Экспериментальная часть

Общий вид гироскопа представлен на рис. 11.1. где

1 – основание; 2 – колонка; 3 – кронштейн; 4 – фотоэлектрический датчик №1; 5 – внешняя втулка вращательного соединителя; 6 – фотоэлектрический датчик №2; 7 – электрический двигатель; 8 – кронштейн; 9 – ротор; 10 – защитный экран; 11 – рычаг; 12 – груз; 13 – диск; 14 – указатель; 15 – блок управления и измерения.

Методика измерений

Одна из точек гироскопа должна быть закреплена - это точка опоры гироскопа О.

Г ироскоп в кардановом подвесе имеет три степени свободы. Если центр масс гироскопа совпадает с точкой О, то гироскоп называется уравновешенным (рис.11.2).

Ротор гироскопа при своем вращении увлекает близлежащие слои воздуха, в результате чего возникает сила вязкого трения, определяемая уравнением Ньютона:

; (11.8)

где – коэффициент внутреннего трения (или коэффициент динамической вязкости), – градиент скорости вдоль нормали к направлению движения, – площадь поверхности соприкосновения слоев. Момент этих сил сопротивления можно вычислить как:

,

интеграл берется по всей поверхности соприкосновения ротора с воздушными слоями. Как видно из рис. 11.2, при роторе цилиндрической формы радиуса R и толщиной h всю его поверхность можно разбить на боковую поверхность и две поверхности основания. Таким образом:

при этом на боковой поверхности , где а – расстояние от поверхности диска до кожуха:

На поверхности оснований , , где – элемент поверхности основания на расстоянии r от оси вращения и толщиной dr, b – расстояние от dS до точек с нулевой скоростью воздушного слоя, т.е. до торцевой поверхности предохранительного экрана.

На основании вышесказанного находим полный момент сил трения (момент сил на оси OY)

Ттаким образом, для коэффициента динамической вязкости получим:

где А – постоянный параметр гироскопа: ,

R=(802) мм; a=(201) мм; b=(40,5)мм; h=(151)мм;

Экспериментальная установка

Установка представляет собой собственно гироскоп и сопряженные с ним измерительные системы и имеет следующие технические и метрологические данные:

диапазон управляемых оборотов двигателя 100010000 об/мин;

диапазон измеряемого времени процессии 199999 мс;

диапазон измеряемого угла процессии 10990⁰;

масса перемещаемого груза 0,60,05 кг;

погрешность измерения времени 0,02%;

погрешность измерения скорости оборотов не больше 2,5%.

Внешний вид гироскопа представлен на рисунке 11.1 на основании 1 оснащенном ножками с регулируемой высотой, позволяющим произвести выравнивание прибора, закреплена колонка 2. на колонке закреплен кронштейн 3, на котором закреплен фотоэлектрический датчик №1 (4) и внешняя втулка вращательного соединителя (5).

Вращательный соединитель позволяет гироскопу обращаться вокруг вертикальной оси и обеспечивает питание электрическим током фотоэлектрического датчика №2 (6) и электрического двигателя (7) посредством разъемов.

Электрический двигатель смонтирован на кронштейне (8) таким образом, что допускает вращения в вертикальной плоскости. На валу двигателя закреплен ротор (9), защищаемый экраном (10). Рычаг (11), закрепленный на корпусе двигателя, имеет нанесенную метрическую шкалу. На рычаге закреплен груз (12). При помощи перемещения груза по рычагу можно уравновесить гироскоп, перемещая центр масс системы.

Поворот гироскопа вокруг вертикальной оси можно считывать с диска (5) с нанесенной угловой шкалой, при помощи указателя (14). Диск (5) имеет на окружности отверстия через каждые 5⁰, которые, подсчитываемые фотоэлектрическим датчиком №1, передают в блок управления измерений (3), информацию об угле поворота гироскопа.

Ротор (9) имеет на окружности прорези, которые, подсчитываемые фотоэлектрическим датчиком №2, передают в блок управления и измерений информацию о скорости оборотов электрического двигателя.