1. Структурная схема датчика

2. Конструктивная схема датчика Классификация задачи с точки зрения поставленной цели, оценка требуемой точности.

Поставленной целью является определение изменения угла наклона измерительной оси от нормальной оси Оу. Рассмотрим причины появления погрешностей в исследуемой модели.

Анализ возникающих в приборе погрешностей.

При создании приборов и оценке их показаний необходимо знать величины погрешностей, вызывающие их причины и методы их уменьшения. В зависимости от причин, вызывающих погрешности, различают методические и инструментальные погрешности.

Методические погрешности присущи приборам, основанным на использовании косвенных методов измерения. Они возникают из-за несовершенства метода, то есть неоднозначной связи между измеряемой величиной и величиной, воспринимаемой чувствительным элементом прибора.

Инструментальные погрешности порождаются изменением параметров и характеристик материалов, из которых сделан прибор, несовершенством технологии, влиянием внешних возмущений на параметры прибора.

По характеру изменения погрешности во времени все погрешности можно разделить на статические и динамические. Статические погрешности являются постоянными, а динамические – функциями времени, они возникают из-за фазовых запаздываний сигналов и в результате влияния на приборы вредных переменных возмущений. Динамические погрешности присущи всем приборам, работающим в динамическом режиме измерения.

Основные погрешности датчиков угловой скорости:

1. Погрешность, вносимая наклоном измерительной оси.

Допустим, что датчик предназначен для измерения угловой скорости вокруг нормальной оси Oy. Измерительная ось y датчика в прямолинейном полете совпадает с осью Oy, но в процессе ее разворота отклоняется от оси Oy на угол β.

2. Погрешность, порождаемая моментом сил ”сухого” трения в подшипниках.

”Активным” моментом, вызывающим движение гироскопа, является гироскопический момент, который должен преодолевать приведенный момент Мтр трения в подшипниках оси рамки гироскопа. Минимальная угловая скорость ωy min, при которой гироскопический момент преодолевает момент трения (порог чувствительности), определяется следующим образом:

ωy min =Mтр/H. (1.2)

Стоит отметить что в данной работе разработан поплавковый гироскоп в котором момент трения сведён к минимуму и возникающая погрешность минимально по сравнению с сухим гироскопом.

3. Погрешность, вызываемая нестабильностью характеристик элементов прибора.

4. Погрешность, вызываемая несбалансированностью гироузла.

При несовпадении центра масс гироузла с осью рамки гироскопа появляются ложные сигналы, величина которых зависит от направления смещения центра масс и перегрузки.

5. Погрешность от динамической несбалансированности гиромотора.

Расчёт динамических параметров прибора

Динамическая несбалансированность вызывает незатухающие колебания рамки гироскопа около нулевого положения.

Гиромотор, как сложное электромеханическое устрой­ство, может разносторонне влиять на точностные харак­теристики гироприборов. Обычно это влияние связывают с тремя основными факторами:

- с созданием гиромотором моментов вокруг осей карданова подвеса;

- с изменением кинетического момента гиромотора;

- с наводками вредных сигналов в ус­тройствах съема информации магнит­ным полем рассеяния гиромотора

Часто для устранения на­водок выходной сигнал дат­чика угла фильтруют. Качество фильтрации получается выше, если частоты питания гиромотора и датчика угла существенно отличаются.

Основными динамическими характеристиками прибора являются: частота собственных колебаний ПС, степень успокоения, постоянная времени. Указанные динамические параметры в общем случае можно найти из уравнения движения подвижной системы:

(3.3)

Где:

J-момент инерции подвижной системы относительно оси вращения;

C_ - удельный демпфирующий момент;

K_ - угловая жесткость противодействующих упругих элементов.

 - угол поворота ПС относительно оси вращения.

Величина осевого момента инерции подвижной системы J определяется путем разбивки ее на элементарные фигуры, нахождения моментов инерции элементарных фигур и их последующего суммирования. Разобьем подвижную систему на следующие элементы:

Рис. 3.2.1 Разбиение подвижной системы на составляющие

Момент инерции будет находится суммированием моментов инерции составляющих элементов. Материал для элементов 1-6 будет алюминий плотностью 2700 кг\м , а для элементов 7-10 – сталь плотностью 7000 кг\м :

(3.5)

a _р =33 мм

b _р =33 мм

h _р =7 мм

ln=36 мм

Rn=17,25мм

Rг=16 мм

Lг=20мм

R3=4мм

R4=2мм

Массу деталей можно определить задавшись их материалом. Используем в качестве материалов алюминиевый сплав с плотностью 2700 кг/м³.

Из геометрических размеров определим объемы деталей:

V_р = V_внеш.-V_вн. =33337-28337=2337=53,210^-6 м³ (3.4)

V_п = R_п²L_п-= r_п²l_п =3,1417,25²36-3,1416,25²33=

=13,6310^-6 м³ (3.5)

Vг=Rг²Lг=3,14102420=2210^-6 м³ (3.6)

Тогда массы деталей определяем по формуле m=V:

m_п = 25 г

m_р = 80 г

m_г=48 г

m₃=3,8 г ;m₄=0,9 г

m₇=0,8 7; m₈=0,7 ; m₉=1,2 г

Находим суммарный момент инерции:

18,34 грсм²

Находим суммарную массу:

Возьмём формулы для поплавкового цилиндрического демпфера:

C_w=2 R³l / :

где:

R,l- параметры демпфера,

=0.05 см- зазор между поплавком и корпусом прибора.

R=1.5cм

l=2,6 см

 - динамическая вязкость.

Для заполнения прибора используем жидкость марки лигроин.

Кинематическая вязкость  и плотность  для лигроина:

 = 0.710^-6 м²/c,  = 750 кг/м³

Динамическая вязкость связана с кинематической следующей зависимостью:

 =  = 0,525 10ֿ³ кг./(мс)

Задавшись степенью успокоения в пределах =0,5-0,9. Возьмем среднее значение: =0,7

Величину K_w можно определить следующим образом:

K_w = C_w²/4²m

где: (3.7)

m- суммарная масса.

Подставив K_w в формулу для получим:

= C_w/4m (3.8)

Формула для частоты вращения:

(3.9)

Подставив вышеуказанные формулы и упростив получим:

а период собственных колебаний – из выражения: