автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Бесконтактные индукционные токосъемники сигналов низкого уровня для автоматизированных систем испытаний авиационных ГТД

РГб од

- к т 1393

На правах рукописи

ВАСИН Николай Николаевич

БЕСКОНТАКТНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ТОКОСЪЕМНИКИ

СИГНАЛОВ НИЗКОГО УРОВНЯ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ИСПЫТАНИЙ АВИАЦИОННЫХ ГТД

Специальность 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Самара - 1998

Работа выполнена в Самарском государственном аэрокосмическом университете имени академика С.П. Королева

Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки Республики Башкортостан, доктор технических наук, профессор В.Г. Гусев

заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор К.Л. Куликовский

доктор технических наук, профессор Л.М. Логвинов Ведущая организация:

Самарское конструкторское бюро машиностроения

нии диссертационного совета Д 063.87.02 Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королева по адресу: 443086, Самара, Московское шоссе, 34, корпус За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного аэрокосмического университета

Автореферат разослан " // " МЛ 1998 г.

Защита состоится

г. в

часов на заседа-

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В процессе опытно конструкторских работ по созданию современных газотурбинных двигателей (ГТД), применяемых в различных отраслях техники: авиации, судостроении, энергетике, значительную роль играют доводочные испытания отдельных агрегатов и полноразмерных двигателей, целью которых является доработка конструкции по повышению ее надежности и ресурса, до соответствия характеристик ГТД техническому заданию. В процессе доводки ведется непрерывный поиск лимитирующих узлов и элементов, обладающих минимальной надежностью. По газодинамическим параметрам тепловых машин невозможно определить местные перегревы отдельных узлов и механизмов, поскольку выходные характеристики представляют интегральную оценку состояния машины. Однако местные перегревы предопределяют лимитирующие элементы и, тем самым, снижают ресурс и надежность ГТД.

Ускорить срок доводки двигателей позволяют автоматизированные системы управления экспериментальными исследованиями и комплексными испытаниями образцов новой техники, которые измеряют тысячи и регистрируют сотни параметров для определения температурных полей, крутящего момента, деформаций, давлений и других физических параметров элементов, узлов и агрегатов ГТД. Среди большого многообразия датчиков значительное число характеризуется выходными сигналами низкого уровня. Это термопары (ТП), сигналы на выходе мостовых схем с термометрами сопротивления или с тензодатчиками. Подобные датчики и схемы используются для измерения параметров как вращающихся, так и неподвижных узлов ГТД. Созданные к настоящему времени измерительные преобразователи, входящие в состав систем управления испытаниями, в большинстве случаев удовлетворяют требованиям конструкторов при измерениях на статорной части двигателей. Однако при измерении параметров вращающихся объектов (деталей роторов турбин, редукторов) возникает ряд трудностей, связанных с передачей информационных сигналов с ротора на статор. Например, при измерении температуры межвальных подшипников турбин многовальных ГТД, подшипников сателлитов редукторов турбовинтовых двигателей термометрируе-мые детали скрыты от прямого обзора, что исключает или значительно ограничивает применение пирометров, позволяющих через специально созданные окна измерять температуру поверхности деталей, находящихся в зоне прямой видимости. Кроме того, исследуемые узлы и агрегаты находятся в масляно-аэрозольной среде, что не позволяет сформировать устойчивый оптический канал связи. Поэтому при термометрировании

деталей ротора в качестве датчиков, как правило, используются термопары, а передача их сигналов с ротора на статор осуществляется с помощью контактных или бесконтактных токосъемников.

Высокие скорости вращения и низкий уровень передаваемых сигналов не позволяют эффективно использовать контактные токосъемники, имеющие ограниченный ресурс работы и высокий уровень собственных шумов. Применение бесконтактных токосъемников ограничено жесткими условиями эксплуатации: работа в масляно-аэрозольной среде при температуре до 200 - 250°С, осевые и радиальные смещения ротора относительно статора, воздействие вибраций, ускорений. При таких условиях эксплуатации на роторе невозможно разместить радиоэлектронные элементы, чтобы использовать устройства ближней телеметрии. Для передачи сигналов низкого уровня с ротора на статор при воздействии повышенной температуры окружающей среды могут использоваться бесконтактные токосъемники индукционного типа и магнитомодуляционные преобразователи. Магнитопроводы магнитомодуляционных преобразователей имеют очень сложную, нетехнологичную конструкцию, которая многократно усложняется в случае многоканального устройства, что ограничивает их применение. Известные в настоящее время бесконтактные индукционные токосъемники в жестких условиях эксплуатации при осевых и радиальных смещениях ротора относительно статора не обеспечивают требуемой точности. Кроме того, они подвержены сильному влиянию электромагнитных помех, для борьбы с которыми Необходимо периодически размагничивать ротор, что не представляется возможным при длительных испытаниях ГТД.

Поэтому создание бесконтактных индукционных токосъемников постоянных и медленноменяющихся сигналов низкого уровня с датчиков, расположенных на вращающихся объектах, для систем контроля и управления экспериментальными исследованиями и комплексными испытаниями образцов новой техники с высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками является актуальной научно-технической проблемой, имеющей важное народно-хозяйственное значение.

Диссертационная работа выполнялась в рамках хоздоговорных и госбюджетных НИР в соответствии: с Комплексной программой АН СССР, Минэлектронпрома СССР и Минвуза РСФСР "Повышение эффективности применения вычислительной техники в научных исследованиях, производстве и учебном процессе" на 1986 - 1989 гг. (Основание -Приказ Минвуза РСФСР от 26.12.85 № 810); с целевой подпрограммой "Автоматизированные системы научных исследований" республиканской НТП "Информатизация образования и науки РСФСР", (Основание -

Приказ ГК по делам науки и высшей школы от 11.03.91 № 185; Приказ Министерства науки, высшей школы и технической политики от 14.02.92 № 181-Ф); с целевой подпрограммой "Автоматизированные системы научных исследований" межвузовской программы "Перспективные информационные технологии в высшей школе" на 1992-97 г.г. (Основание - Постановление № 10 Комитета по высшей школе Министерства науки от 23.03.92; Приказ № 438 Комитета по высшей школе Министерства высшей школы и технической политики от 8.07.92).

Цель работы и основные задачи исследования. Целью работы является разработка научно обоснованных технических решений по созданию бесконтактных индукционных токосъемников сигналов низкого уровня с вращающихся (движущихся) объектов, имеющих высокие метрологические характеристики.

Для достижения указанной цели был поставлен и решен комплекс задач:

- проведение анализа научно-технической проблемы создания устройств передачи и измерения сигналов низкого уровня, источники которых расположены на вращающемся (движущемся) объекте, удовлетворяющих комплексу требований: обеспечение требуемой точности; способность функционировать в жестких условиях масляно-аэрозольной среды при температуре до 200 - 250°С; сохранение работоспособности и требуемой точности при заданных осевых и радиальных смещениях ротора относительно статора;

- разработка обобщенной математической модели предложенных бесконтактных индукционных токосъемников различной конструкции с целью определения магнитного поля и расчета потока магнитной индукции взаимодействующих катушек устройства, что обуславливает основные характеристики токосъемника: чувствительность и точность передачи информационного сигнала с ротора на статор;

- разработка математической модели узла токосъемника, формирующего образцовый сигнал и определяющего точность всего устройства в целом, для анализа влияния на его основные характеристики неинформативных факторов, получение частных оценок влияния осевых и радиальных смещений ротора относительно статора на точность передачи и измерения сигналов низкого уровня, исследование способов и устройств уменьшения этого влияния за счет оптимального конструирования токосъемника, что позволяет создавать токосъемники с высокими метрологическими характеристиками;

- разработка методики повышения помехозащищенности измерительных устройств с бесконтактными индукционными токосъемниками,

разработка устройств подавления электромагнитных помех на основе анализа спектра информационного сигнала; анализ погрешностей на основе обобщенной модели устройства и математической модели,узла токосъемника, формирующего образцовый сигнал; разработка,методов обработки результатов измерения; ;*

- разработка методюси проектирования бесконтактного индукционного токосъемнику с целью получения оптимальной конструкции с точки зрения достижения высокой точности передачи сигнала низкого уровня с ротора на статор;

- создание.автоматизированных систем измерения сигналов низкого уровня датчиков, расположенных на вращающихся объектах, на основе предложенных д. разработанных бесконтактных индукционных токосъемников и внедрение их в практику управления экспериментальными исследованиями и комплексными испытаниями ГТД.

Методы исследования. В процессе работы над диссертацией теоретические и экспериментальные исследования были тесно взаимосвязаны. Параллельно с моделированием бесконтактных токосъемников проводилась их разработка, экспериментальная проверка и отрабатывалась методика проектирования. При решении поставленных задач использовались методы векторного анализа, теория электромагнитного поля, аппарат численного интегрирования и решения дифференциальных уравнений, аппарат спектрального анализа, методы статистической обработки данных.

Научная новизна работы заключается во всестороннем исследовании, перспективных бесконтактных индукционных токосъемников, позволяющих с высокой точностью передавать низкоуровневые сигналы датчиков с ротора на статор в условиях воздействия повышенны,^ (Температур, осевых и радиальных смещений ротора вращающегося объекта, вибраций, ускорений, электромагнитных помех. Основными научными результатами, полученными в работе являются:

- обобщенная математическая модель предложенных бесконтактных индукционных токосъемников различной конструкции для анализа основных характеристик и принципов конструирования устройств;

- математическая модель узла формирования образцового сигнала, позволившая получить аналитические выражения магнитного поля; оценка влияния осевых и радиальных смещений ротора относительно статора на точность передачи и измерения сигналов низкого уровня, полученная на основе разработанной математической модели и экепери-

ментальных исследований; разработанные методы снижения этого влияния за счет оптимального конструирования бесконтактных индукционных токосъемников;

- теоретический и экспериментальный анализ помехозащищенности исследуемых устройств; разработанный метод подавления низкочастотных помех; исследование основных погрешностей бесконтактных индукционных токосъемников;

- разработанная методика проектирования бесконтактных индукционных токосъемников, обеспечивающих высокую точность- контроля параметров ГТД при наличии дестабилизирующих факторов.

Практическую ценность работы составляют:

- созданные бесконтактные индукционные токосъемники различной конструкции, позволяющие с высокой точностью передавать и измерять постоянные и медленно меняющиеся сигналы низкого уровня с датчиков, расположенных на вращающемся объекте; токосъемники удовлетворяют комплексу метрологических и эксплуатационных требований: основная погрешность 0.5%, способность функционировать в жестких условиях масляно-азрозольной среды при температуре до 200 - 250°С, сохранение работоспособности и требуемой точности при осевых и радиальных смещениях ротора относительно статора, обеспечение заданной точности при воздействии помех, обусловленных намагниченностью деталей ротора;

- автоматизированные системы измерения температуры деталей роторов авиационных газотурбинных двигателей, устройства измерения крутящего момента, созданные на основе разработанных бесконтактных индукционных токосъемников, имеют высокие метрологические характеристики, позволяют обеспечить достоверность результатов испытаний;

- стенд дня отработки конструкций и исследования основных характеристик предложенных бесконтактных индукционных токосъемников;

- комплекс лабораторных работ по курсу "Устройства связи с объектом" для студентов специальности 22.02.00, поставленный на базе созданных программно-аппаратных средств.

Реализация результатов работы осуществлена путем внедрения автоматизированных систем измерения температуры деталей роторов ГТД на стендах испытаний авиационных двигателей ОАО СНТК имени Н.Д.Кузнецова. Результаты исследований бесконтактных индукционных токосъемников были использованы при разработке блока питания тен-зометрической аппаратуры, размещенной на роторе ГТД, который вне-

..дрен в ОАО СНТК им. Н.Д. Кузнецова. Созданные устройства включены в проект автоматизированной системы управления испытаниями ГТД в ОАО Моторостроитель г. Самара. Разработанные программно- аппаратные средства, позволяющие измерять крутящий момент на валу при испытаниях погружного электродвигателя электрических центробежных установок, включены в проект систем "Альфа" и "Тритон", разрабатываемых в ВКБ РКК "Энергия". Аппаратные средства, разработанные для систем измерения температуры деталей роторов ГТД, используются также в системах автоматизации управления роспуском железнодорожных составов на сортировочных станциях Ульяновск и Кинель Куйбышевской железной дороги.

Результаты работы используются в учебном процессе СГАУ при выполнении цикла лабораторных работ и чтении лекций по курсам "Устройства связи с объектом", "Интерфейсы приборных вычислительных систем", при выполнении курсовых и дипломных проектов. Результаты исследований также внедрены в учебный процесс Самарского государственного технического университета.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 23 научно-технических конференциях и совещаниях, в том числе: на 4-ом Всесоюзном симпозиуме "Проблемы создания преобразователей формы информации", Киев, 1980; на 2-ой Всесоюзной НТК "Микропроцессорные системы автоматики", Новосибирск, 1990; на 1-ой Поволжской НТК "Научно исследовательские разработки и высокие технологии двойного применения", Самара, 1995; на 4-ой Всероссийской НТК "Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического и машинного моделирования", Тамбов, 1995; на 9-ой Всероссийской НТК с участием зарубежных специалистов "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления", Гурзуф, 1997. Материалы завершенной диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийской НТК с зарубежным участием "Электроника и информатика - 97", Москва, МИЭТ, 1997г.; на Всероссийской НТК "Новые методу, технические средства и технологии получения измерительной информации", Уфа, УГАТУ, 1997г.

Публикации. По результатам исследований и разработок опубликовано 65 печатных работ, в том числе монография, 7 авторских свидетельств.

Структура и объем работы.. Работа состоит из введения, пяти гдав, заключения, списка литературы и приложения. Основное содержание ра-

боты изложено на 190 страницах текста, 109 рисунках, 15 таблицах. Список литературы включает 160 наименований.

Содержание работы.

Во Введении обоснована актуальность темы и выбранного направления исследований, дана краткая характеристика диссертационной работы, ее цели, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

Глава 1 посвящена анализу научно-технической проблемы передачи и измерения сигналов датчиков, расположенных на вращающихся объектах, обусловленной комплексом метрологических и эксплуатационных требований: основная погрешность измерения сигналов милливольтово-го уровня 0.5 - 1.0%; высокие скорости вращения при линейной скорости более 50 м/с; работа в масляно-аэрозолъной среде при температуре до 200 - 250°С; осевые и радиальные смещения ротора относительно статора; воздействие помех, обусловленных намагниченностью деталей ротора; простота конструктивных решений.

Работы Андриановой Л.П., Баширова В.Р., Будая Е.Г., Гусева В.Г., Дубова М.Е., Зедгинидзе Г.П., Иванова М.П., Карасева В.В., Клименко В.Н., Куликовского Л.Ф., Ломтева Л.Д., Максимовой Е.С., Малешина В.Б., Михеева A.A., Нечаева Г.И., Новика В.К., Одинца С.С., Прокунце-ва А.Ф., Самбурского А.И., Топилина Г.Е. и других привели к разработке устройств передачи и измерения сигналов низкого уровня на вращающихся объектах. В совокупности с работами по методам измерений и обработке данных Алиева Т.М., Евтихеева H.H., Куликовского К.Л. и других авторов это позволило в ряде частных случаев при ограничении требований к токосъемникам решить поставленную задачу. Однако до настоящего времени интенсивно решаются вопросы разработки бесконтактных токосъемников сигналов низкого уровня, отвечающих всему комплексу предъявляемых к ним требований,

Наиболее ранними разработками в области передачи и измерения сигналов на вращающихся объектах являются контактные токосъемники. Высокие скорости вращения сокращают ресурс контактных токосъемников до нескольких часов, а высокий уровень собственных шумов при низком уровне передаваемых сигналов не позволяют получить требуемой точности.

Применение бесконтактных токосъемников ограничено приведенным выше комплексом метрологических и эксплуатационных требований, которому в полной мере не отвечают существующие устройства,

среди которых можно выделить устройства ближней телеметрии, магни-томодуляционные преобразователи и бесконтактные токосъемники индукционного типа.

В устройствах ближней телеметрии часть преобразующей аппаратуры размещается на роторе, что ограничивает температуру окружающей среды до 100 - 120°С. Информационный сигнал передается на статор либо по оптическому или радиоканалу, либо через индуктивный или емкостной токосъемник.

Магнитомодуляционные преобразователи могут работать при температуре, превышающей 250°С. Однако они имеют очень сложную конструкцию, которая многократно усложняется в случае многоканального устройства. Для снижения влияния осевых смещений ротора на работоспособность и метрологические характеристики разрабатываются специальные устройства перемещения токосъемников вдоль вала ротора в соответствии с его смещением. При большом диаметре вала, на который необходимо устанавливать токосъемник, разработка и использование устройств перемещения токосъемников вдоль вала ротора становится невозможным или нецелесообразным в силу резкого усложнения конструкции.

В известных бесконтактных индукционных токосъемниках характерными недостатками являются зависимость информационного сигнала от сопротивления измерительной цепи, образованной источником измеряемого сигнала и передающей катушкой, от скорости вращения ротора, от коэффициента связи между передающей и приемной катушками. Для борьбы с указанными недостатками используются тестовые или компенсационные методы измерения. Однако в известных устройствах не удается полностью устранить зависимость коэффициента передачи сигнала с ротора на статор от скорости вращения; осевые смещения ротора относительно статора ограничены до 1 мм, тогда как в ряде тепловых машин величина осевого смещения может быть в 3 - 4 раза больше. Погрешность от осевых и радиальных смещений превышает 1%, а для борьбы с электромагнитными помехами необходимо периодически размагничивать ротор ГТД, что не возможно осуществить при длительных испытаниях.

Решение проблемы передачи и измерения сигналов датчиков, расположенных на вращающихся объектах, может быть получено за счет перспективных конструкций бесконтактных токосъемников, отвечающих. комплексу метрологических и эксплуатационных требований.

В работе рассмотрены устройства передачи и измерения постоянных и медленноменяющихся сигналов низкого уровня на вращающихся объектах на основе предложенных бесконтактных токосъемников. Рассмотрены возможности построения бесконтактных токосъемников за

счет тестовых переходных процессов в измерительной цепи, используемых либо для формирования импульса, удобного для передачи по каналу связи, либо для тестирования устройства с целью повышения его точности. Информационным сигналом при этом является амплитуда импульса, который сравнительно просто можно передать по индуктивному каналу связи с ротора на статор. Недостатком их является наличие ключевых элементов на вращающемся объекте, что ограничивает температуру окружающей среды в районе размещения бесконтактного токосъемника до 100 - 120°С, также как устройств ближней телеметрии. Поэтому в предложенных автором и запатентованных многоканальных бесконтактных индукционных токосъемниках на вращающемся объекте отсутствуют магнитопроводы и радиоэлектронные элементы, что позволяет токосъемнику функционировать при температуре окружающей среды до 200 -250°С.

Конструкция бесконтактного индукционного токосъемника (рис. 1) представляет собой закрепленный на вращающемся объекте диэлектрический диск с передающими Ьш и приемно-компенсационными катушками Ьпк1, к каждой паре которых подключен датчик измеряемого сигнала Ет.

Рис. 1. Бесконтактный индукционный токосъемник

На статоре устанавливаются две секции приемной Vпр, и две секции ¿'к, Ь"к компенсирующей катушки. Структурная схема устройства измерения сигналов термоэлектрических датчиков ТП,- и временная диаграмма основных сигналов приведена на рис. 2.

и

иX

А!.

® 1БИТ п МОДУЛЬ

иъ

ЭВМ

гпит

I

а)

Рис. 2. Структурная схема токосъемника

б)

Основные принципы построения предложенных токосъемников заключаются в том; что передающая Ьы и приемно-компенсационная Ьы катушки разнесены в пространстве так, что их магнитные поля катушек не влияют друг на друга, также как не оказывают взаимного влияния поля приемной Ьпр и компенсирующей-£к катушек. Когда при вращении ротора (рис. 1) передающая катушка £ -го канала проходит между секциями приемной V Пр, ¿"пр, то соответствующая ей приемно-компенсационная катушка Ьта находится между секциями компенсирующей Ь'к, Ь"к. В измерительной цепи, образованной источником измеряемого сигнала Етп и катушками Лп, /*пк, формируется образцовый сигнал Ея, наводимый в катушке Ьт полем компенсирующей катушки ¿к. Включение в измерительную цепь последовательно с источником измеряемого сигнала Ет образцового Е„ позволяет устранить погрешности, обусловленные изменением скорости вращения ротора, активного сопротивления измерительной цепи г и взаимной индуктивности М передающей и приемной катушек. Повышение точности достигается при реализации тестового, компенсационного или тесгово-компенсационного метода измерения. При реализации тесгово-компенсационного метода момент компенсации определяется расчетным путем и нет необходимости фиксации этого момента, что сопряжено с возможными погрешностями, особенно в условиях воздействия помех. Магнитное поле, создаваемое катушкой ¿к, на несколько порядков превышает поле Ь». Поэтому и влияние помех на магнитное поле, формирующее Ещ значительно меньше, чем на поле измерительного сигнала.

В измерительной цепи, образованной источником измеряемого сигнала Ет и катушками Ьп, Ьтс протекает ток г =(ЕТп - Ей)/г, определяемый разностью измеряемого ЕТП и образцового Еп сигналов, сопротивлением цепи г. При вращении диска передающие катушки Ьп поочередно проходят между секциями приемной £пр, в которой наводится информационный сигнал (рис. 26)

Т! — ^ (ЛЛ ; 1 _ ^тп — Е* ^св Гт Т — £"тп ± Ен с1кс „ г- -

V, —г--Т^^р ~ &--?--^^¿пр

(1)

где Мп, Лев - соответственно коэффициент взаимной индуктивности и коэффициент связи между передающей и приемной катушками, ср - текущее значение угла поворота ротора от исходного положения, когда катушки и и £Пр - соосны, а - й<р Ш - скорость вращения ротора. Для устранения зависимости £Л от скорости вращения ротора со сигнал в блоке преобразования БПр (рис. 2а) интегрируется, затем амплитуда проинтегрированного сигнала 17И (рис. 26), не зависящая от скорости вращения ротора, преобразуется в БПр в цифровой код Л^.

Образцовая э.д.с. Ея в катушке наводится полем компенсирующей катушки ЬК генератора линейно изменяющегося тока ГЛИТ. При достаточной длине компенсирующей катушки ЬК имеется участок, где поле катушки будет равномерным и коэффициент связи КК между Ьк и Ьта будет постоянным. При этом ЛМкШ - О и амплитуда наведенной постоянной э.д.с. Е» В КЗЛГуШКС £*пк1 будет определяться скоростью изменения тока ГЛИТ

Еи = ~{МК ■ /) = Л±М = ]. (2)

где Мк = Кк ■ ^¡ЬкЬпи - взаимная индуктивность компенсирующей и приемно-компенсационной катушек, Кк - коэффициент связи £к и / = у 4 - линейно изменяющийся ток (рис. 26), у - скорость изменения тока.

ЭВМ (рис. 2а) задает некоторый, код /Уг.тат, которому соответствует определенная скорость у изменения тока генератора ГЛИТ, а в измерительной цепи наводится соответствующий коду Лга,т образцовый сигнал Еп. В соответствии с методом измерения ЭВМ в процессе работы изменяет код УУглит по заданной программе. При этом меняется амплитуда Е„, которая согласно используемому методу измерения либо суммируется с

Вт, либо вычитается из Ет, вследствие чего изменяется амплитуда £/х и соответствующий код Лк. В случае компенсационного метода образцовая э.д.с. Ея изменяется так, что разность Ех - Е„ 0, т.е. образцовый сигнал Ей компенсирует измеряемый Ет. При полной компенсации Ет = Е„, выходной сигнал их = 0 и на него не влияет изменение чувствительности измерительного преобразователя, вызванное изменением г или М. По значению Ен (по соответствующему коду Л/општ) в момент компенсации судят об измеряемом сигнале Ет.

Зависимость £/х = /(Ен) или, что то же самое, Л4 = /(Л^гит) - линейная:

М = а + 6-А^глит. (3)

В отсутствие помех коэффициенты а и Ъ в (3) можно определить по двум измерениям при различных значениях кода, 74-.™, при этом реализуется тестовый метод измерения. В реальных условиях, всегда существует некоторая погрешность измерения е, обусловленная влиянием помех и других неинформативных воздействий, поэтому при измерении получается разброс конкретных реализаций | ,.

N^1 = а + Ь ■А'глит! + ей (4) С целью повышения достоверности определения коэффициентов а и Ь число уравнений (4) увеличивается и используется тестово- компенсационный метод измерений. При максимальном Л'глвт происходит перекомпенсация (Ен > Ет), сигнал их и соответствующий код Л'* становятся отрицательными. С каждым оборотом ротора код Лглит уменьшается, а код Лх возрастает на некоторую величину. При реализации тестово- компенсационного метода момент компенсации, т.е. код А'Ьглит определяется расчетным путем и нет необходимости фиксации этого момента, что сопряжено с возможными погрешностями, особенно при воздействии помех.

Таким образом, точность измерения сигналов низкого уровня с датчиков, расположенных на вращающихся объектах, определяется узлом формирования образцового сигнала. Магнитное поле, создаваемое катушками ГЛИТ, на несколько порядков превышает поле передающих катушек. Поэтому и влияние помех на магнитное поле, формирующее образцовый сигнал Ен, значительно меньше, чем на поле измерительного сигнала. Точность узла образцового сигнала определяется жесткой конструкцией, прецизионным генератором ГЛИТ и рациональной конфигурацией компенсирующих катушек.

Частотный диапазон измеряемых сигналов обусловлен тем, что измерение производится 1 раз за оборот диска. Поскольку скорость вращения исследуемых объектов находится в пределах 1200 - 30000 об/мин, то частотный диапазон сигналов составляет 10 - 250 Гц. Увеличение количе-

ства приемных катушек с одной до п позволяет повысить частотный диапазон в я раз.

Предложены и исследованы также другие конструкции бесконтактных индукционных токосъемников, позволяющие с высокой точностью сформировать образцовый сигнал и обеспечить передачу и измерение сигнала датчика на вращающемся объекта с погрешностью, не превышающей заданную. На основе предложенных бесконтактных индукционных токосъемников сравнительно просто реализуются многоканальные устройства измерения сигналов датчиков на вращающихся объектах, различные структурные схемы которых рассмотрены в работе.

В главе 2 анализируются математические модели предложенных бесконтактных индукционных токосъемников, позволившие определить основные характеристики токосъемников.

Обобщенная математическая модель должна содержать все элементы, присущие различным конструкциям бесконтактного индукционного токосъемника. Модель токосъемника с укороченной компенсирующей катушкой (рис. 3) состоит из верхней и нижней секций компенсирующей катушки, каждая из которых содержит по четыре элемента 1\, 1г, 1ъ, к нижней и 1\, Гг, Vз, ¡4 верхней секции, и контура приемно-компенсационной катушки 1пк. Поле такой модели будет складываться из полей каждого из элементов, представляющих собой отрезки прямых (/г, /% и, Vи дуги радиусов Я\ - (контуры /1, Г\) и /?2 -(контуры /з, 1% Модель содержит элементы контуров как круговой формы, так и прямолинейные отрезки, поэтому охватывает модели всех конструкций токосъемников и предложена в качестве обобщенной.

Рис.3. К обобщенной модели

Таким образом, катушки бесконтактного индукционного токосъемника можно представить как совокупность линейных контуров сложной формы, состоящих из отдельных элементов. Магнитная индукция каждой из секций модели в произвольной точке М (рис. 4а, б) определяется суммой полей дуг 1\, 1ъ и элементов /2, к.

а) б)

Рис. 4. К модели секции укороченной катушки

Через площадь, охватываемую контуром /Пк (рис. 3), будет протекать поток Ф составляющей магнитной индукции В7 , нормальной к плоскости контура /Пк. Составляющая Вг дуг 1\, 1ъ модели одной секции £к (рис. 4а)

Ж

47Г

а2 \

И? - р • сох а

щ

^(Я]2 + Нг+ р1 - 2Щр • соя а)3

йа +

а2

+

Ч «1

/?2Р *С05 а - Кг

йа

+ к1 + рг - 2К2р • еда а)3 ,

а составляющая Bz магнитной индукции прямолинейных элементов h, U

Mol

Ал

sin 9 • Лв

62

-

а • L Л2 sin2 9 .3

2 • 2 р sin a i

<92

+

Í

sin в -de

(6)

т • L h2 sin19 ,з Mp-sina2- (1 + ■—---У

]j р sin а 2 ) Обобщенная математическая модель определяет суммарную индукцию верхней и нижней секций

l.ssL.

4?г

/=1 "s

чй +

^.Jí^s] l'i

ы ds

di

(7)

В работе проведен сравнительный расчет обобщенной модели и модели токосъемника с контурами круговой формы, в результате которого показано, что картины полей магнитной индукция в интересующей области пространства, где расположена приемно-компенсационная катушка, практически идентичны, различие составляет 2 - 10%.

Исследование модели узла приемо - передачи показало, что наиболее сильное влияние на чувствительность узла оказывает взаимное смещение передающей и приемной катушек, возникающее за счет осевых перемещений ротора относительно статора. С уменьшением расстояния между передающей и приемной катушками на 0.25 высоты поток взаимной индукции двух контуров возрастает примерно на 40%. Использование включения двух приемных катушек, расположенных симметрично по обе стороны от передающей и включенных последовательно согласно, примерно в пять раз снижает влияние осевого смещения передающей катушки. Однако этого бывает недостаточно для реализации высокоточных устройств, изменение потока при том же изменении высоты в этом случае составляет примерно 8.5%.

Требуемую точность бесконтактного индукционного токосъемника можно получить за счет узла формирования образцового сигнала, расчет магнитного поля которого реализован на основе обобщенной математической модели. В анализируемой модели для удобства исследования были приняты единичные значения радиуса Л1 = 1.0 (рис. 3). По высоте

верхняя и нижняя секции разнесены на расстояние 0.2. Расстояние между контурами вдоль оси р составляло 10 - 20% от радиуса /?1. На рис. 5 а приведены графики зависимости суммарного магнитного потока Ф—/(р) через контур /пк радиуса г = 0.05, для случая Ж = йг - Их = 0.1, на рис. 5 б - графики Ф -/(р) для тех же значений А, г и Ль но ЛЯ = Яг - = 0.2.

График (рис. 5 а) характеризуется сильной зависимостью потока от высоты, на которой расположен контур /пк. При смещении контура 1т по высоте от исходного положения (ЛА = 0) до высоты АН = 0.08 изменение потока превышает 60%. Совершенно другой характер, имеют графики Ф~/(р) при увеличении радиуса внешнего контура до величины Яг = 1.2 (рис. 5 б). Из графиков следует, что Ф на различных высотах й при р « 1.05 ... 1.15 имеет примерно одинаковое значение.

а) б)

Рис. 5. Зависимость Ф ~/{р)

При увеличении расстояния между контурами с АЯ = 0.1 до АШ = 0.2 поток уменьшился примерно на 15%, но при смещении 1Ш по оси г на величину Ак = 0.08 изменение потока составляет примерно 1%. Т.о. с увеличением расстояния между контурами вдоль оси р вдвое, изменение потока от смещения контура /пк в радиальном и осевом направлении сократилось примерно в 60 раз, а чувствительность устройства сократилась на 15%.

Итак, при рационально спроектированном узле формирования образцового сигнала осевое и радиальное смещение контура /пк, в некоторых пределах, не приводит к значительному изменению Ф и погрешности формирования образцового сигнала Еи, что позволяет реализовать токосъемники высокой точности.

В главе 3 анализируется математическая модель узла токосъемника, формирующего образцовый сигнал и определяющего точность всего устройства в целом. Предложена модель токосъемника, представляющая четыре секции Ьк, состоящих из набора бесконечно длинных прямолинейных проводников равномерно распределенных по сечению п х х п г с одинаковым шагом Ах - Лг по обеим осям (рис. 6). Катушка I*пк представляет совокупность линейных контуров круговой формы кхХкг,.

Рис. 6. К модели узла формирования образцового сигнала —»

В этом случае составляющая Вг магнитной индукции, обусловленная током I, протекающим по катушке ¿к, в области размещения 1,пк выражается аналитически

/V

2я

сох агс1д

(к + }- Ах) + (и + и>Аг) (Л + 1 -Ах) + (х + Х)~

(¡1 + ]-Аг)+(и+ь>Аг)

сояаг^-

«Х-1

•*ЕЕ

1=0 у=о

+

(Я+1-Ах)-(х + Х)

у}((Н+ )-А1) + (и + н>&))2 + ((11 + 1-Ах)-(х + Х)): (к + Аг)- (и + н>Аг)

сойаг^-

(Н + 1-Ах) + (х+Х)

^((Л + ]• /к)-(и+ wAz))1 + ((Я+1-Ах) + (х + Х))2 (¡1 + ]-Аг)-(и + кАг)

сояаг^-

(Я + 1-Ах)-(х + Х)

4((к + ]-Аг)-(и + + ((Я +1 • Ах) - (х + Х))г

(В).

При расчете В2 соотношение расстояний между проводниками выбраны такие же, что и в моделях, анализируемых в главе 2. Графики Вг{п*, пг) трех моделей компенсирующей катушки (круговой формы, укороченной и катушки с прямолинейными проводниками) практически слились. Максимальное различие значений Вг получено между моделью укороченной катушки и моделью с бесконечно длинными проводниками, однако оно не превышает 4 %, что подтверждает правомерность представления катушки совокупностью прямолинейных проводников.

При моделировании взаимодействия катушки £к, представленной матрицей проводников л х х и г, и катушки /,пк, представленную набором контуров А х х к г (рис. 6), поток взаимной индукции

Ф(пК)пг>кх,кг) =

= Н + Г + ЯАХ> Ю

(9)

/=0 ¡'=0 Д=0 »>=0

где и=-к + расстояние между катушками ЬК и ¿юс по оси г\ X - радиальное смещение центра ЛПк,

Ф* - поток четырех симметрично расположенных относительно центра прямолинейных проводников компенсирующей катушки через площадь кругового витка приемно-компенсационной катушки, который описывается следующим выражением

Ф'(Л + 1Ах, А + г + ЯАх, и + и>Лг, X) =

г+ЛЛс ,1(г+Л4х/-х2

| |/?г (Я + /Ах, А + ]Аг, и + мАг,х + Х)сЬсс1у =

-(г+ЛАх) -т1(г+АДс)г-хг г+ЛАх_

= 2 |^(г + ЛАх)2 - хгВг(К+1Ах, Л + }Аг,и + \vAiyX + Х)йх

-(г+ХАх)

где Вг описывается выражением, аналогичным (8).

Полученная математическая модель (8, 9) позволила исследовать влияние неинформативных факторов на основные характеристики бесконтактных индукционных токосъемников. В работе показано, что с увеличением размеров поперечного сечения Ьк (рис. 6) чувствительность устройства возрастает, а погрешность ¿ф вследствие осевых и радиальных смещений ротора относительно статора снижается. Особенно эффективным является увеличение размеров Ьк вдоль оси х. С уменьшением диаметра /.пк снижается погрешность <5ф = АФ/Ф, но при этом уменьшается и значение потока, т.е. падает чувствительность. Если расстояние между секциями Ьк примерно равно длине самой секции и в полтора раза превышает диаметр приемно-компенсационной катушки, то погрешность <5ф< 0.5%. Дальнейшее увеличение длины поперечного сечения секции не дает заметного снижения погрешности.

Поскольку при снижении погрешности <%> уменьшается величина потока Ф, т.е., чувствительность узла формирования образцового сигнала, то в качестве критерия качества устройства предложено использовать оценку 4 =<5ф /Ф. Минимизация критерия £ позволила получить минимум погрешности от радиального и осевого смещения ротора при максимальной чувствительности.

Влияние радиальной составляющей магнитной индукции Вр приводит к погрешности в случае неидеальной конструкции токосъемника. Оценка влияния радиальной составляющей магнитной индукции показа-

ла, что в большинстве практических случаев оно не превышает сотых долей процента и им можно пренебречь.

Взаимное влияние каналов определяется соотношением диаметра катушек, расположенных на диске, и расстоянием между ними. Для получения погрешности менее 0.1% расстояние между катушками должно быть более 3 - 4 их диаметров. Уменьшение диаметра катушек снижает чувствительность устройства. Поэтому при проектировании необходим компромисс между числом каналов и погрешностью взаимного влияния.

Исследовано влияние переходных процессов в измерительной цепи приводит к снижению быстродействия устройства. Постоянная времени измерительной цепи г« 10...100 мкс, поэтому в 16 - канальном устройстве скорость вращения ротора не должна превышать 7500 ...75000 об/мин, что удовлетворяет предъявляемым требованиям. Повышение быстродействия устройства возможно за счет снижения индуктивности катушек и повышения активного сопротивления измерительной цепи, но чувствительность при этом уменьшается.

В главе 4 исследуются точностные характеристики устройств измерения сигналов низкого уровня на вращающихся объектах. В исследуемом устройстве интегратор фильтрует высокочастотные помехи. Однако низкочастотные помехи могут вызвать значительные погрешности, поскольку интегрирование производится за время, не равное периоду помехи. При воздействии постоянной помехи вследствие намагниченности деталей ротора, сигнал на выходе интегратора будет линейно возрастающим, что приведет к искажению выходного сигнала икт (рис. 7 а).

и

и

о . Тип . '1

а)

б)

Рис. 7. Влияние помехи на выходной сигнал интегратора

Для устранения влияния постоянной помехи достаточно определить амплитуду сигнала в конце периода интегрирования Рс и скорректировать измеряемый сигнал

и«п=и,т-Ре/2. (7)

При воздействии гармонической помехи искажение сигнала на выходе интегратора будет определяться не только соотношением сигнал/помеха, но и частотой помехи, ее фазой на момент рачала,интегрирования, а также длительностью периода интегрирования. Описанный выше способ (7) позволяет лишь частично, снизить ¿¡злиянце гармонической помехи, поскольку Рс12 * Л и (рис. 7 б). Величина Ап = Ре/2 - ЛИ будет определять погрешность измерения, вносимую гармонической помехой. В разработанных устройствах применение метода (7) позволяет снизить влияние гармонической помехи более, чем на порядок.

Для подавления низкочастотных помех необходимо использование фильтров верхних частот. Спектр помех может быть соизмерим со спектром информационного сигнала, поэтому проведено исследование спектра информационного сигнала и возможности применения фильтров. Так помеха частоты 50 Гц подавляется активным фильтром Чебышева второго порядка примерно на 60 дБ, поэтому в совокупности с методом (7) подавление помехи промышленной частоты составляет 70 - 90 дБ.

Градуировочная характеристика устройства принята линейная, поскольку бесконтактный индукционный токосъемник не содержит нелинейных ферромагнитных элементов. Поэтому в измерительной системе погрешность нелинейности А определяется нелинейностью датчика и аппаратных средств блока преобразования. Нелинейность усилителя, интегратора, АЦП, генератора ГЛИТ по результатам экспериментальных исследований не превышает 0.1 %.

Погрешность из-за разброса параметров измерительных цепей каналов 5? возникает при использовании единой градуировочной характеристики для всех каналов. Устранение погрешности <5р реализовано за счет индивидуальной градуировки каналов, которая и применялась при аттестации реализованных устройств и систем.

Погрешность взаимного влияния каналов <5ш характерна для всех многоканальных устройств. По результатам исследований получено, что у катушек прямоугольного поперечного сечения, высота которых равна 10 мм, внутренний диаметр - 2 мм, а внешний - 8 мм, для получения погрешности <55® < 0.1% необходимо, чтобы расстояние между катушками было больше 40 мм.

Случайная составляющая <5« основной погрешности обусловлена, главным образом, воздействием помех, а также вибраций, ускорений и других неинформативных внешних факторов. В реализованных системах используется тестово-компенсационный метод измерения. Метод предполагает получение зависимости № (ТУоит) и определение кода Логлит, которому соответствует полная компенсация. По значению кода ЛЪглит и судят о величине измеряемой э.д.с. Ет. Расчет Л'Ьглит производится по методу наименьших квадратов. Метод оптимален, если погрешности измерения независимы и имеют нормальное распределение. Однако для нормального закона распределения характерна малая вероятность больших отклонений. В реальных условиях до 10 - 20 % всех измерений могут существенно отличаться от нормальных, что вызвано импульсными помехами. Для решения задачи определения N0 глит при малом числе измерении и наличии аномальных ошибок используется обработка данных на основе модифицированного метода наименьших квадратов.

Данные эксперимента и расчета показывают, что каждая из таких составляющих основной погрешности, как погрешность нелинейности погрешность ГЛИТ ¿ь, а также погрешность взаимного влияния каналов йщ не превышает 0.1%. Погрешность разброса при единой градуировоч-ной характеристике достаточно велика 5р «2%, но она устранена при индивидуальной градуировке каждого канала. Случайная составляющая основной погрешности с доверительной вероятностью 0.95 составляет « 0.22%, что приемлемо для разрабатываемых систем измерения температуры вращающихся объектов. Десятиразрядный АЦП характеризуется погрешностью младшего разряда &Р « 0.1%. При индивидуальной гра-дуировочной характеристике каждого канала расчетное значение основной погрешности составило »0.3%. Экспериментальная оценка основной погрешности разработанной системы измерения температуры с учетом компенсации температуры холодных спаев ТП не превышает 0,5% в диапазоне преобразуемых сигналов 0 -40 мВ. Исследованы погрешности, возникающие вследствие осевых смещений ротора относительно статора (рис.8). Рис. 8. Погрешность осевых смещений

Разработка рациональной конструкции токосъемника на основе результатов, полученных в гл.З, позволили снизить указанную погрешность до 0,25% на ±1 мм осевого смещения. Результаты эксперимента, показанные на графиках пунктиром, подтверждают теоретические исследования.

В главе 5 приведено описание методики проектирования предложенных бесконтактных индукционных токосъемников с целью получения оптимальной конструкции с точки зрения достижения высокой точности передачи сигнала низкого уровня с ротора на статор в условиях осевых и радиальных смещений ротора. Методика базируется на предложенных в главах 2 и 3 математических моделях устройств.

В работе приведено описание и основные технические характеристики разработанных автоматизированных систем измерения температуры деталей роторов ГТД. Приведены структурные и функциональные схемы (рис. 9) разработанных систем, алгоритмы их функционирования.

Рис. 9. Структурная схема системы

Разработанные устройства и системы измерения включают бесконтактный индукционный токосъемник БИТ и модуль преобразующей аппаратуры. Модуль преобразования включает усилитель У, интегратор ИНТ, коммутатор К, аналого-цифровой преобразователь АЦП, генератор линейно изменяющегося тока ГЛИТ, параллельный адаптер ППА для сопряжения с ЭВМ, блок синхронизации БС с катушкой /,с и меткой М, а также генератор постоянного тока ГПТ с усилителем Ухе и термометром

сопротивления Rxс для компенсации температуры холодных спаев. Микропроцессорный модуль системы измерения температуры деталей роторов турбин ГТД (СИТ ДРТ) выполнен в стандарте КАМАК. В системе измерения температуры деталей редуктора авиационного газотурбинного двигателя (СИТ ДР ГТД) модуль выполнен в стандарте ISA IBM PC. Второй вариант системы СИТ ДР ГТД предусматривает измерение скорости вращения ротора. Основные технические характеристики разработанных систем приведены в таблице, где 80 - основная погрешность, SBB -погрешность взаимного влияния, 8г - погрешность осевого смещения. Результаты испытаний устройств и систем вынесены в Приложение.

Технические характеристики измерительных систем

Измерит, система Стандарт Число каналов Диам. диска, мм Скор, вращ., об/мин Темп, окр. среды °С So, % Sz, %/мм

СИТ ДРТ КАМАК 16 180 1000... 20000 0...200 1.0 0.2 0.5

СИТ ДР ГТД IBM PC (ISA) 16 490 1000... 2500 -50... 150 0.5 0.02 0.25

Диск токосъемника с катушками Ln Lim

образцового сигнала

Рис.10 Бесконтактный токосъемник 26

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе разработаны научно обоснованные т нические решения по созданию бесконтактных индукционных токосы ников постоянных и медаенноменяющихся сигналов низкого уровня д; чиков на вращающихся (движущихся) объектах, с высокими метролог ческими и эксплуатационными характеристиками. Разработанные ток съемники в составе автоматизированных систем управления испыташ авиационных ГТД внедрены в практику.

Проведенные исследования позволили сформулировать следукнщ основные результаты и выводы:

1. Сравнительный анализ существующих устройств и методов изме рения постоянных и медаенноменяющихся сигналов милливольтовогс уровня, источники которых расположены на вращающем« (движущемся) объекте, показал, что существующие устройства не удовлетворяют требованиям точности (основная погрешность 0.5%) при работе в жестких условиях эксплуатации в масляно-аэрозольной среде при температуре до 200 - 250°С, при осевых и радиальных смещениях ротора относительно статора в несколько мм, при воздействии помех, обусловленных намагниченностью деталей ротора. Для передачи сигналов низкого уровня с ротора на статор предложены бесконтактные индукционные токосъемники, конструкция которых не содержит магнитопроводов и радиоэлементов, что позволяет с требуемой точностью передавать и измерять информационные сигналы в жестких условиях эксплуатации токосъемников.

2. Предложенная обобщенная математическая модель позволяет рассчитать и проанализировать магнитные поля бесконтактных индукционных токосъемников различных конструкций, определить изменение магнитного поля и потока магнитной индукций взаимодействующих катушек в области пространства, где формируются информационные сигналы, что обуславливает основные характеристики токосъемника: чувствительность и точность передачи информационного сигнала с ротора на статор. На базе обобщенной математической модели разработаны частные модели отдельных узлов токосъемника. Установлено, что поле магнитной индукции в интересующей области пространства, полученное в результате анализа частных математических моделей практически идентично картине поля обобщенной модели, различие составляет 2 - 10%. Проведенные исследования позволили предложить принципы построения >есконтактных индукционных токосъемников высокой точности, когда югрешность вследствие взаимного смещения роторной и статорной час-

тей токосъемника снижается более, чем на порядок, а чувствительность уменьшается незначительно ■ на 10 - 20%.

3. Разработанная математическая модель узла токосъемника, формирующего образцовый сигнал и определяющего точность всего устройства в целом, позволила проанализировать влияние на его основные характеристики неинформативных факторов. Получены аналитические выражения магнитного поля, позволившие оценить влияния осевых и радиальных смещений приемно-компенсационной катушки относительно компенсирующей на точность формирования образцового сигнала и точность измерения сигнала датчика на вращающемся объекте. Разработанные методы снижения этого влияния за счет оптимального конструирования токосъемника, позволяют снизить указанное влияние на порядок, что открывает возможность создания устройств с высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками. При рационально спроектированном токосъемнике погрешность вследствие предельно допустимых осевых смещений не превышает 0.5%.

4. Проведен теоретический и экспериментальный анализ помехозащищенности измерительных устройств с бесконтактными индукционными токосъемниками. Предложен и исследован метод подавления низкочастотных помех за счет измерения сигнала на выходе интегратора в средине и конце интервала интегрирования с последующей коррекцией результата измерения, что снижает влияние помех более, чем на порядок. На основе анализа спектра информационного сигнала сформулированы требования к фильтрам. Применение исследованных и разработанных программно-аппаратных средств борьбы с помехами позволило подавлять помехи промышленной частоты и ее гармоник на 70 - 90 дБ, что дало возможность создания высокоточных измерительных устройств.

5. Проанализированы погрешности измерительных устройств с бесконтактными индукционными токосъемниками. Показано, что основная погрешность определяется, главным образом, разбросом параметров измерительных цепей каналов многоканального устройства, взаимным влиянием каналов, случайной составляющей погрешности. Основная погрешность разработанных устройств не превышает 0,5% в диапазоне преобразуемых сигналов 0 - 40 мВ. Исследованы погрешности, возникающие вследствие осевых и радиальных смещений ротора относительно статора, предложены меры по их снижению, что позволило снизить указанную погрешность до 0,25% на ±1 мм осевого смещения.

6. Разработана методика проектирования бесконтактных индукционных токосъемников с целью получения оптимальной конструкции с точки зрения достижения высокой чувствительности и точности передачи сигнала низкого уровня с ротора на статор в условиях осевых и радиаль-

ных смещений ротора. Предложена методика измерения температуры с холодных спаев термопар, позволяющая измерять температуру холодных спаев непосредственно на роторе.

7. На основе предложенных и исследованных бесконтактных индукционных токосъемников разработаны шестнадцатиканальные автоматизированные системы измерения температуры деталей роторов авиационных газотурбинных двигателей в широком диапазоне скоростей вращения ротора от 1000 до 20000 об/ мин. Системы предназначены для преобразования сигналов термопар стандартных градуировок. Созданные программно-аппаратные средства позволяют получить высокую точность (основная погрешность - 0,5%) и достоверность результатов измерения в процессе испытаний ГТД. Разработанные программно-аппаратные средства измерения температуры деталей роторов в составе систем управления испытаниями авиационных газотурбинных двигателей внедрены на стендах испытаний ОАО СНТК имени Н.Д. Кузнецова, включены в проект автоматизированной системы управления испытаниями ГТД в ОАО Моторостроитель. Разработанные программно- аппаратные средства, позволяют измерять крутящий момент на валу при испытаниях погружного электродвигателя электрических центробежных установок, они включены в проект систем, разрабатываемых в ВКБ РКК "Энергия". Аппаратные средства, разработанные для систем измерения температуры деталей роторов ГТД, используются также в системах автоматизации управления роспуском железнодорожных составов на сортировочных станциях.

Экспериментальные исследования разработанных устройств и систем подтверждают правильность основных теоретических положений. Различие теоретических и экспериментальных данных не превышает 10 -15%.

По материалам диссертации опубликовано 65 работ, в том числе:

Книги, брошюры

1. Васин H.H. Устройства измерения температуры вращающихся объектов на основе бесконтактных индукционных токосъемников. Самара, СГАУ, 1997. 132 с.

2. Васин H.H. Устройства связи с объектом автоматизации на базе IBM PC. Учебное пособие. Самара, СГАУ, 1994. 56 с.

3. Васин H.H. Датчики автоматизированных систем. Учебное пособие. Самара, Ред. изд. предпр; "Кредо", 1997. 62 с.

Авторские свидетельства

4. A.c. 445146 СССР, МКл. НОЗк 13/20. Многоканальный аналого-цифровой преобразователь / A.A. Болтянский, H.H. Васин, О.П. Скобелев (СССР) - № 1883508 / 26-9; Заяв. 06. 02. 73; Опубл. 30. 09. 74, Бюл. № 36. - 133 с.

5. A.c. 465732 СССР, МКл. НОЗк 13/20. Многоканальный аналого-дискретный преобразователь малых постоянных напряжений / А.А.Болтянский, Н.Н.Васин, Ю.Н.Секисов и др. (СССР) - № 1888071 / 26-21; Заяв. 27. 02. 73; Опубл. 30.03.75, Бюл. № 12. -113 с.

6. A.c. 839048 СССР, МКИ3. НОЗК 13/20. Многоканальный аналого-цифровой преобразователь / Н.Н.Васин, А.В.Логвинов, О.П.Скобелев (СССР) - № 2818086 / 18-21; Заяв. 10. 09. 79; Опубл. 15. 06. 81, Бюл. № 22. -289 с.

7. A.c. 1307391 СССР, МКИ4 G01 R 27/26. Многоканальный преобразователь параметров индуктивных датчиков в импульсный сигнал / Н.Н.Васин, Ю.Н.Секисов, О.П.Скобелев и др. (СССР) - № 3993467/24-21; Заяв. 16. 12. 85; Опубл. 30. 04. 87, Бюл. № 16. - 193 с.

8. A.c. 1381710 СССР, МКИ4 Н 03 М 1/52. Многоканальный аналого-цифровой преобразователь постоянных сигналов / H.H. Васин, О.П. Скобелев, A.A. Хритин (СССР) - № 4144046 / 24 - 24; Заяв. 24. 09. 86; Опубл. 15. 03. 88, Бюл. № 10. - 249 с.

9. А. с. 1619070 СССР, МКИ5 G 01 К 13/08. Устройство для измерения температуры вращающихся объектов / H.H. Васин (СССР) - № 4437133 / 10; Заяв. 06. 06. 88; Опубл. 07. 01. 91, Бюл. № 1. -122 с.

10. А. с. 1702195 СССР, МКИ5 G 01 К 13/08. Устройство дня измерения температуры вращающихся объектов / H.H. Васин, Д.Э. Клепнев, А.П.Лиходедов (СССР) - № 4751325 / 10; Заяв. 23.10. 89; Опубл. 30. 12. 91, Бюл. №48.- 162 с.

11. Решение о выдаче патента от 28.07.97. Устройство измерения температуры вращающихся объектов / Н.Н.Васин (RU) - № 95104653/28; Заяв. 29.03.95.

Статьи

12. Васин H.H., Скобелев О.П. О погрешностях коммутационных преобразователей сигналов низкого уровня II Известия вузов СССР. Приборостроение. 1973. № 11, с. 9 -12.

13. Коммутационное преобразование напряжения низкого уровня / A.A. Болтянский, H.H. Васин, Ю.Н. Секисов, О.П. Скобелев // Измерительная техника. 1974. № 4, с. 34 - 36.

14. Многоканальный измерительный преобразователь постоянных напряжений милливольтового уровня / Васин H.H., Иоффе В.Г. и др. II Приборы и системы управления. 1976. № 10, с. 39 - 40.

15. Васин H.H. Помехозащищенность коммутационного преобразователя малых напряжений И Коммутация и преобразование малых сигналов. Л.: ЛДНГП. 1977, с. 9 - 14.

16. Васин H.H., Компанец В.К., Логвинов A.B. О линеаризации характеристик термопар и компенсации "холодного" спая с помощью специализированного АЦП И Датчики систем измерения, контроля и управления. Межвуз. сб. научн. трудов. Вып.2.- Пенза: ППИ, 1982, с.102 - 105.

17. Васин H.H., Логвинов A.B., Скобелев О.П. Модуль КАМАК ПСВД-2 для преобразования сигналов вакуумных датчиков // Приборы и техника эксперимента. 1985. № 6, с. 215.

18. Васин H.H. Коммутационные преобразователи малых сигналов с "параметрическими" ключевыми элементами;// Автоматизация научных исследований. Методы проектирования технических и программных средств АСНИ: Межвуз. сборник. Куйбышев: КуДИ. 1986, с.60 - 65.

•19. Модуль КАМАК П.СТП-2 для преобразования, сигналов термопар / H.H. Васин, A.B. Логвинов, О.П. Скобелев, А.Д. Хритин // Приборы и техника эксперимента. 1986. № 1, - с. 231 - 232.

20. Васин H.H. Автоматизированный стенд для исследования устройств передачи малых постоянных сигналов, с вращающихся, объектов // Автоматизация научных исследований: Сб. научн. трудов. Куйбышев: КуАИ. 1990, с. 99-107.

21. Васин H.H., Лиходедов А.П. Система для измерения сигналов термоэлектрических датчиков, расположенных на вращающихся объектах // Приборы и техника эксперимента. 1992. № 2, - с. 279 - 280.

22. Васин H.H. Система измерения температуры деталей роторов тепловых машин // Датчики систем измерения, контроля и управления. Межвуз. сб. научн. трудов. Вып.15.- Пенза: ПГТУ, 1995, - с. 87 - 92.

23. Васин H.H. Система измерения температуры вращающихся объектов// Приборы и техника эксперимента. 1996, № 5, с. 167 - 168.

24. Васин H.H. Модель измерительной цепи системы передачи информации с вращающегося объекта на неподвижный // Информационные системы и технологии. Сб. научн. трудов. Самара, СГАУ. 1996, -с. 24 - 30.

- 25. Васин H.H., Фурсов В.А., Петров А.Ю. Обработка результатов измерения температуры вращающихся объектов // Информационные системы и технологии. Сб. научн. трудов. Самара. СГАУ. 1996, - с. 31 - 36.

26. Шамашов М.А., Васин H.H., Мохонько В.П. Программно- аппаратный измеритель скорости и межосных расстояний, счетчик вагонов и осей // Автоматика, телемеханика и связь, 1994, № 8, - с. 9 -11.

27. Шамашов М.А., Васин H.H., Олейников А.М. Модульные программно-аппаратные системы маршрутизации для горок, оснащенных ГАЦ // Автоматика, телемеханика и связь, 1995, № 9, - с. 2 - 4.

28. Васин H.H., Кириллов Д.Б. Анализ измерительной цепи системы передачи сигналов с вращающегося объекта на неподвижный // Приборы, системы, информатика. Межвуз. сб. научн. трудов. - Самара: Сам-ГТУ, 1997, с. 18-22.

Материалы и тезисы конференций

29. Васин H.H., Логвинов A.B., Скобелев О.П. О расширении функциональных возможностей метода первой производной // Проблемы создания преобразователей формы информации: Материалы IV Всесоюзного симпозиума. В 2 ч. Киев: УкрВИНИТИ. 4.2, 1980.

30. Васин H.H. Микропроцессорный модуль измерения температуры деталей роторов тепловых машин // Микропроцессорные системы автоматики: Тезисы докладов 2 Всесоюзной научно-техн. конф. В 2 ч. Новосибирск: ДНТ Союза НИО СССР. 4.1. 1990, с.232.

31. Васин H.H. Устройство передачи постоянных сигналов низкого уровня с вращающегося объекта на неподвижный II Научно исследовательские разработки и высокие технологии двойного применения: Материалы 1-ой Поволжской научно-техн. конф. В 2 ч. Самара: ГПСО "Импульс", 4.2.1995, с.72 - 73.

32. Васин H.H. Система передачи сигналов датчиков с вращающихся объектов П Повышение эффективности средств обработай информации на базе математического и машинного моделирования: Материалы IV Всероссийской конф. Тамбов: ТВВАИУ. 1995, с.382-383.

33. Васин H.H., Петров А.Ю., Прохоров С.А. Система измерения температуры деталей роторов турбин У/ Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления: Тезисы докладов IX Всероссийской научно-техн. конф. с участием зарубежных специалистов. -М.: МГИЭМ, 1997, с. 349 - 351.

34. Васин H.H., Петров А.Ю. Помехозащищенность систем измерения температуры вращающихся объектов II Электроника и информатика - 97. Вторая Всероссийская НТК с международным участием: В 2 ч. Тезисы докладов. Ч. 2. - М.: МИЭТ, 1997. - с. 28 - 29.

35. Васин H.H. Устройства измерения температуры вращающихся объектов с бесконтактными индукционными токосъемниками / Новые методы, технические средства и технологии получения измерительной информации. Материалы Всероссийской НТК. - Уфа: УГАТУ, 1997. -с.43-44.

¿1

3?

П

w ч

i

{п'■ ;;г' /о о /

г'' /' Об- /

/.....

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева

На правах рукописи

ВАСИН Николай Николаевич

БЕСКОНТАКТНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ТОКОСЪЕМНИКИ СИГНАЛОВ НИЗКОГО УРОВНЯ _

ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ИСПЫТАНИЙ

АВИАЦИОННЫХ ГТД

Специальность 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Самара 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

Введение 4

Глава 1. Устройства и методы измерения сигналов низ- 18 кого уровня на вращающихся объектах

1.1 Устройства и методы передачи постоянных сигналов датчи- 18 ков низкого уровня с ротора на статор

1.2 Бесконтактные индукционные токосъемники 30

1.3 Измерительные цепи бесконтактных индукционных токо- 37 съемников

1.4 Принципы построения многоканальных бесконтактных ин- 50 дукционных токосъемников

1.5 Структура многоканальных измерительных устройств с бес- 63 контактными индукционными токосъемниками

Выводы по главе 1 73

Глава 2. Модель бесконтактного индукционного 75

токосъемника

2.1 Основные параметры и ограничения модели 75

2.2 Обобщенная математическая модель бесконтактного 80 индукционного токосъемника

2.3 Поле узла приемо-передачи 97

2.4 Поле узла формирования образцового сигнала 105 Выводы по главе 2 118 Глава 3. Влияние конструктивных параметров токо- 120 съемника на точность

3.1 Математические модели для исследования влияния конст- 120 руктивных параметров токосъемников на точность

3.2 Математическая модель узла формирования образцового 127

сигнала с прямолинейными проводниками

3.3 Влияние радиальной составляющей магнитной индукции 150

3.4 Взаимное влияние каналов 157

3.5 Влияние переходных процессов в измерительных цепях 161 Выводы по главе 3 167

Глава 4. Точностные характеристики устройств 169

4.1 Влияние помех на измерительный сигнал 169

4.2 Подавление помех программно-аппаратными средствами 182

4.3 Погрешности устройств измерения сигналов на вращаю- 199 щихся объектах

4.4 Случайная составляющая основной погрешности 202

4.5 Погрешности вследствие осевых и радиальных смещений 212 Выводы по главе 4 216

Глава 5. Системы измерения температуры вращающих- 219 ся объектов

5.1 Методика проектирования бесконтактного индукционного 219 токосъемника

5.2 Компенсация температуры холодных спаев термопар 225

5.3 Система измерения температуры деталей роторов турбин 231 ГТД

5.2 СИТ ДР ГТД с модулем стандарта 1ВМ РС 242

Выводы по главе 5 248

Заключение 249

Список использованных источников 253

Приложения 271

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация экспериментальных исследований и комплексных испытаний образцов новой техники способствует ускорению темпов научно - технического прогресса. Эффективность автоматизации тем выше, чем сложнее и дороже объект исследования. Примером тому могут быть испытания современного газотурбинного двигателя (ГТД), применяемого в самых различных отраслях техники: в авиации, судостроении, энергетике. В процессе опытно конструкторских работ по созданию ГТД значительную роль играют доводочные испытания отдельных агрегатов и полноразмерных двигателей, целью которых является доработка конструкции по повышению ее надежности и ресурса, до соответствия характеристик ГТД техническому заданию. В процессе доводки ведется непрерывный поиск лимитирующих узлов и элементов, обладающих минимальной надежностью [1, 2]. По газодинамическим параметрам тепловых машин невозможно определить местные перегревы отдельных узлов и механизмов, поскольку выходные характеристики представляют интегральную оценку состояния машины. Однако местные перегревы предопределяют лимитирующие элементы и, тем самым, снижают ресурс и надежность ГТД.

Ускорить срок доводки двигателей позволяют автоматизированные системы управления экспериментальными исследованиями и комплексными испытаниями образцов новой техники, которые измеряют тысячи и регистрируют сотни параметров для определения тем-

пературных полей, крутящего момента, деформаций, давлений и других физических параметров элементов, узлов и агрегатов ГТД. Среди большого многообразия датчиков значительное число характеризуется выходным сигналом низкого уровня, составляющим единицы или, в лучшем случае, десятки милливольт. Это термопары (ТП), сигналы на выходе мостовых схем с термометрами сопротивления или с тен-зодатчиками. Подобные датчики и схемы используются для измерения параметров как вращающихся, так и неподвижных узлов ГТД. Созданные к настоящему времени измерительные преобразователи, входящие в состав систем управления испытаниями, в большинстве случаев удовлетворяют требованиям конструкторов при измерениях на статорной части двигателей. Однако при измерении параметров вращающихся объектов (деталей роторов турбин, редукторов) возникает ряд трудностей, связанных с передачей информационных сигналов с ротора на статор.

Актуальность темы. Передача постоянных и медленноменяю-щихся сигналов низкого уровня с ротора вращающегося объекта на статор с целью их измерения является важной актуальной проблемой, не имеющей в настоящее время удовлетворительного решения. Необходимость ее решения часто возникает при термометрировании деталей ротора двигателя для определения местных перегревов предопределяющих лимитирующие элементы. Современные пирометры позволяют с достаточной точностью через специально созданные окна измерять температуру поверхности деталей ротора, которые находятся в зоне прямой видимости, что значительно ограничивает контролируемую область. Например, при измерении температуры межвальных подшипников турбины многовальных ГТД, подшипников сателлитов редуктора турбовинтовых двигателей термометрируемые детали скрыты от прямого обзора. Кроме того, исследуемые узлы и агрегаты

находятся в масляно- аэрозольной среде, что не позволяет сформировать устойчивый оптический канал связи.

Поэтому при термометрировании деталей ротора в качестве датчиков, как правило, используются термопары, а передача их сигналов с ротора на статор осуществляется с помощью контактных или бесконтактных токосъемников. Такой подход к построению устройств и систем измерения сигналов датчиков, расположенных на вращающихся объектах, предусмотрен программой NASA на 90-е годы [3]. Программой запланировано совершенствование пленочных термопар с целью снижения их габаритов и повышения надежности, уменьшения влияния ТП на термометрируемый объект, а также совершенствование токосъемников с целью повышения их ресурса и точности передачи сигналов с вращающегося объекта на неподвижный.

Высокие скорости вращения и низкий уровень передаваемых сигналов не позволяют эффективно использовать контактные токосъемники, имеющие ограниченный ресурс работы и высокий уровень собственных шумов. Применение бесконтактных токосъемников ограничено жесткими условиями эксплуатации: работа в масляно-аэрозольной среде при температуре до 200 - 250°С, воздействие вибраций, ускорений. При таких условиях эксплуатации на роторе невозможно разместить радиоэлектронные элементы, чтобы использовать устройства ближней телеметрии. Для передачи постоянных сигналов милливольтового уровня с ротора на статор при воздействии повышенной температуры окружающей среды могут использоваться бесконтактные токосъемники индукционного типа и магнитомодуляци-онные преобразователи. Магнитопроводы магнитомодуляционных преобразователей имеют очень сложную, нетехнологичную конструкцию, которая многократно усложняется в случае многоканального

устройства, что ограничивает их применение. В используемых в настоящее время бесконтактных индукционных токосъемниках допустимые осевые смещения ротора относительно статора не превышают 1 мм, при этом погрешность от осевых и радиальных смещений больше 1%, тогда как в ряде тепловых машин величина осевого смещения может быть в 3 - 4 раза больше, а требуемая точность в 4-5 раз выше. Кроме того, в известных устройствах не удается полностью устранить зависимость коэффициента передачи сигнала с ротора на статор от скорости вращения, а для борьбы с электромагнитными помехами необходимо периодически размагничивать ротор ГТД, что не представляется возможным при длительных испытаниях.

Поэтому создание бесконтактных индукционных токосъемников постоянных и медленноменяющихся сигналов низкого уровня с датчиков, расположенных на вращающихся объектах, для систем контроля и управления экспериментальными исследованиями и комплексными испытаниями образцов новой техники с высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками является актуальной научно-технической проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Обоснование подхода к решению задачи.

Среди устройств передачи сигналов с вращающихся объектов на неподвижные до настоящего времени наиболее широко применяются контактные токосъемники, через которые сигнал датчика передается с ротора на статор. Однако роторы современных ГТД характеризуются скоростью вращения до 20 ООО об/мин при линейной скорости до 50 м/с и выше, что приводит к выходу токосъемника из строя прежде, чем двигатель выйдет на режим. Поэтому новые разработки направлены на создание бесконтактных токосъемников, имеющих

большой ресурс и позволяющих передавать с заданной точностью сигналы датчиков милливольтового уровня с ротора на статор. Промышленность таких устройств серийно не выпускает, поэтому задача создания высокоточных бесконтактных токосъемников, способных функционировать в жестких условиях эксплуатации до настоящего времени остается актуальной.

На протяжении ряда лет в Самарском государственном аэрокосмическом университете им. академика С.П. Королева разрабатываются и исследуются методы и устройства измерения сигналов на вращающихся объектах. Сигналы датчиков, в частности термопар, передаются с ротора на статор с помощью предложенных бесконтактных индукционных токосъемников (БИТ). Информационный сигнал передается посредством магнитного поля, создаваемого катушками индуктивности специальной конструкции. Тестово-компенсационный метод измерения позволяет избавиться от ряда недостатков, присущих бесконтактным токосъемникам, таких как зависимость информационного сигнала от скорости вращения ротора, влияние на результат измерения сопротивления измерительной цепи, изменяющегося при изменении температуры окружающей среды. Высокий уровень магнитного поля, формирующего образцовый сигнал для реализации тестово- компенсационного метода, по сравнению с уровнем поля сигнала датчика, позволяет получить высокую помехозащищенность измерительных устройств.

Диссертационная работа выполнялась в рамках хоздоговорных и гобюджетных НИР в соответствии: с Комплексной программой АН СССР, Минэлектронпрома СССР и Минвуза РСФСР "Повышение эффективности применения вычислительной техники в научных исследованиях, производстве и учебном процессе" на 1986 - 1989 гг. (Основание - Приказ Минвуза РСФСР от 26.12.85 № 810); с целевой

подпрограммой "Автоматизированные системы научных исследований" республиканской НТП "Информатизация образования и науки РСФСР", (Основание - Приказ ГК по делам науки и высшей школы от 11.03.91 № 185; Приказ Министерства науки, высшей школы и технической политики от 14.02.92 № 181-Ф); с целевой подпрограммой "Автоматизированные системы научных исследований" межвузовской программы "Перспективные информационные технологии в высшей школе" на 1992-97 г.г. (Основание - Постановление № 10 Комитета по высшей школе Министерства науки от 23.03.92; Приказ № 438 Комитета по высшей школе Министерства высшей школы и технической политики от 8.07.92).

Цель работы и основные задачи исследования. Целью работы является разработка научно обоснованных технических решений по созданию бесконтактных индукционных токосъемников сигналов низкого уровня с вращающихся (движущихся) объектов, имеющих высокие метрологические характеристики.

Для достижения указанной цели был поставлен и решен комплекс задач:

- проведение анализа научно-технической проблемы создания устройств передачи и измерения сигналов низкого уровня, источники которых расположены на вращающемся (движущемся) объекте, удовлетворяющих комплексу требований: обеспечение требуемой точности; способность функционировать в жестких условиях масляно-аэрозольной среды при температуре до 200 - 250°С; сохранение работоспособности и требуемой точности при заданных осевых и радиальных смещениях ротора относительно статора;

- разработка обобщенной математической модели предложенных бесконтактных индукционных токосъемников различной конст-

рукции с целью определения магнитного поля и расчета потока магнитной индукции взаимодействующих катушек устройства, что обуславливает основные характеристики токосъемника: чувствительность и точность передачи информационного сигнала с ротора на статор;

- разработка математической модели узла токосъемника, формирующего образцовый сигнал и определяющего точность всего устройства в целом, для анализа влияния на его основные характеристики неинформативных факторов, получение частных оценок влияния осевых и радиальных смещений ротора относительно статора на точность передачи и измерения сигналов низкого уровня, исследование способов и устройств уменьшения этого влияния за счет оптимального конструирования токосъемника, что позволяет создавать токосъемники с высокими метрологическими характеристиками;

- разработка методики повышения помехозащищенности измерительных устройств с бесконтактными индукционными токосъемниками, разработка устройств подавления электромагнитных помех на основе анализа спектра информационного сигнала; анализ погрешностей на основе обобщенной модели устройства и математической модели узла токосъемника, формирующего образцовый сигнал; разработка методов обработки результатов измерения;

- разработка методики проектирования бесконтактного индукционного токосъемника с целью получения оптимальной конструкции с точки зрения достижения высокой точности передачи сигнала низкого уровня с ротора на статор;

- создание автоматизированных систем измерения сигналов низкого уровня датчиков, расположенных на вращающихся объектах, на оснбве предложенных и разработанных бесконтактных индукци-

онных токосъемников и внедрение их в практику управления экспериментальными исследованиями и комплексными испытаниями ГТД.

Методы исследования. В процессе работы над диссертацией теоретические и экспериментальные исследования были тесно взаимосвязаны. Параллельно с моделированием бесконтактных токосъемников проводилась их разработка, экспериментальная проверка и отрабатывалась методика проектирования. При решении поставленных задач использовались методы векторного анализа, теория электромагнитного поля, аппарат численного интегрирования и решения дифференциальных уравнений, аппарат спектрального анализа, методы статистической обработки данных.

Достоверность полученных результатов подтверждена расчетами, экспериментальными исследованиями как отдельных узлов, так и устройства в целом, испытаниями и эксплуатацией разработанных устройств и систем. Разработанные устройства прошли метрологическую аттестацию, подтвердившую расчетные характеристики.

Научная новизна работы заключается во всестороннем исследовании, перспективных бесконтактных индукционных токосъемников, позволяющих с высокой точностью передавать низкоуровневые сигналы датчиков с ротора на статор в условиях воздействия повышенных температур, осевых и радиальных смещений ротора вращающегося объекта, вибраций, ускорений, электромагнитных помех. Основными научными результатами, полученными в работе являются:

- обобщенная математическая модель предложенных бесконтактных индукционных токосъемников различной конструкции для анализа основных характеристик и принципов конструирования устройств;

- математическая модель узла формирования образцового сигнала, позволившая получить аналитические выражения магнитного поля; оценка влияния осевых и радиальных смещений ротора относительно статора на точность передачи и измерения сигналов низкого уровня, полученная на основе разработанной математической модели и экспериментальных исследований; разработанные методы снижения этого влияния за счет оптимального конструирования бесконтактных индукционных токосъемников;

- теоретический и экспериментальный анализ помехозащищенности исследуемых устройств; разработанный метод подавления низкочастотных помех; исследование основных погрешностей бесконтактных индукцион�