Индукционные лаги. Принцип действия индукционного преобразователя

Принцип действия индукционного лага основан на законе элект­ромагнитной индукции

(9.36)

где Е — ЭДС, возникающая в проводнике, пересекающем магнитные силовые линии; Ф = В·S — магнитный поток, создаваемый постоян­ным магнитом или электромагнитом; (В — магнитная индукция; S — площадь сечения магнитного потока).

В общем случае выражение (9.36) можно записать в виде

(9.37)

Рассмотрим случай, когда источником поля является постоянный магнит. Этот магнит, закрепленный в корпусе судна (рис. 9.8), в каж­дой точке под днищем (например, в точке А) создает постоянный век­тор магнитной индукции В=const. Представим морскую воду в виде параллельных проводников, соединяющих два погруженных в воду электрода т и п, изолированных от корпуса судна и перемещающихся вместе с судном и магнитом. При движении судна со скоростью V с точками т и п будут соприкасаться все новые и новые проводники, образованные морской водой. Таким образом, создается эффект дви­жения проводника относительно неподвижных силовых линий магнит­ного поля. В этом случае (при В=const) выражение (9.37), определяю­щее ЭДС, наводимую в проводнике тп, принимает вид

, (9.38)

где dS представляет собой площадь, «протраливаемую» проводником тп=l за время dt; величина dS, очевидно, определяется произведением dS = lVdt. (9.39)

С учетом этого вы­ражения находим Е = - BIV =k₀V (9.40)

Как видим, сигнал, снимаемый с электродов, пропорционален скоро­сти судна, а устройство, представленное на рис. 9.8, может служить в ка­честве датчика лага. Однако такой ин­дукционный датчик с по­стоянным магнитом об­ладает существенным недостатком: снимае­мый с него сигнал содер­жит неопределенную по грешность, обусловлен, обусловленную непрерывной поляризацией электродов. В связи с этим датчик cпостоянным магнитом не получил распространения.

В современных индукционных лагах используется датчик (индук­ционный преобразователь ИП) с электромагнитом 2 (рис. 9.9), обмотка которого питается переменным током с часто той 50 Гц (- U). Электро­магнит создает перемен­ное магнитное поле, дви­жущееся вместе с судном относительно воды. Маг­нитная индукция этого поля определяется выра­жением

В = B_msinωt, (9.41)

где ω = 2πf; f— частота (50 Гц).

Подставляя равенст­ва (9.39) и (9.41) в фор­мулу (9.37), получим Е = -B_mSω cos ωt --B_m lVsinωt. (9.42)

Выражение (9.42) определяет величину ЭДС, которая наводитсяв морской воде между электрода­ми 1.

На рис. 9.10 приведена экви­валентная схема ИП, включенно­го на нагрузку R_H. Такой нагрузкой является входное сопротивле­ние схемы обработки сигнала ин­дукционного преобразователя. Символом Ri; обозначено сопротивление морской воды между электродами.Падение напряжения на нагрузке R_H определится следующим ра­венством

(9.43)

Экспериментальные исследования показали, что сопротивление R_t зависит в основном от солености воды. Для того, чтобы исключить влия­ние солености и температуры морской воды на показания лага, входное сопротивление измерительной схемы лага выбирают исходя из неравенства R_H»R_i В этом случае из выражения (9.43) с учетом (9.42) получим

~и_ип = -B_mSω cos ωt - B_mlVsin ωt. (9.44)

Равенство (9.44) показывает, что сигнал индукционного преобра­зователя ~ и_ип состоит из двух частей

~U_ИП = U_к + U_с

где ~ U_к = k₂ ω cos ω t — помеха, которая называется квадратурной, так как она сдвинута по фазе на π/2 по отношению к полезному сигналу; ~U = к₁ V sin ωt — полезный сигнал, зависящий от скорости судна.Коэффициенты

k₁, = — В_т1и к₂ =-B_m S являются конструктивны­ми параметрами индукционного преобразователя.

Сигнал U_ИП снимается с электродов 1 (см. рис. 9.9) и передаётся в электрическую схему лага для преобразования его в отсчет скорости V судна. При преобразовании напряжения U_ип квадратурная помеха отделяется от полезного сигнала и исключается.Таким образом, индукционный лаг измеряет скорость V судна относительно воды.

Кроме квадратурной, имеется еще ряд помех:

U _пт — помеха в виде постоянного тока из-за поляризации элект­родов;

U₀ — напряжение смещения нуля, возникающее из-за утечки тока

из цепей питания ИП в сигнальные цепи, а также вследствие наводок от судовой сети;

U_вч — напряжение высокочастотных помех от судовых радиоуст­ройств;

U_Сф — напряжение синфазной помехи, возникающее вследствие

циркуляции токов по корпусу судна.

В схеме лага предусмотрены устройства, снижающие уровень по­мех до минимума.

12.Источники погрешностей индукционных лагов.

Точность показаний лага в большой степени зависит от места ус­тановки индукционного преобразователя. Это объясняется прежде все­го возникновением вблизи поверхности корпуса движущегося судна турбулентного слоя воды, имеющего неодинаковую толщину и случай­ное поле скоростей частиц жидкости. Кроме того, распределение маг­нитной индукции В в объеме воды неодинаково по длине судна и носит весьма сложный, не поддающийся аналитическому исследованию ха­рактер. Эти и другие случайные факторы приводят к тому, что изме­ренная лагом скорость не соответствует истинной скорости судна, при­чем связь между этими скоростями имеет нелинейный характер.

Таким образом, индукционный лаг имеет погрешность, которая должна быть компенсирована поправкой А V. В общем случае поправка лага является некоторой функцией скорости судна ∆V = f(V).

Эту функцию можно представить в виде суммы трех составляю­щих (рис. 9.12)

∆V=a + bV+c(V), (9.46)

где а — постоянная, bV — линейная, c(V) — нелинейная составляющие поправки.

Постоянная составляющая поправки лага вводится во время регу­лировки прибора в порту или в море при нулевой скорости и штилевой погоде. После выполнения такой регулировки поправка лага имеет линейную и нелинейную составляющие.

Определение и ввод линейной составляющей поправки лага выполняют по результатам испытания лага на мерной линии. Сущность этой операции состоит в следующем.

Как известно, в индукционном лаге отсчет скорости судна пропор­ционален полезному сигналу индукционного преобразователя V_л = mU_c. (9.47)

Исходя из того, что эта функция линейна, погрешность лага, име­ющая линейный характер, может компенсироваться посредством изме­нения коэффициента пропорциональности т. Задача состоит в том, чтобы получить новый отсчет, соответствующий истинному значению скорости, при прежнем значении сигнала U_c: V_и=V_л + ∆V=m₁U_c, (9.48)

где ∆V — поправка лага, которая определяется на мерной линии (на полном ходу судна).

Таким образом, ввод линейной составляющей поправки лага свя­зан с изменением крутизны характеристики лага, определяемой выра­жением (9.47).

В отечественных индукционных лагах ИЭЛ-2М и ЛИ-2 регулиров­ка значения коэффициента т выполняется посредством изменения коэффициента усиления предварительного усилителя и опорного на­пряжения.

После выполнения этой регулировки в показаниях лага останется только нелинейная составляющая погрешности, зависимость которой от скорости показана на рис. 9.13. Нелинейная составляющая поправки лага вводится с помощью корректора. Данные для установки корректо­ра определяют при испытании лага на мерной линии.

Сущность этой операции заключается в том, что кривая аппроксими­руется прямыми линиями. При этом весь диапазон скоростей разбивается на участки. Далее корректору задают такую программу работы, при кото­рой на первом участке крутизна характеристики лага увеличивается по сравнению с исходной. На втором участке крутизну характеристики уста­навливают равной исходной. На третьем участке требуется уменьшить крутизну характеристики лага. При такой работе корректора погрешность лага во всем диапазоне скоростей снижается до минимума.

Описанную регулировку лага необходимо проводить ежегодно, так как вследствии обрастания корпуса судно изменение поправки лага в течение года может доходить до 2,5%. Индукционные лаги, применяемые на транспортных судах позволяют измерять относительную скорость судна с погрешностью до 0,2 уз

Дата добавления: 2015-12-08