СПОСОБ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ ГИРОПЛАТФОРМЫ В ПРОТОЧНОМ ТЕРМОСТАТЕ Российский патент 2010 года по МПК G01C25/00 G01C19/00 

Изобретение относится к системам регулирования температуры и может быть использовано в гироскопическом приборостроении для повышения точности термостабилизации гироплатформ и гироскопов.

Сущность изобретения заключается в повышении точности термостабилизации гироплатформ в проточном термостате при изменении температуры окружающей среды.

Известны проточные термостаты [Ярышев Н.А., Андреева Л.Б. Тепловой расчет термостатов. Л.: Энергоатомиздат. 1984, стр.157-159], в которых термостатирование объекта осуществляется за счет стабилизации температуры воздуха, обдувающего его. Подобные термостаты используются в гироскопических приборах [А.А.Одинцов, и др. Результаты разработки, изготовления и испытания инерциальной навигационной системы на управляемых магнитных гироскопах. //Гироскопия и навигация. 2000, №4, стр.18-29; А.С.Анфиногенов и др. Прецизионная корабельная инерциальная навигационная система на электростатических гироскопах. //Гироскопия и навигация. 1996, №4, стр.103-108] для поддержания температуры гироскопов и гироплатформ, установленных в карданов подвес.

Недостатком таких термостатов является ухудшение точности термостабилизации гироплатформ при изменении температуры окружающей среды. Температура окружающей среды оказывает влияние на температуру гироплатформы через элементы ее крепления (через так называемые "тепловые мосты") и лучистым теплообменом непосредственно с корпуса термостата на поверхность гироплатформы. В результате точность термостабилизации гироплатформы оказывается хуже, чем точность термостатирования обдувающего ее воздуха. Для уменьшения влияния температуры окружающей среды в подобных термостатах вводят теплоизоляцию корпуса, как отмечено в работе [Г.Н.Дульнев, Э.М.Семяшкин. Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах. "Энергия". 1968, стр.350-351], принимаемой за прототип. Однако введение теплоизоляции корпуса не позволяет полностью исключить влияние окружающей среды на температуру гироплатформы, приводит к росту температуры внутри гироприбора, а кроме этого, увеличивает габаритные размеры гироприбора и затрудняет доступ к нему при регулировочных работах.

В данном изобретении предлагается не уменьшать тепловую связь гироплатформы с окружающей средой за счет теплоизоляции, а ввести тепловую компенсацию тепловых потоков, поступающих на гироплатформу из окружающей среды, путем изменения температуры воздуха, обдувающего гироплатформу.

Задачей изобретения является повышение точности термостабилизации гироплатформы в проточном термостате при изменениях температуры окружающей среды.

Решается задача сдвигом уровня стабилизации (уставки) температуры воздуха Т_у относительно базового значения Т_б пропорционально изменению температуры окружающей среды. В обычном проточном термостате уровень стабилизации температуры воздуха не меняется (Т_у=const). Информацию об изменении температуры окружающей среды получают из величины мощности, подаваемой регулятором температуры на электронагреватель проточного термостата. (Мощность на нагревателе термостата, в первом приближении, линейно зависит от температуры окружающей среды). Поскольку мощность, подаваемая регулятором температуры на электронагреватель, может иметь высокочастотные колебания (частота и амплитуда которых зависит от параметров закона регулирования, используемых в регуляторе), то ее необходимо предварительно отфильтровать для дальнейшего определения сдвига уставки температуры. Таким образом, зависимость уставки температуры от мощности нагревателя можно представить:

Т_у=Т_б+К·F(s)·(W_H-0.5W_max), где:

Т_у - уставка температуры (уровень стабилизации температуры воздуха);

Т_б - базовый уровень стабилизации температуры воздуха (Т_б=const);

К - коэффициент пропорциональности между уставкой температуры и мощностью нагревателя;

F(s) - передаточная функция фильтра {s - дифференциальный оператор);

W_H - мощность на электронагревателе системы термостатирования воздуха;

W_max - максимальная мощность нагревателя.

Коэффициент пропорциональности К между сдвигом уставки температуры и мощностью нагревателя, а также его знак определяются при настройке термостата из условия, чтобы при изменении температуры окружающей среды температура гироплатформы оставалась неизменной. При настройке термостата для контроля температуры гироплатформы необходимо установить на нее средство измерения температуры. Данный способ сдвига уставки температуры легко реализовывается в цифровом регуляторе температуры, основанном на микропроцессоре. В этом случае, сдвиг уставки температуры вводится программно, пропорционально отфильтрованному (например, с помощью цифрового фильтра, реализующего апериодическое звено ( где - постоянная времени фильтра) значению мощности, вырабатываемой самим регулятором и поступающей на электронагреватель.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где обозначены:

1 - гироплатформа;

2 - корпус проточного термостата;

3 - элемент крепления гироплатформы;

4 - электровентилятор;

5 - электронагреватель;

6 - цифровой регулятор температуры;

7 - термодатчик системы термостатирования воздуха;

8 - воздушный канал.

Работа системы термостабилизации осуществляется следующим образом. Электровентилятор (4) осуществляет непрерывную прокачку воздуха по замкнутому контуру: от электровентилятора (4) воздух поступает в воздушный канал (8), после чего проходит через электронагреватель (5) и поступает под корпус проточного термостата (2), где последовательно обдувает гироплатформу (1), термодатчик (7) и вновь поступает на электровентилятор (4). Температура воздуха, поступающего под корпус термостата (2), стабилизируется на определенном базовом уровне. Для стабилизации температуры воздуха используется активная система термостатирования, состоящая из цифрового регулятора температуры (6), электронагревателя (5) и термодатчика (7). При отклонении температуры воздуха от базового уровня термодатчик (7) выдает сигнал в цифровой регулятор (6), который изменяет мощность на электронагревателе (5) таким образом, чтобы температуры воздуха вернулась к базовому уровню. При увеличении температуры окружающей среды корпус термостата (2) начнет нагреваться. Дополнительные тепловые потоки начнут поступать от корпуса термостата (2) в прокачиваемый воздух и на гироплатформу (1) (через элементы крепления (3) и лучистым теплообменом). Система термостатирования воздуха уменьшит мощность электронагревателя (5) так, чтобы температура прокачиваемого воздуха оставалась неизменной. Температура гироплатформы (1) за счет поступающих на нее дополнительных тепловых потоков от корпуса термостата (2) будет повышаться и в обычном проточном термостате выйдет на новый более высокий уровень температуры. При применении предлагаемого способа уменьшившаяся мощность электронагревателя (5) приведет к пропорциональному уменьшению (сдвигу) уровня стабилизации температуры воздуха относительно базового уровня. В результате этого, температура воздуха стабилизируется на более низком уровне, что обеспечит возвращение температуры гироплатформы (1) на прежний уровень за счет компенсации более низкой температурой воздуха тепловых теплопритоков, поступающих на гироплатформу (1) со стороны корпуса термостата (2). Напротив, при уменьшении температуры окружающей среды корпус термостата (2) начнет охлаждаться, мощность на электронагревателе (5) возрастет, что приведет к увеличению уровня термостатирования воздуха относительно базового уровня. В результате более нагретый воздух будет компенсировать теплооттоки от гироплатформы (1) на охлаждающийся корпус термостата (2) и температура гироплатформы (1) не изменится.

Значение коэффициента пропорциональности (а также его знак) К между величиной сдвига уставки температуры и мощностью на электронагревателе будет зависеть от конструктивных особенностей проточного термостата: мест размещения термодатчика и электронагревателя, скорости прокачки воздуха, теплопроводности элементов крепления гироплатформы, степени черноты поверхности покрытий внутри термостата и др.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в гироскопическом приборостроении. Технический результат - повышение точности термостабилизации гироплатформ и гироскопов. Для достижения данного результата осуществляют сдвиг уровня стабилизации температуры воздуха, обдувающего гироплатформу, относительно базового значения пропорционально изменению температуры окружающей среды. При этом информацию о температуре окружающей среды получают на основе фильтрации мощности, поступающей на электронагреватель системы термостатирования воздуха. 1 ил.

Способ термостабилизации гироплатформы в проточном термостате, заключающийся в обдуве гироплатформы термостатированным воздухом, отличающийся тем, что осуществляют сдвиг уровня стабилизации температуры воздуха относительно базового значения пропорционально отфильтрованной мощности электронагревателя системы термостатирования воздуха согласно формуле:
Т_у=Т_б+К·F(s)·(W_H-0,5W_max),
где Т_у - уровень стабилизации температуры воздуха; Т_б - базовый уровень стабилизации температуры воздуха (T_б=const); К - коэффициент пропорциональности между уровнем стабилизации температуры и мощностью нагревателя; F(s) - передаточная функция фильтра (s - дифференциальный оператор); W_H - мощность на электронагревателе системы термостатирования воздуха; W_max - максимальная мощность электронагревателя.