Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости

 

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для определения величины угловой скорости подвижных объектов в двух плоскостях вращения. Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости включает в себя корпус 8, рабочую камеру 3, в которой установлены нагнетатель 2 и термоанеморезисторный узел, содержащий основание 14, установленное перпендикулярно направлению протекания струи газа и проницаемому для его протекания в рабочей камере 3, на котором перпендикулярно ему установлены изолированные стойки 4, 7, 9, 11, 10, расположенные друг относительно друга ортогонально в плоскостях "xoz" и "yoz" вращения объекта, на концах которых закреплены проволочные анемочувствительные элементы 5, 6, 12, 13, причем первые концы всех анемочувствительных элементов 5, 6, 12, 13 электрически соединены между собой и закреплены на центральной стойке 10, а вторые концы каждого из анемочувствительных элементов 5, 6, 12, 13 закреплены на своих внешних стойках 4, 7, 9, 11, расположенных симметрично относительно центральной стойки 10 в плоскостях в "xoz" и "yoz" вращения объекта, и включены в измерительную схему 15, которая образует каналы измерения угловых скоростей в плоскостях "xoz" и "yoz" вращения объекта, в рабочей камере 3 установлен блок 2 формирования струи, включающий регулировочный блок 16, где выполнены каналы 17, 25, 30, 31, в каждом из которых установлены регулируемые заслонки 18 в плоскости "yoz" и 26 в плоскости "xoz", блок 20 сопл, каждое сопло 21, 22 в плоскости "yoz" и аналогичные в плоскости "xoz" которого соединено со своим каналом 17, 25, 30, 31 формирования струи регулировочного блока 16, и оси которых расположены попарно под малым углом к оси симметрии рабочей камеры 3 в плоскостях "xoz" и "yoz" измерения угловых скоростей, при этом в корпусе 23 блока 2 формирования струи перед регулировочным блоком 16 образован переходной объем 24, который с пневматическими каналами 17, 25, 30, 31 регулировочного блока 16 и соплами 21, 22 в плоскости "yoz" и в плоскости "xoz" блока 20 сопл образует пневматические цепи формирования струи в рабочей камере В двухкомпонентном струйном датчике угловой скорости в термоанеморезисторном узле центральная стойка 10 имеет высоту не равную высоте внешних стоек 4, 7, 9, 11.

Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости на выходе регулировочного блока 16 в каналах формирования струи газа в рабочей камере перед соплами содержит ресиверы 28, 29 в плоскости "yoz" и аналогичные в плоскости "xoz" в каналах 17, 25, 30, 31 регулировочного блока перед соплами 21, 22 в плоскости "yoz" и аналогичными в плоскости "xoz" блока 20 сопл.

В двухкомпонентном струйном датчике угловой скорости в регулировочном блоке 16 в каналах 17, 25, 30, 31 формирования струи газа в рабочей камере 3 заслонки 18, 26 в плоскостях "yoz" и "xoz" выполнены в виде двух пар поворотных дисков, установленных перпендикулярно каналам 17, 25 и взаимно перпендикулярно по парам в плоскости "yoz" и аналогичными в плоскости "xoz" в регулировочном блоке 16, синхронно подвижных вокруг своей оси, соединенных механически, перераспределяющих расход газа между собой при регулировке пневматического нуля в своей плоскости измерения и связанных с регулировочными элементами 19, 27, 32, 33.

В двухкомпонентном струйном датчике угловой скорости в регулировочном блоке 16 заслонки 18, 26 выполнены в виде пластин с отверстиями и с возможностью линейного перемещения в плоскостях "xoz" и "yoz" измерения угловых скоростей и перераспределяющих расход газа между собой при регулировке пневматического нуля в своей плоскости измерения и связанных с регулировочными элементами 19, 27, 32, 33.

4 з.п. ф-лы, 3 илл.

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для определения величины угловой скорости подвижных объектов в двух плоскостях вращения.

Известен струйный датчик угловой скорости по патенту SU 1005560, G01P 3/26, опубл. 20.08.2005, содержащий нагнетатель, замкнутую газовую цепь, состоящую из формирующего сопла, рабочей камеры, чувствительных элементов, выполненных в виде двух металлических нитей, укрепленных на двух токоподводах-держателях и электроизмерительную схему.

Струйный датчик угловой скорости по патенту РФ 2059251, G01P 3/22, опубл. 27.04.1996 г. содержит герметичный корпус, нагнетатель, рабочее сопло, рабочую камеру с каналом обратного хода газа, термоанеморезисторы, систему стабилизации расхода газа в газовой цепи датчика. Система стабилизации включает в себя термоанеморезистор-излучатель и термоанеморезистор-приемник, установленные в канале обратного хода газа, генератор тепловой метки, регистратор тепловой метки, формирователь временного интервала, схему управления, генератор тактирующих импульсов, счетчик, регистр, ЦАП, задатчик эталонного сигнала, схему сравнения, интегратор, усилитель-преобразователь.

К недостаткам этих устройств следует отнести наличие погрешностей от воздействия перекрестных угловых скоростей, больших технологических погрешностей изготовления и сборки, их однокомпонентность, температурные погрешности теплообмена чувствительных элементов при обдуве струей, недостаточная чувствительность.

Струйный измеритель угловой скорости (Экспресс-информация, КИТ, 1966, 37, реф. 264, с.34-42), содержит внешний источник пневмопитания, сопло, формирующие струи газа из общей для них питающей камеры для двух рабочих камер, в каждой из которых установлены дифференциальные приемники пневматических сигналов от давления струй по каналам после рассекателей, расположенных симметрично относительно осей струй в плоскостях вращения, анемочувствительные элементы, электроизмерительную схему. Недостатки этого устройства связаны с низкой точностью измерения угловой скорости из-за не идентичности геометрических размеров анемочувствительных элементов, сопел, каналов и рассекателей, наличием погрешности при действии угловой скорости, определяемой разностью динамического напора по каналам при действии перекрестных угловых скоростей объекта, с температурными погрешности теплообмена, отсутствием коррекции по чувствительности; неоднозначностью измерения угловой скорости вследствие ее ограниченного диапазона измерения, отсутствием замкнутости пневматической цепи и корпуса.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению, взятым за прототип, является двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости согласно патенту RU 110493 от 20.11.2011 г. Бюл. 32 на полезную модель, содержащий нагнетатель, формирующее сопло, измерительную схему, проволочные анемочувствительные элементы расположены друг относительно друга ортогонально в плоскостях "xoz" и "yoz" вращения объекта и закреплены на электропроводящих изолированных стойках одинаковой высоты, размещенных перпендикулярно плоскому основанию проницаемому для протекания струи и установленному перпендикулярно направлению ее течения в рабочей камере, причем первые концы всех анемочувствительных элементов электрически соединены между собой и закреплены на центральной стойке, а вторые концы каждого из анемочувствительных элементов закреплены на своих стойках, расположенных симметрично относительно центральной стойки в плоскостях вращения объекта, а измерительная схема образована из каналов измерения угловых скоростей в плоскостях "xoz" и "yoz" вращения объекта, в каждом из которых входы электроизмерительных схем подключены к соответствующим анемочувствительным элементам, а выходы электроизмерительных схем соединены соответственно с первыми и вторыми входами сумматоров и вычитающих устройств каждого из каналов измерения, при этом выходы сумматоров связаны со входами блоков коррекции чувствительности, выходы которых соединены с первыми входами усилителей информативных сигналов соответствующих каналов, а выходы вычитающих устройств связаны с вторыми входами усилителей информативных сигналов, выходы которых подключены к первому и второму входам блока преобразования информативных сигналов, выход которого связан с потребителем информации двухкомпонентного датчика угловой скорости.

К недостаткам прототипа следует отнести сложность технологической задачи получения после сборки датчика пневматического нуля, т.е. совпадения центра параболического распределения скоростей ламинарной затопленной газовой струи в рабочей камере с центром осей симметрии расположения анемочувствительных элементов при отсутствии угловой скорости, заниженный диапазон измерения угловой скорости и недостаточная чувствительность к угловой скорости.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении эффективности датчика за счет повышения точности установки пневматического нуля, повышения чувствительности к угловой скорости и расширения диапазона измерения составляющих х и у угловой скорости.

Технический результат достигается тем, что в двухкомпонентном струйном датчике угловой скорости, содержащем корпус, рабочую камеру, в которой установлены нагнетатель и термоанеморезисторный узел, содержащий основание, установленное перпендикулярно направлению протекания струи газа и проницаемому для его протекания в рабочей камере, на котором перпендикулярно ему установлены изолированные стойки, расположенные друг относительно друга ортогонально в плоскостях "xoz" и "yoz" вращения объекта, на концах которых закреплены проволочные анемочувствительные элементы, причем первые концы всех анемочувствительных элементов электрически соединены между собой и закреплены на центральной стойке, а вторые концы каждого из анемочувствительных элементов закреплены на своих внешних стойках, расположенных симметрично относительно центральной стойки в плоскостях "xoz" и "yoz" вращения объекта, и включены в измерительную схему, которая образует каналы измерения угловых скоростей в плоскостях "xoz" и "yoz" вращения объекта, новым является то, что в рабочую камеру введен блок формирования струи, включающий регулировочный блок, где выполнены каналы формирования струи, в каждом из которых установлены регулируемые заслонки, блок сопл, каждое сопло которого соединено со своим каналом формирования струи регулировочного блока, и оси которых расположены попарно под малым углом к оси симметрии рабочей камеры в плоскостях "xoz" и "yoz" измерения угловых скоростей, при этом в корпусе блока формирования струи перед регулировочным блоком образован переходной объем, который с каналами формирования струи регулировочного блока и соплами блока сопл образует пневматические цепи формирования струи в рабочей камере.

В двухкомпонентном струйном датчике угловой скорости в термоанеморезисторном узле центральная стойка имеет высоту, не равную высоте внешних стоек.

В двухкомпонентном струйном датчике угловой скорости на выходе регулировочного блока в каналах формирования струи газа в рабочей камере перед соплами введены ресиверы.

В двухкомпонентном струйном датчике угловой скорости в регулировочном блоке в каналах формирования струи газа в рабочей камере заслонки выполнены в виде двух пар поворотных дисков, установленных перпендикулярно каналам и взаимно перпендикулярно по парам в регулировочном блоке, синхронно подвижных вокруг своей оси, соединенных механически, перераспределяющих расход газа по каналам в своей плоскости измерения и расположенных в плоскостях "xoz" и "yoz" измерения угловых скоростей и связанных с регулировочными элементами.

В двухкомпонентном струйном датчике угловой скорости в регулировочном блоке заслонки выполнены в виде пластин с отверстиями и с возможностью линейного перемещения в плоскостях "xoz" и "yoz" измерения угловых скоростей и перераспределяющих расход газа между собой в своей плоскости измерения и связанных с регулировочными элементами.

Сущность полезной модели поясняется на фиг.1-фиг.3, где:

фиг.1 - структурно-функциональная схема двухкомпонентного струйного датчика угловой скорости;

фиг.2 - конструкция блока формирования струи в рабочей камере;

фиг.3 - сечения А-А и Б-Б регулировочного блока, входящего в блок формирования струи в рабочей камере.

Здесь:

1 - нагнетатель (источник пневмопитания);

2 - блок формирования струи в рабочей камере;

3 - рабочая камера;

4, 7, 9, 11, 10 - изолированные стойки;

5, 12 - анемочувствительные элементы в плоскости вращения "yoz";

6, 13 - анемочувствительные элементы в плоскости вращения "xoz";

8 - корпус;

14 - основание;

15 - измерительная схема;

16 - регулировочный блок;

17 - канал формирования струи в регулировочном блоке 16;

18 - заслонка каналов 17, 25;

19 - элемент регулировки каналов 17, 25;

20 - блок сопл;

21 - сопло формирования струи в рабочей камере 3 канала 17;

22 - сопло формирования струи в рабочей камере 3 канала 25;

23 - корпус блока 2 формирования в рабочей камере 3;

24 - переходной объем;

25 - канал формирования струи в регулировочном блоке 16;

26 - заслонка каналов 30, 31;

27 - элемент регулировки каналов 17, 25;

28 - ресивер канала 25;

29 - ресивер канала 17;

30 - канал формирования струи в регулировочном блоке 16;

31 - канал формирования струи в регулировочном блоке 16;

32 - элемент регулировки каналов 30, 31;

33 - элемент регулировки каналов 30, 31.

Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости включает в себя корпус 8, рабочую камеру 3, в которой установлены нагнетатель 2 и термоанеморезисторный узел, содержащий основание 14, установленное перпендикулярно направлению протекания струи газа и проницаемому для его протекания в рабочей камере 3, на котором перпендикулярно ему установлены изолированные стойки 4, 7, 9, 11, 10, расположенные друг относительно друга ортогонально в плоскостях "xoz" и "yoz" вращения объекта, на концах которых закреплены проволочные анемочувствительные элементы 5, 6, 12, 13, причем первые концы всех анемочувствительных элементов 5, 6, 12, 13 электрически соединены между собой и закреплены на центральной стойке 10, а вторые концы каждого из анемочувствительных элементов 5, 6, 12, 13 закреплены на своих внешних стойках 4, 7, 9, 11, расположенных симметрично относительно центральной стойки 10 в плоскостях "xoz" и "yoz" вращения объекта, и включены в измерительную схему 15, которая образует каналы измерения угловых скоростей в плоскостях "xoz" и "yoz" вращения объекта, в рабочей камере 3 установлен блок 2 формирования струи, включающий регулировочный блок 16, где выполнены каналы 17, 25, 30, 31, в каждом из которых установлены регулируемые заслонки 18 в плоскости "yoz" и 26 в плоскости "xoz", блок 20 сопл, каждое сопло 21, 22 в плоскости "yoz" и аналогичные в плоскости "xoz" которого соединено со своим каналом 17, 25, 30, 31 формирования струи регулировочного блока 16, и оси которых расположены попарно под малым углом к оси симметрии рабочей камеры 3 в плоскостях "xoz" и "yoz" измерения угловых скоростей, при этом в корпусе 23 блока 2 формирования струи перед регулировочным блоком 16 образован переходной объем 24, который с пневматическими каналами 17, 25, 30, 31 регулировочного блока 16 и соплами 21, 22 в плоскости "yoz" и в плоскости "xoz" блока 20 сопл образует пневматические цепи формирования струи в рабочей камере 3.

В двухкомпонентном струйном датчике угловой скорости в термоанеморезисторном узле центральная стойка 10 имеет высоту не равную высоте внешних стоек 4, 7, 9, 11.

Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости на выходе регулировочного блока 16 в каналах формирования струи газа в рабочей камере перед соплами содержит ресиверы 28, 29 в плоскости"yoz" и аналогичные в плоскости "xoz" в каналах 17, 25, 30, 31 регулировочного блока перед соплами 21, 22 в плоскости "yoz" и аналогичными в плоскости "xoz" блока 20 сопл.

В двухкомпонентном струйном датчике угловой скорости в регулировочном блоке 16 в каналах 17, 25, 30, 31 формирования струи газа в рабочей камере 3 заслонки 18, 26 в плоскостях "yoz" и "xoz" выполнены в виде двух пар поворотных дисков, установленных перпендикулярно каналам 17, 25 и взаимно перпендикулярно по парам в плоскости "yoz" и аналогичными в плоскости "xoz" в регулировочном блоке 16, синхронно подвижных вокруг своей оси, соединенных механически, перераспределяющих расход газа между собой при регулировке пневматического нуля в своей плоскости измерения и связанных с регулировочными элементами 19, 27, 32, 33.

В двухкомпонентном струйном датчике угловой скорости в регулировочном блоке 16 заслонки 18, 26 выполнены в виде пластин с отверстиями и с возможностью линейного перемещения в плоскостях "xoz" и "yoz" измерения угловых скоростей и перераспределяющих расход газа между собой при регулировке пневматического нуля в своей плоскости измерения и связанных с регулировочными элементами 19, 27, 32, 33.

Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости работает следующим образом.

При отсутствии угловой скорости нагнетатель (источник пневмопитания) 1 создает в герметичном корпусе 8 устройства поток газа, который с помощью блока 2 формирования струи газа преобразуется в струю газа в рабочей камере, ось симметрии распределения скоростей в поперечном сечении которой должна совпадать с центром в точке, являющейся общей точкой соединения на центральной стойке 10 взаимно ортогонально расположенных анемочувствительных элементов 6, 13 и 5, 12, закрепленных на изолированных стойках 4, 7, 9, 10, 11 на основании 14, которое размещено в рабочей камере 3. При этом средние скорости, обдувающие каждый анемочувствительный элемент 6, 13 в плоскости вращения "xoz" и 5, 12 в плоскости вращения "yoz", должны быть одинаковы. Для выполнения этого условия, т.е. устранения технологических погрешностей изготовления деталей и сборки датчика, осуществляют смещение профиля струи с помощью изменения положения заслонки 18 с помощью элементов 19, 27 регулировки в каналах 25, 17 формирования струи в плоскости "yoz" и, аналогично, заслонкой 26 с помощью элементов 32, 33 регулировки в каналах 30, 31 в плоскости "xoz" и, следовательно, перераспределения скоростей истечения газа из двух пар сопл 21, 22 и аналогичных в плоскости "xoz" находящихся в плоскостях измерения. При этом дифференциальная регулировка обеспечивает неизменность суммарного расхода газа в струе, т.е. в рабочей камере 3 путем его перераспределения межу парами сопл 21, 22 каналов 17, 25 и аналогичной парой в плоскости "xoz" каналов 30, 31 формирования суммарной струи газа в рабочей камере 3, а это в итоге смещает профиль струи в плоскостях регулировки пневматического нуля. Ресиверы 28, 29 каналов 17, 25 и аналогично каналов 30, 31 в регулировочном блоке 16 формирования перед каждым соплом формирования суммарной струи каналов 17, 25, 30 и 31 необходимы для обеспечения плавности втекания газа в сопла 21, 22 и аналогичной пары сопл в плоскости "xoz" каналов после торможения потока заслонками 18 и 26, т.е. для устранения турбулентности втекания потока газа в сопла.

При появлении угловой скорости в измерительной плоскости струя газа смещается от исходного положения, что приводит к изменению величины средней скорости потока газа, обдувающего анемочувствительные элементы 5, 6, 12, 13 и, в конечном счете, к пропорциональному изменению выходных сигналов на выходе измерительной схемы 15 по составляющим х и у угловой скорости в плоскостях "xoz" и "yoz".

Таким образом, заявляемый двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости позволяет увеличить точность измерения за счет устранения технологических погрешностей изготовления деталей и сборки датчика путем регулировки пневматического нуля в двух плоскостях при отсутствии угловой скорости, расширить диапазон и измерения угловой скорости, если центральная стойка выше внешних, в результате увеличения площади поверхности анемочувствительных элементов участвующей в теплообмене вдоль оси струи и уменьшения среднего расстояния от среза сопл блока сопл до анемочувсвительных элементов и, следовательно, при более высоком значении угловой скорости заканчивается теплообмен с анемочувствительными элементами, а если центральная стойка ниже внешних, то увеличивается чувствительность к угловой скорости, т.к. увеличивается среднее расстояние, что позволило увеличить эффективность датчика.

1. Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости, содержащий корпус, рабочую камеру, в которой установлены нагнетатель и термоанеморезисторный узел, содержащий основание, установленное перпендикулярно направлению протекания струи газа и проницаемому для его протекания в рабочей камере, на котором перпендикулярно ему установлены изолированные стойки, расположенные друг относительно друга ортогонально в плоскостях "xoz" и "yoz" вращения объекта, на концах которых закреплены проволочные анемочувствительные элементы, причем первые концы всех анемочувствительных элементов электрически соединены между собой и закреплены на центральной стойке, а вторые концы каждого из анемочувствительных элементов закреплены на своих внешних стойках, расположенных симметрично относительно центральной стойки в плоскостях "xoz" и "yoz" вращения объекта, и включены в измерительную схему, которая образует каналы измерения угловых скоростей в плоскостях "xoz" и "yoz" вращения объекта, отличающийся тем, что в рабочую камеру введен блок формирования струи, включающий регулировочный блок, где выполнены каналы формирования струи, в каждом из которых установлены регулируемые заслонки, блок сопл, каждое сопло которого соединено со своим каналом формирования струи регулировочного блока, и оси которых расположены попарно под малым углом к оси симметрии рабочей камеры в плоскостях "xoz" и "yoz" измерения угловых скоростей, при этом в корпусе блока формирования струи перед регулировочным блоком образован переходной объем, который с каналами формирования струи регулировочного блока и соплами блока сопл образует пневматические цепи формирования струи в рабочей камере.

2. Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости по п.1, отличающий тем, что в термоанеморезисторном узле центральная стойка имеет высоту, не равную высоте внешних стоек.

3. Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости по п.1, отличающий тем, что на выходе регулировочного блока в каналах формирования струи газа в рабочей камере перед соплами введены ресиверы.

4. Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости по п.1, отличающийся тем, что в регулировочном блоке в каналах формирования струи газа в рабочей камере заслонки выполнены в виде двух пар поворотных дисков, установленных перпендикулярно каналам и взаимно перпендикулярно по парам в регулировочном блоке, синхронно подвижных вокруг своей оси, соединенных механически, перераспределяющих расход газа по каналам при регулировке пневматического нуля в своей плоскости измерения и расположенных в плоскостях "xoz" и "yoz" измерения угловых скоростей и связанных с регулировочными элементами.

5. Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости по п.1, отличающий тем, что в регулировочном блоке заслонки выполнены в виде пластин с отверстиями и с возможностью линейного перемещения в плоскостях "xoz" и "yoz" измерения угловых скоростей, и перераспределяющих расход газа между собой при регулировке пневматического нуля в своей плоскости измерения, и связанных с регулировочными элементами.



 

Наверх