Датчики скорости на основе индукционных преобразователей

Время разряда (1 конденсатора 6С32 от напряжения Um до Uo зависит от величины Um и быстроты разряда.

Величина Um определяется скоростью судна v, а быстрота разряда — опорным напряжением Uon, которое всегда постоянно. Таким образом, временной интервал (1 оказывается пропорциональным скорости судна.

Можно доказать, что временной интервал (1 не только пропорционален скорости, но и не зависит от колебаний тока возбуждения i0 индукционного преобразователя, т. е. от изменения напряжения судовой сети. Действительно, напряжение Um определяется равенством где RC — постоянная времени заряда конденсатора 6С32.

При разряде конденсатора 6С32 до величины Uo будет иметь место следующая зависимость:

Отсюда получаем (9)

Величина Uc зависит от скорости судна (и тока возбуждения i0 индукционного преобразователя ИП:

где k — коэффициент передачи индукционного преобразователя и схемы лага;

Rc — сопротивление обмотки возбуждения ИП;

Rc i0 — падение напряжения на обмотке возбуждения ИП;

i0 — ток в цепи возбуждения ИП, зависящий от напряжения судовой сети.

Опорное напряжение Uon снимается с резистора (3R1 на рис. 4), включенного в цепь возбуждения ИП. Через этот резистор проходит ток i0 поэтому величина Uоп может быть представлена как падение напряжения: UОП =RОП i0

где RОП — сопротивление резистора 3R1.

Таким образом, равенство (9) можно записать в следующем виде:

(10)

Это выражение показывает, что временной интервал (1 не зависит от тока возбуждения i0 и, следовательно, от колебаний напряжения судовой сети.

Прямоугольный импульс (=(0 +(1, вырабатываемый нуль-органом НО2, подается в СУК, где из него исключается постоянный временной интервал (0 = 18 мс.

Следовательно, выходным сигналом блока ПНВ является прямоугольный импульс

(1 = nv. Коэффициент пропорциональности п, как показывает выражение (10), есть постоянная величина, зависящая от конструктивных параметров k, Rc, Ron и (0 .

С выхода ПНВ сигнал (1 подается на вход преобразователя «время — цифра» (ПВЦ).

Преобразователь «время — цифра» (ПВЦ) Схема ПВЦ предназначена для преобразования прямоугольных импульсов длительностью (1 = nv, снимаемых с блока ПНВ, в отсчеты скорости v и пройденного расстояния S.

К узлу ПВЦ (см. рис. 6) относятся: цифровой фильтр ЦФ; корректор К; устройство индикации скорости УИС; устройство индикации расстояния УИР.

Узел ПВЦ работает следующим образом.

Прямоугольные импульсы (1 с частотой следования 8 Гц из СУК подаются на вход ЦФ. В ЦФ вырабатывается некоторый средний прямоугольный импульс (усредненный строб) (ср. Осреднение производится за промежуток, равный постоянной времени фильтра. Выключателем 6S3 можно установить одно из двух фиксированных значений постоянной времени ЦФ. За время (ср производится подсчет импульсов, имеющих частоту f0 =250 кГц и поступающих в ЦФ от ГПИ. Количество сосчитанных импульсов соответствует скорости судна с некоторой ошибкой.

Для устранения этой погрешности в схеме имеется корректор К, который вырабатывает импульсы дополнительной частоты fдоп. Величина и знак fдоп задаются заранее составленной программой корректора. Программа вводится в действие сигналом скорости дискретно, через 1 уз. В результате образуется исправленная частота (fo+ fдоп). Благодаря действию корректора счетчик УИС за время (ср подсчитывает количество импульсов, соответствующее исправленному значению скорости судна v.

При помощи выключателя 6S2 корректор может быть включен в работу (положение 1) или отключен (положение 2).

Устройство индикации скорости УИС предназначено для отображения на цифровом индикаторе скорости судна в узлах. Индикация скорости осуществляется с периодичностью в 1 Гц.

Устройство индикации расстояния УИР служит для подсчета общего количества импульсов, идущих пачками на счетчик. Через определенное количество импульсов, проходящих через делитель, формируется счетный импульс, который через усилитель мощности 6А16 подается на шаговый двигатель 6М1. Этот двигатель через редуктор связан с механическим счетчиком пройденного расстояния S.

500 счетных импульсов соответствуют пройденному расстоянию в 1 милю. Выключателем 6S4 можно включать или отключать счетчик расстояния.

Конструкция индукционного преобразователя Индукционный преобразователь (ИП) (пр. 9) представляет собой забортное устройство, устанавливаемое в прорези днища заподлицо с обшивкой корпуса судна. Он является датчиком сигнала, получаемого в результате преобразования скорости потока воды, обтекающей корпус судна, в электрическое напряжение.

На рис.

8 представлена конструкция индукционного преобразователя.

Его основными деталями являются трехстержневой электромагнит 7 и два электрода 6 для съема сигнала ~ Uип. Электромагнит, создающий поток магнитной индукции Ф, имеет три обмотки 4, в которые подается напряжение питания ~ Uип (50 Гц).

Рис. 8. Конструкция индукционного преобразователя (пр. 9)

Обмотки электромагнита соединены последовательно. Нижняя часть 5 индукционного преобразователя выполнена из изоляционного материала.

Съемные электроды 6, находящиеся на ее поверхности, соприкасаются с забортной водой. Внутренняя полость корпуса 3 индукционного преобразователя залита эпоксидной смолой и представляет собой монолитную конструкцию, которая при помощи шпилек и гаек крепится к стойке 1 прибора 9. Для контроля изоляции между проводами ИП и его корпусом 3 имеется электрод 2, впаянный в корпус. К этому электроду подводится отдельный провод. Внутри стойки 1 проходит жгут из пяти проводов, которые через штепсельный разъем 8 соединяют схему лага с элементами ИП. Индукционный преобразователь (пр. 9) устанавливается в клинкете (пр. 11). Клинкет изолируется от корпуса судна при помощи полиэтиленовых втулок.

Все провода ИП экранируются с целью уменьшения помех.

Заключение

В работе рассмотрены принципы построения и действия сложного измерительного устройства — индукционного относительного лага, использующего индукционные преобразования для получения скорости движения объекта. Относительный лаг является важнейшим навигационным прибором, и останется таковым в обозримом будущем. Понимание принципов построения и работы ИЭЛ позволяет наглядно изучить действие систем автоматики на основе индукционных преобразователей.

Лаврентьев А.В. и др. «Основы комплексирования морских средств навигации». СПб.: ВМИ, 1999, ч.1 (Учебник).

Парамонов А.Б. «Относительные лаги». СПб.: ВВМУ, 1996 (Учебное пособие).

Клименко А.Н., Позняк В. К., Радосавлевич Б. Д. Технические средства навигации подводных лодок, ч. 1. СПб: СПб ВМИ, 2005 (учебник).

Рис. 1. Блок — схема лага ИЭЛ

Судовая сеть

(220V 50 Гц

на репитеры

УП ИП Пр.29

Пр.9

(UИП

(UОП

(UИП

ПНВ Пр.1

ПВЦ УИС

1,

УИК УОК УИР

(

f0 =250кГц

(

f0

V

_UОП

_UС

Пр.6

Прибор 3

S

Пр.5

Пр.59

Цифровой отсчет

1,

8,

Пр.119

Аналоговый отсчет

V

(6)

ИП

(UИП

29K1.1

29K2.1

29C3

29A1

29R17

29R20

29R21

29R22

29A2

29K2.2

29C4

29K1.2

(UЭТ

CK

29H1

+15B

3T1

(U

50Гц

3R1

29R18

29K1

29K2

(UИП=(UС+(UК

6A2

6R11

УП

6R23

6R13

УИП

6A7.1

6C21

6R33

6R31

6A7.2

Z1

_ UС В схему ПНВ

Z2

_ UОП

6R19

6A5

6R45

HO1

6C13

6R34

6R32

6R10

6R9

6C23

6A3

6A4

6R7

6A8.1

6A8.2

(UОП

6R6

Калибровка

— 15B

6R24

УОК

Работа

6S1.3

Контроль блоков

4(1)

5(2)

6(3)

7(4)

8(5)

9(6)

10(7)

11___

6H2

6H1

V=80,46H1

Блок синхроимпульсов 4

Цифровой фильтр 5

Корректор 6

Делитель-интегратор 7

Вход преобразователя 8

Блок преобразователя 9

Блок «V» 10

Ручной ввод скорости 11

Схема контроля лага

6S14

Работа Калибровка Работа Масштаби рование

1 2 3

+ 15B ;

(UОП

6S1.2

плавно

Масштабирование

грубо

6R8

6R12