Индукционный электронный лаг

Автор: Пользователь скрыл имя, 01 Ноября 2011 в 20:28, контрольная работа

Описание работы

принцип работы индукционного лага, схемы, обслуживание

Содержание

1. Принцип работы индукционного лага 5
1.Измерение скорости индукционным методом 5
2.Квадратурная помеха 8
3.Погрешности измерения скорости индукционным лагом ___ 12

2. Состав комплекта, технические характеристики, устройство приборов 14
1.Назначение, комплектация, технические характеристики __ 14
2.Конструкция приборов лага 15

3. Блок-схема и функциональная схема лага ИЭЛ-2М 17
1.Блок-схема 17
2.Функциональная схема 19

4. Обслуживание и навигационное использование
лага ИЭЛ-2М 26
1.Подготовка к работе и включение лага 26
2.Проверка и регулировка лага перед выходом в море 27
3.Обслуживание лага ИЭЛ-2М в море 29

Equation Section (Next)5. Регулировка лага на мерной линии __31
1.Характер систематических погрешностей лага ИЭЛ-2М ___ 31
2.Методика регулировки лага ИЭЛ-2М на мерной линии ____ 34 Список литературы 42

Работа содержит 1 файл

lag.doc

— 492.00 Кб (Скачать)

    1.2. Квадратурная помеха

Вернемся к  механизму возникновения ЭДС  в металлическом проводнике. С  увеличением скорости проводника возрастает сила Лоренца, что приводит к повышению плотности электронов, а следовательно, к увеличению электродвижущей силы εп. Благодаря свойствам электронов их плотность может возрастать до очень высоких значений, что обеспечивает возможность наблюдать закон Фарадея в большом диапазоне скоростей.

В морской воде растворено огромное количество солей, поэтому в ней свободные заряды – это ионы, то есть молекулы, приобретшие или потерявшие один или несколько электронов. При соизмеримости зарядов размеры и массы ионов несоизмеримо больше, чем размеры и массы электронов. Когда судно движется, то под действием силы Лоренца ионы одного знака оказываются на участке S (рис. 1.2) в непосредственной близости друг от друга, то есть их плотность очень быстро становится предельной. Дальнейшее увеличение скорости, а вместе с тем и силы Лоренца не приводит к повышению плотности электрического заряда и к увеличению ЭДС εп. Таким образом, закономерность (1.4) уже при очень малых скоростях не выполняется. Такое явление называется явлением поляризации участка проводника. Оно делает невозможным измерение скорости судна, если в ЧЭ используется постоянный магнит. Вторая важная причина, не позволяющая использовать лаг предложенной выше конструкции, – это неограниченность проводника, которым, в принципе, является весь Мировой океан. Возникшие при движении судна положительно и отрицательно заряженные зоны участка S притягивают из окружающей воды ионы противоположного знака. Постоянно происходит компенсация ЭДС, что вносит помеху в измерения. Скорость компенсации зависит от скорости движения молекул, то есть от температуры, плотности, солености воды, от степени ее перемешивания вследствие волнения и движения судна. Влияние этого множества случайных факторов приводит к появлению непредсказуемой помехи, отличить которую от полезного сигнала невозможно.

 

    Кроме того, накопление электрических зарядов на электродах резко увеличивает переходное сопротивление  контакта "вода - электрод", что также ухудшает работу лага.

Для исключения поляризации и сопутствующих ей явлений в индукционном преобразователе применяется переменный магнит. Для его питания используется напряжение Uв промышленной частоты 50 Гц. Вектор магнитной индукции электромагнита 2 изменяется синфазно (то есть, совпадая по фазе) питающему напряжению

            B = Bmaxsincot, (1.5)

где B max - амплитуда магнитной индукции; со – круговая частота питающего напряжения. Тогда для полезного сигнала запишем

        е   =-Bmax dt -sincot = - Bmax lV sincot. (1.6)

        п

Теперь возникшая  знакопеременная сила Лоренца заставляет ионы двигаться от одного электрода к другому. Причем, чем больше скорость судна, тем выше скорость перемещения ионов, а значит больше величина sп. Измерение скорости судна стало возможным, так как пропорциональность сигнала sп и скорости восстановлена. Однако применение переменного электромагнита привело к еще одному нежелательному явлению - к возникновению квадратурной помехи So Для того чтобы исключить ее из показаний лага, необходимо знать ее характеристики.

В массивных  проводниках, находящихся под действием переменного магнитного потока, также наводится ЭДС. При этом в толще проводника образуется контур, в котором индуцируются токи, носящие вихревой характер, так называемые токи Фуко. Морские воды представляют собой проводник гигантских размеров. Естественно, что в воде вокруг магнитного потока также образуется контур S (рис. 1.2), в котором возникает ЭДС, что следует из второй части формулировки электромагнитной индукции. Данная ЭДС и является квадратурной помехой sк. Эта помеха воспринимается электродами вместе с полезным сигналом. Однако она не зависит от скорости (то есть не содержит в себе информации о скорости судна), поэтому из показаний лага ее нужно исключить. С этой целью рассмотрим характер ее изменения.

 

Рис. 1.3

Обратимся к  графику (рис. 1.3). Верхняя кривая характеризует изменение магнитного потока, то есть вектора магнитной индукции, синфазно с напряжением Uв питания электромагнита. Напомним, что наводимая ЭДС, в данном случае квадратурная помеха εк, пропорциональна скорости изменения магнитного потока (нижняя кривая). Когда вектор B достигает амплитудного значения, то его изменение минимально, так как это точки перегиба кривой B (моменты t1, t3, t5 ...). Следовательно, в эти моменты Eк = 0. Напротив, в моменты 0, t2, t4, t6B = 0, но скорость изменения магнитного потока наибольшая, значит, ек = ек max. Очевидно, что квадратурная помеха изменяет свое значение со сдвигом по фазе на 90° относительно вектора B, а следовательно, и относительно полезного сигнала еп:

 

            eк =-S— =- Bma  Scocoscot. (1.7)

                  x

            dt

Продифференцирована формула (1.2) с учетом (1.5). Для данного  случая, то есть при отсутствии движения, S = const, а изменяется только вектор B.

Сравнивая выражения (1.6) и (1.7), приходим к выводу, что значение квадратурной помехи сдвинуто по фазе на п/2 относительно полезного сигнала, что и определило ее название. Подобное явление, кстати, происходит в трансформаторе. В его первичной обмотке образуется магнитный поток, который по сердечнику, играющему роль магнитопровода, доставляется ко вторичной обмотке. Пересекая контуры витков перпендикулярно их плоскости, он наводит во вторичной обмотке ЭДС. Величина электродвижущей силы во вторичной обмотке без нагрузки сдвинута по фазе относительно первичной также на 90°. По этой причине квадратурную помеху иногда называют трансформаторной. В конечном итоге на электродах образуется суммарный сигнал:

е = еп + ек .

Входное сопротивление  лага очень велико, поэтому можно  считать, что напряжение Uип на электродах равно величине E. Тогда с учетом (1.6) и (1.7):

          Uип=-BmJVsincot-BSco cos cot. (1.8)

             ldX llldX

Сдвиг по фазе на 90° позволяет отделить квадратурную помеху от полезного сигнала. В аналоговых лагах это производят на стенде, когда нет относительного движения воды и магнита. Для этого подбирают с помощью, например, синусно-косинусного вращающегося трансформатора напряжение, равное по величине и противоположное по фазе напряжению квадратурной помехи. В электронных лагах помеха отделяется и исключается другими способами (см. 4). В конечном итоге схема лага решает уравнение

          sп*Uп =- Bmax lV sinmt, (1.9)

откуда

            V* U п  . (1.10)

              Bmax l sin cot

Так индукционный лаг измеряет скорость судна относительно воды.

 

    1.3. Погрешности измерения  скорости индукционным  лагом

Индукционный лаг по сути является электротехническим измерительным устройством. Любые электрические измерения могут проводиться с определенной степенью точности. Погрешности лага можно классифицировать по различным признакам. Для индукционного электронного лага погрешности удобно разделить на следующие группы:

  1. Погрешности измерительной схемы;
  2. Погрешности чувствительного элемента;
  3. Погрешности, обусловленные влиянием внешней среды.

1.3.1. Погрешности измерительной схемы

Применение для  обработки информации электронной  схемы позволило повысить точность измерения скорости, снизить порог чувствительности лага, упростить приемы его обслуживания. Возникающие в схеме погрешности незначительны и обусловлены, в основном, изменением характеристик электроэлементов и наводками паразитных напряжений в отдельных цепях схемы. Погрешность выявляется при отсутствии сигнала от индукционного преобразователя. Для данной проверки предусмотрен специальный режим работы лага, при котором входная цепь замыкается накоротко, а с помощью специального регулятора устанавливается нулевое значение скорости с точностью до 0,1 узла.

1.3.2. Погрешности чувствительного элемента

Основными причинами  возникновения данной погрешности  являются собственная ЭДС электродов и токи утечки и

наводок в контуре  приемного устройства.

Первая причина  обусловлена явлениями электролиза. Морская вода является электролитом, поэтому на опущенных в

нее электродах происходят окислительно-восстановительные  реакции, которые сопровождаются электрическими

токами. Последние  и создают погрешность в измерении  скорости. Для уменьшения этой ЭДС подбирают пары

электродов с  идентичными характеристиками и  изготовляют их из малоактивных, то есть благородных металлов.

Токи утечки возникают из-за недостаточного качества изоляции измерительной цепи приемного  устройства и наличия

емкостной связи этой цепи с обмотками электромагнита.

Наводки токов  индукции от посторонних полей в  воде и в контуре, образованном цепью "вода – провода собирательных

электродов", приводят к появлению дополнительной ЭДС в измерительной схеме  чувствительного элемента.

Наибольшее влияние  оказывают судовые электротехнические установки, питающиеся током той  же частоты, что и

 

    электромагнит ЧЭ (50 Гц). Устранение этих наводок достигается  экранировкой отводящих от электродов проводов и их сплетением в жгут, а также заземлением всех приборов лага.

Кроме того, нелинейность характеристики электромагнита приемного  устройства приводит к искажению  гармонического закона изменения его  магнитного поля, что также сказывается  на точности показаний лага. Суммарную погрешность от всех перечисленных явлений можно считать систематической хотя бы на небольшом промежутке времени.

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.

1. С изменением солености в морской воде изменяется количество электрических зарядов, однако при использовании в 
ЧЭ переменного магнита данное обстоятельство на погрешности лага практически не сказывается. Экспериментальные 
данные показали, что при изменении солености морской воды изменяется внутреннее сопротивление Rt чувствительного 
элемента. По закону Ома напряжение (1.8), поступающее от приемного устройства на измерительную схему лага, 
определяется выражением

Информация о работе Индукционный электронный лаг