Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Основные технические параметры индукционных компасов

Лабораторная работа № 5

ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ ИНДУКЦИОННЫХ МАГНИТНЫХ КОМПАСОВ

Цель работы: изучение особенностей и вариантов индукционных магнитных компасов.

Содержание работы:

1. Варианты построения индукционного магнитного компаса.

2. Основные технические параметры индукционных компасов.

3. Магнитный индукционный горизонткомпас ДС-83 («Горизонт»).

Содержание самостоятельной работы: рассмотреть подробнее один из типов индукционного МК, не представленных в лабораторной работе.

Варианты построения индукционного МК

Как уже отмечалось выше, наряду со стрелочными МК для морских судов стали разрабатываться индукционные компасы. Основными их достоинствами являются:

- отсутствие картушки и, как следствие, ошибки из-за наличия углов её застоя;

- отсутствие погрешности, обусловленной увлечением картушки поддерживающей жидкостью, заполняющей котелок МК;

- меньшие величины динамических погрешностей МК;

- отсутствие необходимости устанавливать магнитный датчик прибора в громоздком нактоузе, что позволяет размещать его в наиболее благоприятных в магнитном отношении местах на судне;

- малые габариты магнитного датчика и компактное девиационное устройство или его отсутствие.

Чувствительным элементом рассматриваемого МК является индукционный датчик (ИД), содержащий, как и в электромеханической системе дистанционной передачи информации, два или три магнитных зонда, каждый из которых позволяет определить составляющую напряжённости магнитного поля вдоль его собственной оси. Только теперь измеряется судовое магнитное поле, основу которого составляет магнитное поле Земли. Совместное использование сигналов этих зондов даёт возможность определить направление вектора горизонтальной составляющей судового магнитного поля относительно диаметральной плоскости и, как следствие, курс судна.

В последнее время вместо стержневых феррозондов стали применяться кольцевые, имеющие одну обмотку возбуждения 2 и одну или несколько сигнальных обмоток 1. Это обусловлено наличием у последних ряда преимуществ, к числу которых можно отнести:

Рис.1 – Кольцевой феррозонд

- однородность механических и магнитных параметров сердечника, а также параметров цепи возбуждения, что обеспечивает низкий уровень шума и более высокую стабильность «нуля» феррозонда;

- симметричная форма сердечника позволяет использовать несколько сигнальных обмоток, охватывающих сердечник и имеющих разные направления относительно вектора измеряемого поля, что исключается для стержневых феррозондов;

- размеры кольцевых сердечников могут быть значительно уменьшены по сравнению со стержневыми;

- отсутствует необходимость подбора сердечников.

Отечественные кольцевые феррозонды для двухкомпонентных измерений имеют сердечники в виде набора шайб из листового материала. Две сигнальные обмотки располагаются ортогонально друг к другу, причем с целью обеспечения возможности точной относительной ориентации обмоток одна из них выполняется подвижной.

Феррозонды могут питаться синусоидальным или прямоугольным напряжениями. Второе предпочтительнее, так как позволяет получить более устойчивую работу датчика при значительных коэффициентах усиления его сигнала, дает возможность построить систему в удобном микромодульном исполнении, которое не требует существенной настройки. В обоих случаях выходные сигналы чувствительного элемента представляют собой напряжения постоянного тока, полученные в результате синхронного детектирования гармоник выходных сигналов феррозондов, пропорциональных напряженностям измеряемых магнитных полей.

Алгоритмы вычисления компасного курса судна зависят от способа установки ИД компаса. Здесь возможны 2 варианта:

Рис.2. – Феррозонд в кардановом подвесе

А) В первом индукционный датчик 1 (рис. 2) устанавливается в корпусе прибора 3 в кардановом подвесе таким образом, чтобы центр масс системы был ниже центра подвеса, совпадающего с точкой о. В этом случае из-за наличия маятниковости ИД располагается в плоскости горизонта и остается вблизи ее во время качки судна. Элементами карданового подвеса являются наружное кольцо 4 и внутреннее кольцо 2. Первое может поворачиваться в корпусе прибора вокруг оси оу, а второе относительно кольца 4 вокруг оси ох. Корпус прибора заполняется жидкостью, обеспечивающей демпфирование колебаний индукционного датчика при воздействии внешних возмущающих факторов.

Рис.3 – Судовое магнитное поле

X’

Y’

H’

Таким образом, в случае использования двухкомпонентного индукционного датчика его выходные напряжения будут определять составляющие Х' и Y' напряженности судового магнитного поля, направленные вдоль диаметральной плоскости и плоскости шпангоутов, соответственно. Эти составляющие связаны с вектором Н' горизонтальной составляющей судового магнитного поля следующими равенствами (рис.3)

, (1)

Текущий компасный курс КК судна определяется путем вычисления отношения выходных сигналов:

(2)

Значение курса рассчитывается в пределах от 0° до 90° для того квадранта, в котором он находится. Номер квадранта устанавливается по знакам X' и Y', которые соответствуют приведенным в таблице 1.

Таблица 1.

Для того чтобы исключить появление в знаменателе выражения (2) величин, близких к нулю, значения курсов, лежащих в пределах от 0° до 45°, рассчитываются в соответствие с равенством (2), а при 45° < КК < 90° для расчета используется обратное отношение

(3)

Указанный способ определения текущего курса судна не является единственно возможным, однако его несомненным достоинством является то, что он исключает влияние на полученный результат таких факторов, как вариации напряжения питания феррозондов, нестабильность их характеристик, колебания температуры окружающей среды и т.п. Это происходит потому, что названные факторы оказывают влияние одновременно как на X', так и на Y'.

1. ИД

2. К

3. АЦП

ИД

4. В

6. УИ

5. Г

Н^’

Х^’

У^’

Код Х

Код У

Структурная схема, в соответствие с которой вырабатывается информация о курсе судна, представлена на рис. 4.

Рис.4 - Схема индукционного компаса в кардановом подвесе

Феррозонды с ортогональным расположением осей чувствительности, входящие в комплект ИД 1, выдают значения X'и Y'в виде напряжений постоянного тока, которые через коммутатор 2 последовательно подключаются к входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 3. После их преобразования в цифровые коды последние поступают в вычислитель 4. В вычислителе рассчитывается значение КК и одновременно модуль вектора

(4)

Значения Н' используются для определения поправок МК, знание которых позволяет вычислить магнитный курс (МК) судна:

(5)

Компас может указывать и истинный курс ИК судна, измеренный относительно географического меридиана. Для этого в него следует ввести информацию о текущем значении магнитного склонения d, снятую с карты:

(6)

Выходные сигналы отображаются устройствами индикации курса 6. Генератор 5 вырабатывает напряжение возбуждения феррозондов и формирует тактовые импульсы для вычислителя.

Одним из существенных недостатков индукционных компасов рассматриваемого типа является наличие значительных погрешностей, возникающих в результате отклонения осей ИД от плоскости горизонта, которое имеет место в процессе качки судна. Поэтому эти компасы рекомендуется применять только на динамически устойчивых судах.

Б) Во втором варианте выполнения индукционных компасов, как правило, используются трехкомпонентные ИД, которые монтируются в корпус без карданового подвеса и остаются все время неподвижными относительно него. Это упрощает конструкцию датчика, но для определения курса судна требуется информация о пространственной его ориентации. Указанная информация получается с помощью трех акселерометров с взаимно ортогональными осями чувствительности. В то время как ИД вырабатывает информацию о компонентах X', Y' и Z' судового магнитного поля, акселерометры измеряют проекции g_x, g_y и g_z вектора ускорения силы тяжести Земли на судовые оси.

X’, Y’,Z’

H’

Z’

X’, Y’,Z’

H’

Z’

X’, Y’,Z’

H’

Z’

X’, Y’, Z’

H’

Z’

Рис.5 – Схема бескарданового индукционного компаса

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) преобразуют выходные напряжения ИД и акселерометров в цифровой код, используя который вычислитель В в соответствии с выражением (7) рассчитывает компасный курс КК судна.

(7)

Как и в кардановом индукционном компасе имеется возможность для оценки поправок ΔY и ΔХ и последующего вычисления магнитного курса МК судна, используя следующее равенство:

(8)

Можно также учесть магнитное склонение и вычислить истинный курс ИК судна. Достоинством рассмотренной схемы прибора является относительно малая зависимость его показаний от условий плавания.

Основные технические параметры индукционных компасов

Таблица 1

Технический параметр	Аврал	ДС-83 Горизонт	VDO Navpack (Великобрит.)	MagTronic Ritchie (США)
Состав чувствительного элемента: Феррозондов Акселерометров	нет		1 кольцевой нет
Установка индукционного датчика	Карданов подвес	бескардановая	Карданов подвес	бескардановая
Погрешность определения курса (град)	2 -5	1 - 5		0,2
Диапазон регистрации отклонений от заданного курса (град)	нет	±15	±5	±15
Диапазон измерения углов качки судна (град)	нет		нет	○
Погрешность измерения углов качки судна (град)	нет	0,8 - 7	нет	○
Диапазон компенсации полукруговой девиации (град)	±60 Н=9,6А/м	Учет девиации	Учет девиации ±45	Учет девиации
Диапазон компенсации креновой девиации (град)	±60	Осреднением показаний	Осреднением показаний	Осреднением показаний
Диапазон компенсации четвертной девиации (град)	±2	Учет девиации	Учет девиации	Учет девиации
Отображение информации	Цифровой дисплей	Цифровое, аналоговое	Цифровой дисплей	Цифровое, аналоговое
Дискретность отсчета (град)	0,1
Напряжение питания	○	220/110В 50Гц; =24 В	=12 В	=12, 24 В

3. Магнитный индукционный горизонткомпас ДС-83 («Горизонт»)

Магнитный индукционный горизонткомпас ДС-83 («Горизонт») разработан и выпускается Чебоксарским приборостроительным заводом «Элара». Прибор ДС-83 представляет собой цифровой магнитный горизонткомпас с индукционным (бесстрелочным) чувствительным элементом. Предназначен для установки на морских судах.

В блоке управления и индикации этого горизонткомпаса находится микропроцессор, который вычисляет компасный курс и углы качки. Компенсация девиации (калибровка) осуществляется автоматически в процессе одной замкнутой циркуляции судна. С учетом вводимого магнитного склонения можно получить истинный курс судна. Кроме того, вычисляются и высвечиваются значения угла крена и угла дифферента судна.

Основные технические характеристики компаса:

масса блока датчиков.............................................. 4,6 кг;

масса блока управления и индикации................... 1,7 кг;

диапазоны измерений:

магнитного курса................................................ 0...360⁰;

угла крена.................................................... от -45 до+45°;

угла дифферента......................................... от -45 до+45°;

пределы вводимого магнитного склонения.... от -180 до+180°;

погрешность измерения:

— курса:

при углах качки 0°.................................................... ±1,0°;

при углах качки 22,5°............................................... ±5,0°.

— крена и дифферента:

в диапазоне 0± 10°..................................................... ±0,8º

в диапазоне 10±22,5°................................................. ±2,0º

в диапазоне 22,5+45°................................................ ±7,0º.

Состав комплекта горизонткомпаса ДС-83

Рис.6 – Комплект компаса ДС-83

В комплект компаса ДС-83 входят (рис. 6):

- измерительный прибор

(блок датчиков) 1;

- блок управления и индикации 2;

- указатель курса 3;

- указатель крена и дифферента судна 4.

В измерительном приборе установлены:

- трехосевой блок феррозондовых датчиков (тесламетров), который измеряет проекции вектора магнитной индукции поля Земли;

- три ортогональных акселерометра, которые измеряют проекции вектора ускорения силы тяжести и определяют (после пересчета) значения углов бортовой и килевой качки судна.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что измеряет ИД индукционных компасов?

2. Достоинства и недостатки двух вариантов подвеса.

3. Какая информация может сниматься с устройств индикации?