книги из ГПНТБ / Карпухин А.В. Приборы систем управления ракет учебное пособие

240

оплетку. Разновидностью гибких проводников являются торсион­ ные токоподводы, применяемые для электрической связи с элемен­ тами, имеющими угол поворота не более ±60°.

Колодки имеют одинаковое количе­ ство клемм 2 и сквозных отверстий^ через которые проходят медные 'не­ переплетенные жилы 3, соединяющие клеммы одинакового номера на под­ вижной и неподвижной колодках. Токоподвод крепится на приборе таким образом, чтобы был неболь­ шой прогиб жилок. Число жилок в жгутике, соединяющем клеммы, за­ висит от тока в коммутируемой цепи. При повороте подвижной ча­ сти прибора поворачивается также скрепленная с ней колодка и гиб­ кие проводники жилок закручива­ ются; в этом случае момент от закручивания проводников очень мал и не превышает 0,05 Гем на всем диапазоне рабочих углов.

Гибкие проводники просты по устройству и имеют маленький мо­ мент сопротивления при небольших

сравнительно углах поворота деталей. Их целесообразно исполь­ зовать для осуществления электрической связи при небольших углах поворота вращающихся деталей. Посредством гибких провод­ ников осуществляется подвод электрического питания к элементам ГСП.

Если гироскоп совершает относительно корпуса вращение на неограниченные углы, то единственным способом передачи тока является применение скользящих контактов. В качестве скользя­ щих контактов наиболее широко применяются коллекторы с коль­ цевыми контактами и со щетками. Коллектор соединяется с вращающейся деталью, например с осью наружной рамы гироинтегратора, а щетки устанавливаются на неподвижном основании.

вжиганием и электрохимическим способом наносятся медь (в ка­ честве основы) и проводящий драгоценный металл. После обработ­ ки на месте выточки получается

кольцевой контакт I , имеющий зеркальную чистоту поверхности. Провода 2 подсоединяются к кон­ тактным кольцам черев отверстия с внутренней части коллектора посредством пайки их к медной основе контакта. Затем вну­ тренняя полость коллектора за­

или, чтобы уменьшить трение, в виде тоненьких проводничков диаметром 0,08 мм. Для надежной коммутации на каждое кольцо устанавливают по две щеточки, расположенные диам етрально .

Число колец коллектора определяется числом коммутируемых цепей. Иногда для надежности контактные кольца попарно соеди­ няются в параллель. Щеточки изготавливаются из хорошо прово­ дящего материала. Их конструкция, а также крепление на прибо­ ре токовы, что обеспечивается надежный контакт с кольцом. Ма­ териал для колец и щеток выбирается антикоррозийным и износо­ устойчивым. Например, для щеточек часто применяют платино­ иридиевую проволоку.

§ 5 .4 . ДАТЧИКИ УГЛОВ

Гироскопические приборы, устанавливаемые на летательных аппаратах, для дистанционной передачи своих показаний имеют датчики углов. С помощью этих датчиков результаты измерений

242

гироприборами преобразуются в электрическое напряжение, кото­ рое используется затем в системе автоматического управления полетом аппарата: ракеты, управляемого снаряда, самолета.

В зависимости от принципа действия датчики углов могут быть потенциометрическими, фотоэлектрическими, электролитическим^ем­ костными, трансформаторными и др. Наибольшее применение полу­ чили потенциометрические, трансформаторные и фотоэлектрические датчики. Различают контактные датчики, когда между элементами датчика существует механический контакт, и бесконтактные дат­ чики. Примером контактного датчика является потенциометр. Бы­ вают безмоментные и моментные датчики углов. Такая классифика­ ция зависит от того, создает или не создает датчик момент на­ грузки относительно оси, по которой он устанавливается. По ха­ рактеру тока выходного сигнала датчики бывают постоянного и переменного тока.

Выбор датчика зависит от назначения гироприбора и от предъ­ явленных требований к его точности, чувствительности, диапазону измерений, весу, размерам, а также к линейности выходного сиг­ нала.

Требования к датчикам углов следующие:

-высокая чувствительность и точность измерения углов по­ ворота гироскопа;

-надежность работы;

- нечувствительность к вибрациям, ударам и перегрузкам;

-линейная характеристика большой крутизны;

-отсутствие моментов нагрузки относительно осей карданова

Потенциометрические датчики углов

Потенциометр состоит из основания с намотанной на нем не­ прерывной обмоткой и подвижного ползунка (щетки, или токосъе­ ма). Основание (или каркас) может быть круговым, прямолинейным, дуговым или профильной формы и выполняется либо из текстолита, либо из обработанных специальным образом сплавов алюминия (ча­ сто оксидированный алюминий с толщиной оксидной пленки 0,01 мк).

243

Материал проволоки выбирается износоустойчивым и антикоррозий­ ным. Часто проволока бывает из константана,платины, золота, платиноиридия.

Чтобы предохранить соседние витки обмотки потенциометра от замыкания, проволоку перед намоткой покрывают эмалью или лаком. Рабочая поверхность намотки, по которой скользит щетка, очищается от эмали. Намотка, как правило, имеет три вывода: средний (нулевой) и два концевых для подачи на потенциометр электрического питания. В исходном положении потенциометра щетка находится на нулевой точке и сигнал на выходе датчика равен нулю.

Надежный электрический контакт мевду токосъемом и обмоткой потенциометра обеспечивается, с одной стороны, поджатием токо­ съема к зачищенной поверхности намотки силой от десятых долей грамма до нескольких граммов, а с другой стороны, применением двух или трех щеток.

На ри с.5.17 показан один из возможных потенциометрических датчиков угла. Каркас 8 потенциометра представляет оксидирован­ ный алюминиевый стержень, покрытый лаком. На каркас намотана обмотка из покрытой эмалью золотой проволоки диаметром (с уче­ том изоляции) 0,045 мм. Концы обмотки припаяны к токоподводя­ щим лепесткам I и 5, впрессованным в изоляционный кронштейн, который прикреплен к каркасу с помощью винтов.

Отвод средней точки рабочей части потенциометра к лепест­

244

ку 6 осуществляется подпайкой токопроводящей шины к среднему витку обиотки. Витки нерабочих частей 2 и 4 обмотки закорочены при помощи шин, проложенных под обмоткой. Каркас потенциометра имеет такую форму, при которой рабочая поверхность 3 потенцио­ метра возвышается над краями потенциометра и обеспечивается плавный сход щетки с рабочей части потенциометра.

Съем сигнала осуществляется при помощи токосъема, который состоит из щеткодержателя 7, имеющего две контактные щетки и траверсу. Щетки, выполненные в виде двух контактных проводни­ ков из платиноиридиевой проволоки диаметром 0,08 - 0,1 мм, за­ кладываются в щеткодержатели и обжимаются. Выбор двух контакт­ ных проводников - щеток вызывается необходимостью обеспечения надежного контакта.

Каркас потенциометра обычно жестко крепится к неподвижной части, а токосъем - к подвижной части прибора, к оси карданова подвеса.

При повороте токосъема потенциометра относительно каркаса щетка сходит с нулевой точки и на выходе датчика (между нуле­ вой точкой и токосъемом) возникает электрический сигнал, вели­ чина которого пропорциональна углу поворота токосъема ср :

Щу - Stf ,

где S - крутизна или чувствительность потенциометра, в /град . Полярность выходного сигнала зависит от направления пере­ мещения щетки относительно каркаса потенциометра. Крутизна вы­

ходного сигнала достигает 0,7 - 1,6 в /град .

Основным недостатком потенциометров является наличие сколь­ зящего контакта, который вследствие поджатия щетки к намотке создает момент нагрузки относительно оси карданова подвеса ги­ роскопа, что приводит к снижению точности прибора. Кроме того, снимаемый сигнал изменяется небольшими скачками при переходе щетки с одного витка на другой, так как при перемещении щетки по одному витку напряжение на выходе не меняется, а скачкооб­ разное его изменение происходит только при переходе токосъема на следующий виток. Поэтому потенциометр имеет зону нечувст­ вительности ©„ , определяемую по формуле

где ио - напряжение, подаваемое на концевые выводы потенцио­ метра.

Неплавность выходного сигнала снижает точность датчика. Бесспорными преимуществами потенциометрических датчиков являются: способность работать на переменном и постоянном токе,

малый вес и небольшие размеры, хорошая линейвая зависимость выходного напряжения от угла ср в достаточно широком диапазоне (до 180°), а также незначительная потребляемая анергия. Эти достоинства и определяют их широкое применение в гироскопиче­ ских приборах. Однако при сильных вибрациях они мало на­ дежны.

Трансформаторные датчики

Трансформаторные датчики являются трансформаторными уст­ ройствами с переменным коэффициентом трансформации. Эти дат­ чики являются наиболее распространенными датчиками углов гиро­ скопических приборов. В отличив от потенциометрических датчи­ ков трансформаторные датчики являются бесконтактными и, следо­

расположены две одинаковые обмотки 4 и 5, включенные навстречу друг другу.

246

При повороте якоря на некоторый угол относительно сердеч­ ника изменится величина коэффициента взаимной индукции и ^3-5 и Б Результате увеличится э .д .с . той обмотки, в сторону которой повернется якорь, а э .д .с . другой обмотки уменьшится. На выходе датчика появится электрическое напряжение Ify , про­ порциональное углу поворота якоря:

247

При повороте якоря в другую сторону переменится знак раз­ ности э .д .с . обмоток и фаза выходного напряжения изменится на

180°.

Трансформаторные датчики с перемещающимся якорем весьма просты по конструкции, имеют высокую надежность и чувствитель­ ность. Они могут замерять угловые перемещения с точностью до нескольких угловых секунд. Поэтому они находят широкое приме­ нение при конструировании гироприборов и акселерометров. Одна­ ко они имеют недостаток, заключающийся в зависимости выходного сигнала от частоты питающего напряжения. Кроме того, линейная зависимость выходного напряжения от угла поворота якоря может быть лишь в пределах небольших углов.

Трансформаторный датчик с поворотной обмоткой состоит из статора, устанавливаемого на неподвижной части гироскопа, и ротора, закрепляемого на оси гироскопа. Статор в виде магнитопровода имеет обмотку, расположенную в его пазах. Ротор также состоит из магнитного материала, в пазах которого уложена об­ мотка возбуждения. Между статором и ротором датчика имеется воздушный зазор порядка 0,5 мм. На обмотку ротора по гибким безмоментным проводникам подается переменное напряжение часто­ ты 1000 гц.

В исходном положении ротор расположен таким образом по отношению к статору, что электрические оси обмоток взаимно пер­ пендикулярны и в выходной обмотке - обмотке статора э .д .с .

тора на угол if в статорной обмотке наводится э .д .с . индукции, величина амплитуды которой пропорциональна углу поворота ротора,

248

а фаза зависит от стороны отклонения ротора. Снимавши с об­ мотки статора электрический сигнал используется в системах ав­ томатического управления, в которых чувствительным элементом является гироскоп.

Выходная характеристика трансформаторного датчика с пово­ ротной обмоткой показана на ри с.5.20 . Зона нечувствительности датчика, т .е . диапазон угла отклонения ротора, в пределах ко­ торого не изменяется выходной сигнал датчика, составляет 30 угл.сек и менее. Крутизна выходной характеристики, вырадаю­

напряжения происходит, достигает величины II в /град . Особен­ ностью трансформаторных датчиков любой группы является нали­ чие остаточного, или нулевого, напряжения 1/0,величина которого

вотдельных случаях достигает величины 400 мв.

Впределах рабочих углов ifp (±10°) трансформаторные дат­ чики с поворотной обмоткой имеют пропорциональную зависимость выходного напряжения от угла поворота ротора. Линейность ха­ рактеристики достигается применением ряда конструктивных мер: выбором вида и шага обмоток, сдвигом пазов ротора относительно статора, а также выбором формы кривой питающего напряжения. Нелинейность выходного напряжения не более 2%.

Для повышения надежности датчика в особо ответственных приборах применяется дублирование его обмоток и датчики выпол­

249

няются с двумя обмотками возбуждения и двумя обмотками стато­ ра. При этом обмотки одного назначения соединяются параллельно.

Достоинством трансформаторных датчиков с поворотной обмот­ кой является то, что они создают малый нагрузочный момент на оси гироскопа (не более 0,01 Гем), имеют малые размеры, хоро­ шую линейность выходной характеристики, а также высокую иден­ тичность характеристик различных датчиков.

В последнее время получили широкое применение малогабарит­ ные трансформаторные датчики с перемещающейся обмоткой. Такой датчик состоит из магкитопрово-

так как обмотки включены встречно, то на выходе датчика сиг­ нал равен нулю.

При перемещении ротора датчика вместе с вращающейся частью гироскопа расположение обмоток ротора меняется. Одна из обмо­ ток располагается большей частью своей площади над полюсом датчика, другая обмотка - меньшей частью своей площади. Коэф­ фициент взаимной индукции между обмотками выходными и обмот­ кой возбуждения изменяется, величины наводимых в обмотках ро­ тора э .д .с . окажутся неравными, в результате на выходе датчи­ ка появится разностная э .д .с . - выходной сигнал, пропорцио­ нальный линейному перемещению ротора. Для получения большей крутизны выходного сигнала ротор датчика устанавливается на некотором удалении от оси вращения гироскопа.

Выходной сигнал датчика с перемещающимися обмотками про­ порционален их линейному перемещению I . Линейное перемещение выражается через центральный угол: