Динамо-машины  Статические характеристики элементов 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 [ 24 ] 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127

электронной лампы. Тогда при действии ускорений меняется расстояние между сеткой и катодом, а следовательно, и коэффициент усиления лампы (см. гл. IX).

Очевидно, что, интегрируя сигнал акселерометра во времени, можно определить линейную скорость, а выполняя двойное интегрирование, - линейное перемещение. Этот принцип используется для определения местоположения беспилотных летательных аппаратов в системах ипер-циальной навигации.

Рис. 43. Датчик линейных ускорений:

/ - груз; 2 - пружина; 3 - база, связанная с корпусом самолета, или вал

9. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДАВЛЕНИЯ И СКОРОСТИ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ В ПЕРЕМЕЩЕНИЕ

Давление жидкости или газа преобразуется в перемещение обычно с помощью мембран и сильфонов (см. п. 2 настоящей главы), которые непосредственно сообщаются с контролируемым объемом.

например с соответствующей полостью авиационного двигателя.

Для того чтобы выходное перемещение не зависело от изменения окружающего давления, применяются дополнительные компенсационные элементы (рис. 44). Выходное перемещение в преобразователе определяется разностью усилий двух сильфонов - рабочего / и компенсационного 2. Внутрь рабочего сильфона подается контролируемое давление рвх, из компенсационного сильфона воздух эвакуирован и сильфон герметически закрыт. Поэтому изменения окружающего давления р вызывают одинаковые, но противоположно направленные усилия, и перемещение Хвыл- определяется только изменением давления р-

Для уменьшения влияния механического гистерезиса материала стенок сильфона приходится применять достаточно жесткие противодействующие пружины в элементе, на который воздействует датчик давления. Если пренебрегать зоной гистерезиса, то зависимость перемещения от давления для сильфонов может полагаться линейной. Действие сильфона в системах регулирования давления обычно полагают безынерционным.

В системах регулирования давления требуется получить сигнал, пропорциональный скорости изменения давления. Для этой цели используются устройства, аналогичные вариометрам.

Рис. 44. Сильфонный датчик давления с компенсационным элементом:

/ - рабочий сильфон; 2 - компенсационный сильфон

Глава V

ТЕПЛОМЕХАНИЧЕСКИЕ И

ТЕПЛОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

1. ТЕПЛОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Тепломеханические преобразователи используются в качестве воспринимающих элементов, преобразующих изменение фактического значения регулируемой температуры в перемещение. Устройство тепломеханических преобразователей основано на явлении изменения размеров твердых, жидких или газообразных тел при нагревании.

Большое распространение нашел так называемый термобиметалл. Термобиметалл изготовляют в виде металлических листов, состоящих из двух наложенных друг на друга и сваренных по всей поверхности соприкосновения листов разных металлов, имеющих весьма различные температурные коэффициенты расширения. Поверхности соприкосновения сваривают путем прокатки при достаточно высокой температуре. Благодаря разнице в коэффициентах расширения слоев термобиметаллический лист при изменении его температуры изгибается таким образом, что у ранее плоского листа при нагревании слой с меньшим коэффициентом расширения образует вогнутую сторону.

Примером материала, обладающего крайне малым линейным коэффициентом температурного расширения (порядка 1 10 1/град) в диапазоне от -50 до + 50 deg; С, является инвар, представляющий собой сплав железа с 36% никеля. Существуют сплавы, пригодные и для других температурных диапазонов, но не выше 400-450 deg; С.

Если термобиметалл имеет форму достаточно узкой пластины, длина которой значительно больше ее ширины, то для плоской ненагруженной пластины (рис. 45, а) величина установившегося перемещения ее свободного конца Xg будет линейно зависеть от изменения температуры окружающей среды относительно начального значения

пока разность коэффициентов температурного расширения слоев будет оставаться постоянной, т. е. только в определенном диапазоне температур. Это же условие определяет линейность статических характеристик и для более сложных форм пластин - винтовой спирали, архимедовой спирали и др.

Наиболее распространены черные термобиметаллы (например, инвар, немагнитная сталь и др.). Обычно термобиметаллическая пластина (рис. 45, а) толщиной 1 мм и длиной 100 мм дает перемещение конца порядка 0,1-0,15 мм на ГС. Величина перемещения (прогиба) пропорциональна квадрату длины и обратно пропорциональна толщине.

..........

Рис. 45. Термобиметаллические воспринимающие элементы: а - с плоской пластиной; б - с дисковой пластиной (релейный)

Иногда Применяются термобиметаллические пластины в виде вогнутого диска /, укрепляемого в круговой канавке кольца 2 (рис. 45, б). Статическая характеристика такого элемента практически будет всегда релейной, так как пластина будет иметь только два устойчивых положения - нижнее (вогнутое) и верхнее (выпуклое).

В динамическом отношении термобиметаллические элементы, как и все тепломеханические и теплоэлектрические преобразователи, характеризуются значительными запаздываниями, обусловленными довольно медленным прогреванием, т. е. тепловой инерцией. Линейные термобиметаллические элементы в первом приближении могут быть замещены апериодическим звеном

(Тр + 1)Х laquo;, = /(в

с постоянной времени

cG kS

(63)

с - удельная теплоемкость материала пластины в кал/(г град); G - вес пластины в Г;

S - площадь поверхности пластины, участвующая в обмене тепла с контролируемой средой, в см;

k - удельный коэффициент теплоотдачи поверхности пластины в кал/{см град сек).