Поплавковый маятниковый компенсационный акселерометр

 

ПОПЛАВКОВЫЙ МАЯТНИКОВЫЙ КОМПЕНСАЦИОННЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий заполненный рабочей жидкостью герметичный корпус, взвешенный в жидкости поплавковый маятниковый подвижный узел, опоры подвижного узла , датчики узла и момента, соединен ные через электронный усилитель и узел термостатирования, о т л и ч а ющи и ся тем, что, с целью повышения точности работы путем уменьшения трения в опорах подвижного узла, в лодвижном узле выполнены два диаметрально расположенных сквозных отверстия, с осями, параллельными оси подвеса подвижного узла , заполненных, ферромагнитной жидкостью , а соосно указанным отверстиям расположены торцы полюсов магнитной системы, при этом плотность ферромагнитной жидкости в одном из отверстий выбрана большей, а в другом отверстии - меньшей, чем СП плотность рабочей жидкости. 00 ж QD

„.SU„„1080089 А

СООЭ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(Д) 0 01 Р 15/13!

t!3 (1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3466828/18-10 (22) 09..07.82 (46) 15.03.84. Бюл. 9 10 (72) А.A. Трунов (71) МВТУ им. Н.Э. Баумана (53 ) 531.768(088.8) (56) 1. Данилин В.П. Гироскопические приборы. M., "Высшая школа", 1965, с. 403.

2 ° Никитин Е.A. и др. Проектирование дифференцирующих и интегрирующих гироскопов и акселерометров. М., "Машиностроение", 1969, с. 172-175 (прототип). (54) (57) ПОПЛАВКОВЫЙ МАЯТНИКОВЫЙ

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий заполненный рабочей жидкостью герметичный корпус, взвешенный в жидкости поплавковый маятниковый подвижный узел, опоры подвижного узла, датчики узла и момента, соединен» ные через электронный усилитель и узел термостатирования, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности работы путем уменьшения трения в опорах подвижного узла, в,подвижном узле выполнены два диаметрально расположенных сквозных отверстия с осями, параллельными оси подвеса подвижного узла, заполненных. ферромагнитной жидкостью, а соосно. укаэанным отверстиям расположены торцы полюсов магнитной системы, при этом плотность ферромагнитной жидкости в одном из отверстий выбрана большей, С2 а в другом отверстии — меньшей, чем плотность рабочей жидкости.

1080089

Изобретение относится к приборостроению, а именно к конструкции наи более и реци зи о н ных дат чи к о в ли— нейных ускорений . — паплавковых мастниковых компенсационных акселерометров (ПМКА). 5

Известна конструкция ПМКА, содержащая герметичный корпус, заполненный поддерживающей демпфирующей рабочей жидкостью, в которой взвешена поплавковая подвижная система (подыитд ный узел), выполненная в виде цилиндри.— ческого поплавка, на котором жестко закреплены роторы датчика угла и датчика момента. Датчик угла через электронный усилитель и эталонное выходное соп- 5 ротивление соединен с датчиком момен.та, образуя контур разгрузки (контур компенсации),так называемую "электрическую пружину". Средний удельный вес подвижного узла подбирается 2О равным удельному весу рабочей жидкости с высотой степенью точности ° Благодаря этому обеспечивается гидростатическая разгрузка камниевых опор (1 и 2).

При использовании tIMKA в качестве навигационных акселерометров инерциальных навигационных систем имеются составляющие ускорения, направленные не только по инерционная «Н 30 акселерометра,.но и по оси маятника (и по оси подвеса подвижного узла даже при идеальном взвешивании поплавковой подвижной системы в ра- 35 бочей поддерживающей жидкости в ее опорах появляются реакции, прямо пропорционально влияющие на момент трения в прецизионных опорах подвижного узла, таких как камниевые опоры или виброопоры.

Таким образом, при наличии ускорения по оси подвеса ПМКА в его опорах увеличивается момент трения, т.е. погрешность работы акселеро- 45 метра.

Цель изобретения — повышение точности работы прибора.

Указанная цель достигается тем, что в поплавковом маятниковом ком50 пенсационном акселерометре, состоящем из заполненного рабочей жидкостью герметичного корпуса, взвешенного в жидкости поплавкового .маятникового подвижного узла, опор подвижного узла, датчиков угла и 55 момента, соединенных через электронный усилитель, и из узла термостатирования, в подвижном узле выполнены два диаметрально расположенных сквозных отверстия с осями, парал- 6() пельными оси подвеса подвижного узла, заполненных ферромагнитной жидкостью, соосно укаэанным отверстиям расположены торцы полюсов магнитной системы, причем плотность

65 ферромагнитной жидкости в одном иэ отверстий выбрана большей, в другом отверстии;, меньшей, чем плотность рабочей жидкости.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема подвеса поплавкового узла предлагаемого ПМКА; на фиг. 2 конструктивная схема ПМКА (сечение

Г-Г на фиг. 3f на фиг. 3 - сечение

А-А на фиг. 2; на фиг. 4 — сечение

Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - узел I на фиг. 2; на фиг. 6 — конструктивное выполнение устройства.

ПМКА состоит из герметичного корпуса 1, заполненного .основной рабочей жидкостью 2 с плотностью роа

"-(1,8 1 2,0)г/смэ(обычная фтороргани-, ческая рабочая жидкость), и взвешенного в ней поплавкового узла 3, центрируемого опорами 4.

В поплавковом узле имеются цилиндрические сквозные отверстия диаметрами d и d, oem которых расположены на расстояниях 1 и 1 от оси т поплавка, являющейся одновременно и осью его подвеса, заполненные ферро магнитными жидкостями (жфм). При этом жфм 5, заполняющий отверстие с диаметром d.", выполнен на основе жидкости-носителя с плотностью, меньшей, чем плотность основной рабочей жидкости, так, что общая плот" ность жфм 5 р =ро-ду — 1,4 — 1,6 г/см .

Отверстие с диаметром d заполняет жфм б, выполненный на основе тяжелой жидкости-носителя, например поплавковой хлороорганической жидкости, так, что общая плотность м 6 т =go+op (2 4 2 7) r/cMç

У торцовых поверхностей поплав1 ка 3 соосно с отверстиями d u d. л т расположены торцы цилиндрических постоянных магнитов 7 с осевой поляризацией, находящихся в немагнитных втулках 8 диаметрами а и ат. т т

Магнитопроводы 9 попарно замыкают магнитные цепи магнитов 7. Зазор т между торцовой поверхностью поплавка и торцом постоянного магнита 7 с втулкой 8 составляет приблизительно 20- 30 мкм.

Диаметры торцов магнитных систем и т и и равны диаметрам соответстт и вующих отверстий а и ат. л т

Для заполнения отверстий и и и жфм 5 и б в постоянных магнитах 7 и магнитопроводах 9 выполнены технологические каналы 10..

Выход датчика 11 угла через электронный усилитель 12 и эталонное сопротивление B соединен с датчиком

13 момента. Сильфон 14 компенсирует температурное изменение.объема рабочей жидкости 2 с момента включения

IIMKA до момента выхода его на рабочие температурные режимы с фиксированной температурой, обеспечивае10800.89 мой системой термостатирования (на фиг. 1 и 2 условно не показаны).

Предлагаемый IINKA работает сле-, дующим образом.

При наличии ускорения а: по измерительной оси акселеромеТра у возЪ

; никают три инерционные силыг F инерционная сила, действующая на поп- лавок 3, равная V а, где V — объем поплавка 3 (без жидких ферромагнетиков 5 и б }; Pb — средняя плотность10 поплавка, приложенная при геометрической и плотностной симметрии поплавка (в том числе при й+ =d и Х =1 ) в точке, лежащей на оси подвеса поплавка (точка ЦТщ ) . .Инерционная сила

F, приложена к жфм 5, заполняющему отверстию с диаметром d p а через жфм 5 приложена также к поплавку 3. .Сила F Vð "а (где V — объем жфм 5) приложена в центре, тяжести жфм 5 (лежащем на оси отверстия d ), т.е. на плече 1" относительно-подвеса поплавка .

Инерционная сила F< приложена к жфм б, заполняющему отверстие с диаметром d . Также, как и инерционная сила, приложенная к жфм 5, инерционная сила F через жфм 6 приложена

% к поплавку 3.

Сила Fò=V yò а (где Vò — об жфм 6) приложена в центре тяжести жфм б, т.е. на плече lтотносительно оси подвеса поплавка.

Кроме инерционных сил при наличии ускорения а,. на поплавок действует архимедова сила Q>=V p а .где 35 ь

0 р

V> — суммарный объем поплавка, включая объемы жфм 5 и 6; р о- плотность основной рабочей жидкости). Архимедова сила в анализируемом случае сию етрии поплавка 3 приложена в 40 центре давления ЦД, лежащем на оси поплавка.

Жидкостью-носителем жфм 5 является бромбензол C6H53r, плотность которого при 60 С.(эта температура 45 считается рабочей температурой прибора) равна 1,4411 г/см з, при этом общая плотность жфм 5 (с:учетом наличия ферромагнитных частиц в ферромагнитной жидкости) например, рав- 50 на f" =1,5 г/см

Основной рабочей жидкостью 2 является фторорганическая жидкость с плотностью ро равной при 60 С, например 2 г/см . 55

Жидкостью-носителем жфм б является хлороорганическая жидкость при этом общая плотность жфм б, например, равна от =2, 5 г/см . конструктивно допускаются и дру- 60 гие плотности рл, ро, и f но при этом должно соблюдаться условие

Р У =Р. У= Р °

В рассматриваемом случае

bg =О, 5 г/cM .

Уравнение моментов относительно оси подвеса поплавка f при ускорении а следующее:

К а +Г, 1 --F l +Q O+M =0, pp n и т т

4м где МА — момент датчика 13 момента, или

V Pл 1л -Vr T 1т+И так как V" =V =V, 1 =1 =1, а л .г Ф

Р Р У 9 У .г ° следовательно а 7 (уо — ау — p0 -Ду) 1 +М =0

Так как М. =К 1ос лм *м ос где К, — коэффициент. передачи датчика момента; ток обратной связи контура разгрузки; окончательно получим

К АМ1 oc I V 2ЛУ 1

М. т.е. подвижный узел предлагаемого

ПИКА имеет маятниковость V2by 1 и при наличии ускорения а отклоняется из исходного положения на угол, измеряемый датчиком 11 угла, выходной сигнал которого усиливается усилителем 12 и подается в датчик 13 момента, который развивает компенсирующий момент M м=K Х УРавновешивающий момент сил, действующих на поплавок и обусловленных ускорением а1

Как обычно, измеряя 10 (U®6 ос зых =

=Х„ R )), измеряем ускорейие по измерительной оси акселерометра.

Сумма сил по оси при наличии

;ускорения а равна п л г о

@ 1F + +F )=1/ Р

Учитывая, что V =V +V +V, ч =Ч и ь i л t

Vи++Vл Vт

Р Г) Р и и конструктивно выполняя р = р, получим

y p v< (v p +V p — v spiv p +v ap) a =o, т.е. как и в традиционной конструк-! ции ПИКА реакции в опорах равны нулю.

При наличии ускорения а по оси

1 маятника возникают следующие силы: инерционная сила F приложенная к

П поплавку в точке Ц . Инерционная сила F,,действующая на жфм 5, а и через йего на поплавок, приложена

1080089 в центре тяжести ж м 5. Аналогично ийерциойнай. сифа F, действующая на жфм 6, и через его на поплавок, приложена в центре тяжести жфм б.

Архимедова сила 0., приложенная к поплавку в центре Давления (точка Цц).

По аналогии с силами, возникающими при ускорении а, силы, возникающие при ускорении а, равны

Q =у ро а . She эти силы не соэдаlof моментов относительно оси подвеса поплавка, так как линии их действия приходят через эту ось.

Определяя сумму по оси при наличии ускорения а аналогично Р получим и л т

Р =Q -(F(+F) +F) ), а с учетом условий (1) P =O, поэтому реакции в опорах отсутствуют.

Наконец, при наличии ускорения а по оси подвеса f возникающие инерционные и архимедовы силы распределяются следующим образом. п

Инерционная сила FL, действуюи и щая на поплавок, рави V у а и приложена к центру тяжести пот лавка (без жфм 5 и 6 ), т.е., в точ— ке ЦТ,.

Архимедова сила Q<, действующая на поплавок, равна М" р а и приложена к центру давления поплавка (беэ жфм 5 и б ), т.е. с учетом. оговоренной геометрической и плотностной симметрии поплавка, в точке, совпадающей с центром тяжести поплавка ЦТ

Таким образом, инерционная сила и n

F и Архимедова Q силы, действуюе на поплавок, равны по величине (так как,g = pa) и противоположны по направлению, а, кроме того, приложены к поплавку в одной точке.

Поэтому они не приводят к возникновению реакций в опорах поплавка как в направлении его оси подвеса, так.и в.радиальном напоавлении (поскольку силы F и 0 не приводят к возникновению действующего на поплавок момента в плоскости, проходящей через ось подвеса поплавка)

Кроме рассмотренных сил и действующих на поплавок при наличйи ускорения а возникают, еще две л силы. Инерцйонная сила F приложе10 на к жфм 5, заполняющему отверстие с диаметром й", и действует через жфм 5 на правый торец верхней магнитной системы фиг. 1, ускорение а положительно).

15 < Магнитный поток верхней магнитной системы замыкается по цепи: ле вый магнит 7 — жфм 5 — правый магнит 7 — магнитопровод 9. Магнитные силы притяжения, действующие

2О на жидкий ферромагнетик 5, удерживают его от перетекания в полость поплавкового прибора через зазор d" между торцом поплавка и торцом магнитной системы.

25 Инерционная сила F =V у а

Т 7 действует на жфм б и йриложена через него к правому торцу нижней магнитной системы.

Магнитный поток нижней магнитной системы замыкается по цепи: левый магнит 7 — жфм 6 — правый магнит 7 магнитопровод 9. Магнитные силы притяжения удерживают жфм б от перетекания в полость поплавкового прибора 5 через зазор т .

Таким образом, предлагаемая конструкция поплавкового маятникового компенсационного акселерометра позволяет осуществить идеальное взвешивание поплавковой подвижной системы в рабочей поддерживающей жидкости, исключая при этом возникновение реакций в ее опорах при наличии ускорения в любом направлении. Это обуславливает исключение сухого Кулонова

45 трения в опорах поплавка, т.е. повы,шает точность работы акселерометра.

1080089

I -Ã фиг. 2

1080089 фи В.5 б Б

Составитель Н. Мараховская

Редактор Л. Алексеенко ТехредЖ.Кастелевич Корректор В.Синицкая:

Заказ 1329/46 Тираж 823 Подписное, ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. ужгород, ул. Проектная, 4