Гидродинамический лаг Советский патент 1983 года по МПК G01P5/08 

(.5) ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ЛАГ Изобретение относится к технике измерения скорости объекта и предназначено для измерения скорости относительно водной среды кораблей и судов. Известны широко используемые на кораблях и судах гидродинамические лаги типа МГЛ или ЛГ, включающие приемники статического и полного давления забортной воды, дифференциальный сильфонный аппарат и центт ральный:прибор С1 3. В сильфонном аппарате гидродинамическое давление (разность полного и статического давлений ) преобразуется в перемещени штока. Измерение осуществляется по компенсационному принципу с помощью пружинных электромеханических компен сационно-измерительных систем Ctli, Однако эти системы обладают значительным трением, люфтами и мертвым ходами в сочленяемых элементах, что приводит.в конечном итоге к существенным инструментальным погрешностям в измерении скорости. Недостатком является и большая постоянная времени компенсационно-измерительных систем, измеряемая десятками секунд. Известен гидродинамический лаг, содержащий приемники и преобразователи полного и статического давлений и регистрирующее устройство С 2 . Однако этот лаг имеет инструментальную погрешность 0,08-0,12 узла, а время полной отработки скорости от О до 50 узлов - 200 с. Это являётся недостаточным для современных судов, которым требуется более высокая точность и быстродействие лагов. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия гидродинамического лага. Для достижения ук азанной цели в гидродинамическом лаге в качестве преобразователей давлений применены туннельные диоды, включенные в параллельные плечи мостовой схемы, вход

которой соединен с генератором пилообразного напряжения, а выход - с регистрирующим устройством, выполненным в виде измерителя длительности временных интервалов, причем вход генератора снабжен источником смещения тока.

На чертеже изображена схема гидродинамического лага.

Величина пикового тока О туннельного диода связана с величиной избыточного давления Р следующим соотно шением 3 :

Э ,

где JQ - величина пикового тока при отсутствии избыточного давления;о - коэффициент пропорциональНОбТИ.

Измерительная схема электронного гидродинамического лага содержит два туннельных диода 1 и 2, помещенных в камеры полного 3 и статического давлений соответственно, резисторы 5 и 6, генератор 7 пилообразного тока, измеритель 8 длительности временных интервалов, разделительные конденсаторы 9 и 10 и источник 11 тока смещения. Все элементы схемы

могут быть размещены в одном кожухе, 4

который аналогично известному может быть назван центральным прибором.

Туннельные диоды 1 и 2 включены в параллельные мостовой схемы. Резисторы 5 и 6 служат для уравновешивания плечей моста. Схема лага по- строена на туннельных диодах из арсе нида галия, у которых с ростом давления величина пикового тока уменьшается.

Пусть в начальный момент времени ток на выходе генератора 7 начинает линейно нарастать от нулевого значе.ния. Тогда линейно возрастают и токи в плечах мостовой схемы. При достижении в плече туннельный диод 1 - резистор 5 величины тока, равной значению пикового тока для диода 1,последний переходит в состояние высокого напряжения. Положительный перепад напряжений через разделительный конденсатор 9 запускает измеритель 8 При этом туннельный диод 2 находится еще в состоянии низкого напряжения, поскольку для него величина пикового тока имеет большее значение, чем для диода 1, так как на него

воздействует более низкое - статическое давление.

При дальнейшем нарастании тока с выхода генератора 7 величина тока в плече туннельный диод 2 - резистор

6достигает значения пикового тока для диода 2. Диод 2 переходит в состояние высокого напряжения и положительный перепад напряжения через разделительный конденсатор 10 прекращает счет измерителя 8, одновременно переводя генератор 7 в начальное состояние. Зафиксированный измерителем 8 отсчет вследствие линейности

нарастания тока с выхода генератора

7прямо пропорционален разности полного и статического давлений. Таким образом, отсчет измерителя 8 прямо пропорционален гидродинамическому

давлению, т.е. квадрату скорости движения судна относительно воды. Время единичного измерения при этом определяется временем нарастания тока на выходе генератора 7 от нулевого значения до достижения в плече туннельный диод 2 - резистор 6 величины пикового тока. Сокращение времени измерения путем увеличения скорости нарастания тока на выходе генератора

7 нецелесообразно, поскольку этим снижается относительная точность измерения длительности временного интервала и, в конечном счете, относительная точность определения скорости

движения судна. Для уменьшения времени измерения ,т.е .повышения быстро-.действия лага, применен источник 11 тока смещения. С выхода источника 11 на мостовую измерительную схему подается постоянный ток такой величины, чтобы в плече туннельный диод 1 - резистор 5 величина тока не превышала значения пикового тока для диода 1 даже при максимальной скорости движения судна. В этом случае время единичного измерения сокращается, поскольку значение пикового тока в плече туннельный диод 2 - резистор 6 достигается значительно быстрее (за счет постоянного тока смещения ).

Температурная компенсация схемы осуществляется включением туннельных диодов 1 и 2 в параллельные плечи мостовой схемы, в результате чего температурные изменения вольт-амперных характеристик туннельных диодов 1 и 2 взаимно компенсируются, поскольку измеряется не время перехода туннельного диода в состояние высокого напряжения, .мя между момент ми переходов туннельных диодов 1 и в состояния высокого напряжения. Вычисление скорости движения суд на по длительности временных интервалов и введение необходимых поправ не представляет сложности и может производиться как с помощью схем на логических элементах, так и в корабельной многоцелевой или специализированной ЭВМ. Формула изобретения Гидродинамический лаг, содержащий приемники и преобразователи полного и статического давлении и регистрирующее устрой.ство, отличающийся тем, что,с целью повышения точности и быстродействия, 8 в качестве преобразователей давлений применены .туннельные диоды, включенные в параллельные плечи мостовой схемы, вход которой соединен с генератором пилообразного напряжения а выход - с регистрирующим устройством, выполненным в виде измерителя длительности временных интервалов, причем вход генерато-/ ра снабжен источником смещения тока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Власов И.В., ВольпинС.А идр. Гидродинамические лаги. Л., Судостроение, 1967, C.9-U. 2.Там же, с.220 (прототип ) 3.Криворотое Н.П. и др. Туннельые диоды для измерения давления,Приборы и техника Эксперимента 1977, № 2, с.226-227.