Гироскопический метод измерения углов

Гироскопом называют маховик, установленный на поворотных рамках и вращающийся с большой скоростью ω_м (обычно около 20÷25 тысяч оборотов в минуту). Схема гироскопа приведена на рис. 29-6.

Отличительной особенностью гироскопа является его способность неизменно сохранять свое положение в пространстве.

При наклоне плоскости вращения маховика, например, относительно оси ОY, на угол β создается гироскопический момент M_α, величина которого равна:

M_α = J_м ω_м,

где ω_м – частота вращения маховика,

J_м – момент инерции маховика,

–скорость изменения угла наклона плоскости вращения маховика гироскопа относительно оси ОY.

Обратите внимание на то, что гироскопический момент M_α будет действовать относительно перпендикулярной оси ОX.

Гироскопический момент возникает также и в случае, если попытаться наклонить плоскость вращения маховика гироскопа относительно оси ОХ.

При наклоне плоскости вращения маховика относительно оси ОХ, на угол α создается гироскопический момент M_β, величина которого равна:

M_β = J_м ω_м,

где – скорость изменения углаα наклона плоскости вращения маховика гироскопа относительно оси ОХ.

Обратите внимание на то, что гироскопический момент M_β будет действовать относительно перпендикулярной оси ОY. Таким образом, любая попытка наклонить плоскость вращения маховика гироскопа на угол α или β, вызывает возникновение гироскопического момента.

Это свойство гироскопа положено в основу метода измерения углов.

Рис. 29-6. Схема гироскопа, вращающегося относительно оси ОZ.

1 – вращающийся маховик гироскопа; 2 – рамка с опорными подшипниками вертикальная; 3 – опорные подшипники горизонтальной рамки; 4 - рамка с опорными подшипниками горизонтальная; 5 – потенциометр, регистрирующий поворот относительно оси ОY; 6 – потенциометр, регистрирующий поворот относительно оси ОХ.

Например, чтобы измерить углы крена (поворот относительно продольной оси ОХ) или деферента (поворот относительно поперечной оси ОY) автомобиля движущегося вдоль оси ОХ достаточно установить гироскоп так, чтобы он вращался относительно оси ОZ.

Тогда, учитывая неизменное положение маховика гироскопа в пространстве, потенциометр 6 будет регистрировать углы крена (поворот кузова автомобиля относительно продольной оси ОХ), а потенциометр 5 будет регистрировать углы деферента (поворот кузова автомобиля относительно поперечной оси ОY).

Чтобы регистрировать углы поворота автомобиля относительно оси ОZ, необходимо установить гироскоп так, чтобы он вращался в плоскости ХОY, относительно любой из осей ОХ или ОY.

Измерение расхода топлива расходомером ротационного типа

Расходомер топлива ротационного типа позволяет определить мгновенное значение расхода топлива. Расходомер (рис. 29-7) состоит из датчика и электронного тахометра, измеряющего частоту вращения турбины в потоке топлива. Основу датчика расходомера топлива ротационного типа составляет турбинас диском. В верхней части турбины изготовлены лопасти. В дискетурбинына равном расстоянии друг от друга просверлены отверстия. По обе стороны диска расположены фото и светодиодыФДиСД.

Рис. 29-7. Функциональная схема расходомера топлива ротационного типа

Датчик расходомера устанавливается на участке топливной магистрали после топливного насоса и соединяется при помощи проводов с решающим блоком.

В процессе работы двигателя топливо, под давлением топливного насоса попадает в лопасти турбины датчика, передавая ей кинетическую энергию. Под действием топлива турбина начинает вращаться. Чем больше расход топлива, тем быстрее вращается турбина датчика. Зная частоту вращения турбины можно судить о величине расхода топлива.

Для измерения частоты вращения турбины используется тахометр, состоящий из электронного секундомера, логического устройства ЛУ, счетных декадСчД₁СчД₄, формирователя стандартных электрических импульсовФС₁и оптопары фотодиодФД– светодиодСД.

При вращении турбины её диск с отверстиями прерывает световой поток от светодиода СДк фотодиодуФД, изменяя его сопротивление. Изменение сопротивления фотодиодаФДвоспринимается формирователемФС₁ и на его выходе вырабатываются стандартные электрические импульсы. Частота следования импульсов на выходе формирователяФС₁ пропорциональна частоте вращениятурбины.

Стандартные электрические импульсы от формирователя ФС₁поступают на входАлогического устройстваЛУ. Принцип работы логического устройства – «2-И», т.е. если и на первом, и на втором входеЛУбудет подано напряжение, то и на выходеЛУв точкеВтоже будет напряжение.

В это же время от электронного секундомера, состоящего из кварцевого генератора опорных частот ГОЧ(с частотой 10000 Гц) и четырех делительных декадДД1 ДД4, на входБлогического устройства поступают электрические импульсы, длительностью 1 секунда. Пока на входБот секундомера будет подаваться напряжение (счет разрешен), на выходе изЛУ, напряжение будет изменяться так же, как и на входеА, счетные декады будут считать импульсы от формирователяФС₁.

В следующую секунду времени на входе Блогического устройства напряжения не будут, поскольку условие «2-И» не выполняется. Поэтому на счетные декады импульсы от формирователяФС₁поступать не будут. В течение этой секунды счетные декады будут показывать результат счета – количество импульсов, прошедших на счетные декады от формирователяФС₁ за прошедшую 1 секунду времени (индикация). По истечении секунды индикации в моменты времениt₁от устройства управления сбросом УУС на счетные декадыСчДбудет подан короткий импульс, который обнулит их и начнется новый цикл счета.