Учебное пособие Владивосток 2003
 Скачать 0.93 Mb.
|
1.3.3. Погрешности, обусловленные влиянием внешней среды К данной группе относятся погрешности, вызванные изменением солености морской воды, местом установки приемного устройства лага, статическим креном и дифферентом, качкой судна, волновым движением воды и ее температурой. 3. Статический крен и дифферент (особенно дифферент) вызывают значительную погрешность в показаниях лага. Дело в том, что максимальная ЭДС наводится в проводнике, когда он движется перпендикулярно магнитному потоку, то есть когда участок S перпендикулярен вектору магнитной индукции B. В результате крена или дифферента вектор отклонен от вертикали на соответствующий угол Θ, поэтому в контуре S возникает ЭДС, пропорциональная косинусу этого угла ε = (п + к) cos Θ Очевидно, что значение скорости, показанное лагом, уменьшается также пропорционально cos Θ. Погрешность имеет систематический характер и полностью исключается из показаний прибора, если судно удифферентовано. 4. Погрешности от волнения моря и качки носят как систематический, таки случайный характер. В условиях волнения и качки увеличивается турбулентность воды, что приводит к возрастанию пограничного слоя. В этом случае лаг показывает скорость всегда меньше действительной скорости, то есть приобретает постоянную отрицательную погрешность, которая исчезает с улучшением погоды. Кроме того, резкие колебания скорости воды вблизи индукционного преобразователя, вызванные волнением, качкой, приводят к возникновению случайных погрешностей. Их влияние снижается увеличением времени осреднения скорости, для чего в приборе 6 (рис. 4.1) тумблер "фильтр" переключают в положение "2". 2. СОСТАВ КОМПЛЕКТА, ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, УСТРОЙСТВО ПРИБОРОВ 2.1. Назначение, комплектация, технические характеристики Лаг ИЭЛ-2М предназначен для измерения относительной скорости судна и пройденного им расстояния. Лаг может устанавливаться на любых судах с неограниченным районом плавания. – лаг измеряет скорость вперед от 0 до 30 узлов, скорость назад лаг не измеряет – инструментальная погрешность 0,2 узла – в помещении, где установлены приборы лага, допускается перепад температуры от – 10° до + 50° С инструментальная погрешность при этом может изменяться в пределах 0,35 узла – питание лага осуществляется однофазным током частотой 50 Гц, напряжением 220 В – потребляемая мощность составляет 150-200 Вт в зависимости от количества потребителей – ресурс лага равен 50 000 часов. 2.2. Конструкция приборов лага 1. Индукционный преобразователь (прибор 9) устанавливается в специальном клинкете, обеспечивающем выдвижение прибора за борт. Нижняя часть 5 преобразователя (рис. 2.1) выполнена из изоляционного материала и может выступать за пределы днища судна на 1-2 см. Магнитное поле возбуждается трехстержневым электромагнитом 7, который имеет три последовательно соединенные обмотки 4, питающиеся переменным напряжением в частотой 50 Гц. Съем сигнала U ип из воды обеспечивается собирательными электродами 6, которые УП. Внутри корпуса прибора 29 имеется три контактных платы, благодаря которым возможен доступ к проводам, соединяющим прибор со схемой лага. В процессе регулировки лага на мерной линии (см. 5.1) коэффициент пропорциональности U m между полезным сигналом пи скоростью судна может измениться столь значительно, что с помощью специальных регулировочных резисторов "Масштаб" его отрегулировать не удастся. В этом случае значение U m можно изменить путем ступенчатого изменения коэффициента усиления УП. Для этой цели служат перемычки 9. Их перепайкой подключаются к схеме резисторы 29R20, 29R21 и 29R22 (см. функциональную схему, тем самым изменяется коэффициент усиления в пределах 25 %. Прибор устанавливается поблизости от выгородки приемного устройства. Центральный прибор (прибор 6) решает задачу выработки скорости и пройденного расстояния. В нем сосредоточены органы управления и контроля лага. На лицевую панель (рис. 2.3) прибора 6 выведено цифровое табло (1) указателя скорости, окно 2 счетчика пройденного расстояния, сигнальные табло 3 "Сеть" зеленого цвета, 4 – Неисправность" (красного цвета) и 5 – "Ручной ввод" (желтого цвета. Для регулировки яркости освещения шкалы счетчика пройденного расстояния в нижнем – блок 1 выработки синхроимпульсов с генератором прямоугольных импульсов ГПИ и схемой управления ключами СУ см. схему рис. 3.2); – блок 2, в который входят усилители измерительного и опорного канала (УИК и УОК) и преобразователь "напряжение – время" (ПНВ); – блок 3 управления с панелью 13; – блок 4 цифрового фильтра – блок 5 делителя – блок 6 выдачи информации для подключения к центральному прибору дополнительных индикаторов скорости и счетчиков пройденного расстояния (приборы 1 и 5), а также трансляционных приборов 59 и 119; – блок 7 – корректор с коммутатором 8; 3. БЛОК-СХЕМА И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ЛАГА ИЭЛ-2М 3.1. Блок-схема При движении судна в чувствительном элементе лага ИП возникает сигнал переменного напряжения U ип , который представляет из себя сумму полезного напряжения, пропорционального скорости, и напряжения квадратурной помехи. Сигнал U ип поступает в прибор 29 (рис. 3.1), в котором находится предварительный усилитель УП, решающий задачу согласования выходного сопротивления индукционного преобразователя с входным сопротивлением усилителя измерительного канала УИК. В блоке УИК происходит усиление сигнала, а также отделение от него и подавление квадратурной помехи. Оставшийся полезный сигнал преобразуется в отрицательное напряжение с, которое пропорционально скорости судна. Данное напряжение поступает в преобразователь "напряжение – время" (ПНВ). В этот же преобразователь из усилителя опорного канала УОК подается постоянное напряжение оп с положительным знаком. Опорное напряжение оп вырабатывается в приборе питания (прибор 3). В блоке ПНВ методом двойного интегрирования при помощи сигналов – си оп создается прямоугольный импульс, длительность τ которого пропорциональна скорости судна V. τ частотой о = 250 кГц от опорного генератора. Очевидно, что чем больше скорость, тем продолжи Рис. 3.1 тельнее τ и, следовательно, тем большее количество импульсов опорной частоты уместится в этом промежутке времени. Поданной информации в устройстве индикации скорости УИС на цифровом табло прибора 6 вырабатывается и высвечивается значение скорости, а в устройстве индикации расстояния УИР – значение пройденного расстояния s. Эти же данные через трансляционные приборы 59 и 119 подаются на репитеры и другим потребителям. 180° (рис. 3.3). к Таким образом, на выходе фильтра Z1 квадратурная помеха отсутствует. Напряжение полезного сигнала с сглаживается. В конечном итоге с выхода Z1 в схему ПНВ идет напряжение постоянного тока с, пропорциональное скорости V судна. Из схемы (рис. 3.2) видно, что нуль-орган НО работает синфазно с полезным сигналом, так как его питание и питание электромагнита производится от одного источника. 3. Усилитель опорного канала УОК предназначен для выработки опорного напряжения постоянного тока U оп (положительного) и создания прямоугольных импульсов для управления ключами. В его состав входят два операционных усилителя Аи А, электронные ключи Аи А, нуль-орган НО и фильтр Z2. Опорное напряжение переменного тока оп снимается с резистора 3R1, который соединен последовательно с электромагнитом. Затем оно подается на усилители. Очевидно, что на их входе, а следовательно, и на выходе напряжение сдвинуто по фазе на 180°, так как они подключены к разным проводам. По импульсу НО в нулевой момент времени (рис. 3.3) замкнут ключ А, а ключ А разомкнут. На вход фильтра Z2 поступает положительная составляющая оп. В следующий полупериод положительная часть этого напряжения будет уже на ключе А, который в это время замкнут по сигналу НО, а А разомкнут. Таким образом, последовательное подключение ключей обеспечивает прохождение на вход фильтра Z2 пульсирующего напряжения одного знака. Фильтр данное напряжение выпрямляет и подает в преобразователь "напряжение – время" ПНВ. Нуль-орган НО представляет собой пороговую схему, срабатывающую при переходе подаваемого на вход синусоидального напряжения оп через нулевой уровень, и предназначен для выработки прямоугольных импульсов, управляющих ключами. Схема НО имеет два выхода один прямой, второй – через инвертор, поэтому импульсы на обоих выходах отличаются по фазе на 180°. Из диаграммы (рис. 3.3) видно, что в один и тот же момент с выходов нуль-органа снимаются 3.2.2. Аналого-цифровой преобразователь В аналого-цифровой преобразователь АЦП входят блоки ПНВ – преобразователь "напряжение – время ПВЦ – преобразователь "время – цифра. 1. Блок ПНВ предназначен для преобразования сигнала U c во временной интервал τ 1 , пропорциональный скорости. Указанное преобразование производится методом двойного интегрирования вначале интегрируется отрицательное напряжение полезного сигнала U c , а затем положительное напряжение опорного канала U оп Состав ПНВ: генератор прямоугольных импульсов ГПИ; электронные ключи А, А, А, А, А схема управления ключами СУ интегрирующий усилитель А нуль-орган НО, представляющий собой триггерную схему, срабатывающую при достижении на ее входе порогового напряжения U о Ритм работы преобразователя, ас ними всей схемы лага задает ГПИ, с которого в схему управления ключами СУ поступают синхронизирующие импульсы длительностью 0,5 мкс и периодичностью 8 Гц. На рис. 3.2 показано исходное положение вышеперечисленных электронных ключей. В момент времени t 1 (рис. 3.3) синхронизирующий импульс от генератора начинает цикл работы ПНВ, размыкая ключи А, Аи замыкая ключ А. Тем самым на усилитель А подается отрицательное напряжение с делителя 6R40 – 6R42. Поскольку данный усилитель интегрирующий, тона его выходе, подключенном к входу НО, происходит накапливание напряжения на конденсаторе С. Когда оно достигает значения ото нуль-орган НО срабатывает (момент t 2 ) и сего выхода идет прямоугольный импульс, передний фронт которого размыкает ключ Аи замыкает ключ А. В результате отрицательный полезный сигнал с, пропорциональный скорости, проходит на А, накапливаясь на том же конденсаторе СВ этот же момент времени t 2 блок СУ начинает формировать другой прямоугольный импульс с фиксированной длительностью τ = 18 мкс. В момент времени t 3 задний фронт импульса размыкает ключ Аи замыкает ключ А. Таким образом, за время τ = 18 мкс конденсатор зарядится полезным сигналом – сна величину, пропорциональную скорости судна. Очевидно, что чем больше скорость V, тем больше сигнал – стем до большей величины зарядится конденсатор. Так происходит интегрирование полезного сигнала. 3 через ключ А на вход усилителя А подается положительное опорное напряжение. Поскольку оно имеет противоположный полезному сигналу знак, то конденсатор начинает разряжаться, формируя передний фронт нового импульса τ 1 . Когда конденсатор разрядится до уровня о (момент времени t 4 ), срабатывает нуль- орган НО, образуя задний фронт импульса τ 1 , который через схему управления ключами СУ приводит их в исходное первоначальное) положение, то есть размыкает ключ Аи замыкает ключи Аи А. Через последний конденсатор разряжается на корпус до нуля (момент времени t 5 ), и схема ПНВ окончательно готова к новому циклу. Следует отметить, что создание импульса τ 1 происходит интегрированием – оп. Длительность τ 1 тем больше, чем больше заряд конденсатора, который пропорционален скорости V. Следовательно, τ 1 V. Достоинством рассмотренной схемы является независимость длительности τ 1 , а значит, и показаний лага от изменения напряжения судовой сети. Действительно, за время τ 0 происходит зарядка конденсатора до величины τ 0 U c . Разрядка происходит за время τ 1 на величину τ 1 U оп Очевидно, что τ 0 U c = τ 1 U оп Допустим, что произошло изменение напряжения питания на Кто есть, достигло величины 100 100 K U ± ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ . На такую же величину в процентном отношении изменяются и зависящие от него U ⎝ ⎠ c и оп. Следовательно, оп 100 100 100 K K U U τ τ ± ± ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⋅ ⋅ = ⋅ Это выражение показывает, что временной интервал τ 1 не зависит от колебаний напряжения судовой сети. Нуль-орган НО с момента первого срабатывания до момента второго срабатывания формирует импульс τ = τ 0 + Схема управления ключами СУ исключает из него постоянный временной интервал τ 0 = 18 мс. Выходной сигнал блока ПНВ в виде прямоугольного импульса τ 1 = nV подается на вход преобразователя "время – цифра" (ПВЦ). Здесь n – коэффициент пропорциональности, зависящий от конструктивных параметров схемы. В блоке ПВЦ имеется ждущий мультивибратор МВЖ, который вводится в действие установкой переключателя 6S1 рис, 3.2, 4.1) в положение "Ручной ввод. Мультивибратор формирует прямоугольные импульсы, длительность которых регулируется переменным резистором 6R1 с помощью специальной рукоятки. Данные искусственно созданные импульсы поступают через схему управления ключами СУ на цифровой фильтр для выработки отсчета введенной скорости и пройденного расстояния. |