазе постоянная составляющая тока через прибор выражается формулой

/ ср —0,45/J cos<p.

140

Следовательно, ток через прибор зависит от величины и фазы напряжения сигнала по отношению к опорному напряжению.

Прибор не реагирует на четные гармоники, имеющиеся в на­ пряжении сигнала, так как среднее значение тока этих гармоник за полупериод изменения опорного напряжения равно нулю. Величины составляющих от высоких нечетных гармоник обратно пропорциональны порядку гармоники и поэтому в большинстве' случаев существенного значения не имеют.

Рис. 7.37. Блок-схема балансировочной машины с фазовым различителем:

/ — осветитель и фотоэлемент; 2 — ротор; 3 — ограничитель и усилитель;

На рис. 7.36, г изображена зависимость среднего тока через прибор от сдвига фазы между опорным напряжением и напряже­ нием сигнала. Из графика видно, что максимальному значению тока соответствует сдвиг по фазе, равный нулю. Поэтому фазо­ вым различителем можно не только выделять сигнал определен­ ной частоты, но и определять его фазу. Для этого необходимо изменять фазу опорного напряжения и знать ее значение. Изме­ няя фазу опорного напряжения таким образом, чтобы показание прибора было максимальным, получим равные фазы опорного напряжения и напряжения сигнала. Так как фаза опорного на­ пряжения известна, то известна и фаза напряжения сигнала.

Ранее было показано, что по амплитуде и фазе напряжения сигнала можно определить величину и место расположения не­ уравновешенности. На этом основании фазовые различители можно применять в качестве элементов измерительных схем ба­ лансировочных машин. На рис. 7.37 изображена функциональная схема одной из таких машин.

141

Напряжение от датчиков после суммирования и интегрирова­ ния усиливается и подается на фазовый различитель. В качестве источника опорного напряжения с известной фазой в данном случае используется мультивибратор, который запускается от импульса, вырабатываемого фотоэлементом при прохождении черной отметки мимо фотоэлемента. При изменении положения фотоэлемента изменяется фаза опорного напряжения, поэтому можно определить фазу напряжения сигнала, пропорционально­ го неуравновешенности, по отношению к отметке' на роторе, что и определяет расположение неуравновешенности на роторе. В данном случае для изменения фазы опорного напряжения фо­ тоэлемент поворачивается на 360°. Естественно, что для большей точности место неуравновешенности лучше определять по нуле­ вому показанию прибора. Однако нулевому показанию соответ­ ствуют два различных фазовых угла, поэтому необходимо заме­ чать направление движения стрелки при подходе к нулю и на­ правление вращения фотоэлемента.

Существенным недостатком данной схемы является дополни­ тельная операция поворота фотоэлемента относительно ротора, которую нельзя осуществить при уравновешивании ротора в кор­ пусе. К недостаткам можно также отнести неодновременность от­ счета величины и места неуравновешенности.

Значительные погрешности вносит изменение частоты враще­ ния ротора при таком методе формирования опорного сигнала.

Положительным свойством данной схемы является отсутствие резонансных и полосовых усилителей.

Перечисленные недостатки можно устранить, применив спе­ циальный генератор опорных импульсов и электрический фазо­ вращатель, сдвиг фазы которого мало зависит от частоты.

7.9. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ С ЭЛЕКТРОДИНАМИ­ ЧЕСКИМИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ ПРИБОРАМИ

В качестве электроизмерительного прибора в измерительных схемах балансировочных машин часто используют ваттметр. Ос­ новной его частью являются две неподвижные катушки, внутри которых на оси вращается подвижная рамка с обмоткой (рис. 7.38). Неподвижные катушки соединены последовательно. По подвижной обмотке протекает ток іс, а по неподвижной — іо.

Вращающий момент электродинамического прибора, как из­ вестно, пропорционален произведению токов в его катушках

Л4=ИІ0іе,

где с\ — коэффициент, зависящий от параметров прибора. Допустим, что токи изменяются по синусоидальному закону*

*о = Л>/» sirW ; іс = І ш sin {bht -ftp).

142

Тогда на подвижную катушку будет действовать средний мо­

мент

т

Проинтегрировав выражение (7.3), получим

где / 0= / o J / 2 ;

Рис. 7.38. Схема соединения обмоток электродинамического прибора

Следовательно, показание измерительного прибора зависит от действующих значений токов и сдвига фазы между ними.

Пусть один из токов содержит, кроме основной, и другие гар­ моники

г'с = Лшs*n ~К ‘Fl)4“72msin (2(й^-|-ср2)-{- . . . -|- I nmsin (ftCO^-j-cpJ =

I cos пх sin mxdx = О,

143

Из этого следует, что электродинамический измерительный прибор обладает избирательными свойствами и может приме­ няться для выделения из колебаний сложной формы компоненты с частотой опорного напряжения.

Рпс. 7.39. Блок-схема измерителя неуравновешенности с ваттметром:

1 — ротор; 2 — генератор опорного напряжения сигнала; 3 — шкала для отсчета места неуравновешенности; 4 — указатель

величины неуравновешенности

ч

На рис. 7.39 изображена одна из схем, получившая большое распространение при уравновешивании крупногабаритных ро­ торов.

Здесь опорный синусоидальный сигнал создается специаль­ ным генератором 2, якорь которого жестко связан с уравновеши­ ваемым ротором 1. К подвижной обмотке а электродинамическо­ го прибора подводится напряжение от датчиков, а к неподвиж­ ной обмотке б — опорное напряжение.

Изменяя положение обмотки генератора опорного сигнала 2, можно изменять фазу генерируемого им напряжения. При макси­ мальном показании прибора 4 фаза напряжения генератора и фа­ за напряжения сигнала неуравновешенности совпадают. Так как фаза опорного напряжения по отношению к ротору известна, то можно определить и фазу сигнала неуравновешенности. Место неуравновешенности можно определить точно, если отсчет по

144

шкале <3 производить при нулевом показании прибора 4. Неопре­ деленность, возникающую в этом случае, устраняют двухобмо­ точным генератором опорного сигнала, обмотки которого сдви­ нуты на 90° в пространстве. Поэтому генерируемые им напря­ жения сдвинуты по фазе на четверть периода. При определении места неуравновешенности прибор 4 переключает на другую об­ мотку.

Данный метод выделения и измерения сигнала, пропорцио­ нального неуравновешенности, имеет преимущества перед други­ ми методами при уравновешивании крупных роторов.

Момент, развиваемый подвижной катушкой прибора, пропор­ ционален произведению токов в катушках. Это позволяет упрос­ тить всю измерительную схему балансировочной машины. Сиг­ нал от датчиков можно не усиливать, если опорный генератор взять достаточной мощности.

Измерительную схему, изображенную на рис. 7.39, не всегда можно применять для уравновешивания роторов гироприборов, так как уравновешивание производится в корпусе. В других же случаях нежелательно соединять с валом какие-либо дополни­ тельные детали, которые могут вызвать погрешность. Тогда мож­ но использовать в качестве генератора напряжения фотоэлемент с осветителем.

Если вместо фазового различителя с электромагнитным при­ бором включить ваттметр, то схема будет работать так же, как схема, приведенная иа рис. 7.39.

Для определения места неуравновешенности можно применять фазометр. Но тогда на балансировочную машину нужно ставить два измерительных прибора. Один для определения величины неуравновешенности, а другой для определения ее места.

Если взять два электродинамических прибора и питать их не­ подвижные обмотки опорными 'напряжениями, сдвинутыми по фазе на 90°, а подвижные — напряжением сигнала, то моменты,

145

Отложив Мёр по оси ОУ, а М"р по оси ОХ (рис. 7.40) получим результирующий момент

М = / М'% + М'% = АІ.

Следовательно, длина вектора ОК пропорциональна силе тока сигнала, а угол ср между осью ОУ и вектором ОК является углом сдвига фаз опорного напряжения и напряжения сигнала.

Прибор будет показывать величи­ ну и фазу напряжения сигнала. Один из таких приборов был применен в ка­ честве измерительного прибора на од­ ной из балансировочных машин фир­ мы Шенк.

На рис. 7.41 изображена его функ­ циональная схема. На рамках 4 и 9 двух ваттметров укреплены зеркала 2 и 7. На зеркало 2 через оптическую си­

Рис. 7.40. Векторная диа­ стему 10—6—5 подается луч, который, грамма отражаясь, падает на зеркало 7, а за­

тем на шкалу 1 прибора. Оси рамок расположены в перпендикулярных плоскостях таким образом, что при вращении только рамки 4 луч передвигается по верти­ кальной оси прибора, а при вращении только рамки 9 — по го­ ризонтальной. Таким образом, результирующее отклонение све­ тового пятна при соответствующем питании рамок и опорных катушек будет давать вектор, модуль которого пропорционален величине неуравновешенности, а угол определяет место неурав­ новешенности.

Для получения возможно меньшего искажения в прямоуголь­ ных или полярных координатах должны быть выполнены следу­ ющие условия:

1) ось зеркала 7 должна 'быть параллельна оси ординат плос­ кости изображения;

2 ) ось зеркала 2 должна лежать так, чтобы ее кажущееся

изображение во втором зеркале было параллельно абсциссе плоскости изображения, если смотреть из точки пересечения ко­ ординат;

3)поверхность изображения должна иметь форму цилиндра;

4)отклоняемый луч должен падать перпендикулярно оси поворота зеркала 7.

Полностью все эти требования удовлетворить трудно. Поэто­ му прибор принципиально нельзя сделать без погрешности.

двумя подвижными системами и двумя зеркалами. Прибор име­

146