3. Расчеты основных параметров прибора.

3.1. Выбор гиромотора (гм).

ГМ должен удовлетворять требованиям по совокупности параметров, основными из которых являются: величина развиваемого кинетического момента, время выхода на номинальный режим работы (время разгона), величина потребляемой мощности, стабильность положения центра масс ротора и долговечность.

При определении требуемой величины кинетического момента ГМ исходят из заданных массы прибора Mдус и его габаритов LдусDдус. В качестве начального кинетического момента следует выбирать значение, соответствующее диаметру ротора, равному (0,7-0,75) Dдус, что является максимальным диаметром, который может быть размещен при данных габаритах прибора. При разработке ДУСов с гиромоторами симметричного типа, роторы которых выполняются из стали и вращаются с частотой 22000 об/мин, можно воспользоваться зависимостью H от Dсф ([1] стр. 81 рис. 2.12), где Dсф- диаметр сферы, в которую вписан ротор ГМ.

Так при наружном диаметре прибора 35 мм максимально допустимый диаметр сферы Dсф составляет 25 мм. Рекомендуемая величина кинетического момента составляет 0,2-0,8 Нсмс. Данным требованиям отвечает ГМ марки ГМС-0,05, имеющий следующие параметры:

H= 0,5 Нсмс;

Размеры (рис.2):

D=24 мм;

d=M2;

l=3 мм;

b= 17 мм;

B= 23 мм;

Напряжение питания: 36 В, частотой 400 Гц.

Частота вращения ротора 24 тыс. об/мин.

Рис. 2 Гиромотор.

3.2. Расчет статических параметров.

В соответствии со структурной схемой проектируемого прибора составляется уравнение, связывающее чувствительность всего прибора со значениями чувствительности отдельных преобразовательных элементов (ПЭ). Расчет отдельных ПЭ измерительной цепи осуществляется из условия получения требуемых значений их чувствительности, вытекающих из общей чувствительности прибора.

Данный ДУС содержит 3 последовательно соединенных преобразователя: гироскоп, передаточно-множительный механизм и датчик перемещения.

K=KчэKпммKдп.

Откуда: Kдп= K/ KпммKчэ.

Kчэ=_max/_ymax

Где:

_max – максимальный угол отклонения рамки подвижной системы

от положения равновесия, _max берем равным 3 для обеспечения линейности выходной характеристики прибора.

_ymax – модуль диапазона измеряемых значений _y, _ymax= 35 /c.

Kчэ=3/35=0,0857 c.

Kпмм=dw/d.

Для синусной кулачковой передачи (см. рис. 3):

,

,

a=49 мм.,

=3,

₀=0,

Kпмм= 48,15,

Kдп= K/ KпммKчэ=0,024 В/.

Рис. 3 Синусная кулачковая передача.

3.3. Расчет датчика перемещения (потенциометра).

Исходя из конструктивных соображений определим величину максимального рабочего перемещения щетки:

L_max=2,56 мм (3);

Выберем диаметр обмоточного провода с изоляцией d_п.

Для этого определим общую длину обмотки потенциометра по схеме со средней точкой:

Определим разрешающую способность потенциометра по перемещению , исходя из условия:

;

Диаметр обмоточного провода с изоляцией d_н выберем таким образом, чтобы удовлетворялось условие ;

d – диаметр провода без изоляции;

d_н – диаметр провода с изоляцией.

Определим число витков потенциометра:

Найдем величину падения напряжения на одном витке потенциометра:

Исходя из допустимой плотности тока, найдем минимальную допустимую величину сопротивления одного витка потенциометра:

где q – площадь сечения провода без изоляции;

- допускаемая плотность тока

Значением зададимся, исходя из следующих соображений. Для обмоток на основе благородных металлов при наличии металлического каркаса .

Зададимся средней длиной витка потенциометра l_ср. Учитывая, что обмотка выполняется проводом малого диаметра, среднюю длину витка l_ср примем равной периметру сечения каркаса

l_ср=30 мм

Найдем требуемое удельное сопротивление материала обмотки потенциометра:

Подберем сплав с ближайшим большим по величине удельным сопротивлением. Таким сплавом является сплав на основе драгоценных металлов ПлИ-10 с

Корректируем величину средней длины витка обмотки потенциометра для получения заданного значения чувствительности K_п:

Найдем величину сопротивления обмотки потенциометра:

Определим минимальное допустимое сопротивление нагрузки из условия целостности обмотки потенциометра при смещениях щетки близких к L_max:

.

Определим максимальную величину нелинейности статической характеристики: