автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Разработка и исследование измерительного комплекса для определения параметров вращения валов энергомашин

ЩЫХ 3 2

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Кучеров Виктор Александрович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВРАЩЕНИЯ ВАЛОВ ШЕРГСМАШИН

Специальность: 05.11.16 - Информационно-измерительные

системы

АВТО Р 'Е 3? Е Р А.Т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1992

Работа выполнена в Санкт-Петербургском, Государственном электротехническом университете

Научный руководитель -Заслуженный деятель науки и техники Р®СР доктор технически наук профессор Чернявский Е.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук профессор Кондрашкова Г.А., кандидат технических наук доцент Ерастов В.Д.

Ведущая организация - СанктЧ1етербургский институт информатики и автоматизации РАН

Защита состоится "_" " 1992 г. в час.

на заседании специализированного совета К 063.36.04 Санкт-Петербургского ГосударственногоЭлектротехнического университета по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул.Проф.Попова,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "_"_1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Юрков Ю.В.

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные быстроходные судовые урбины трэбуат измерения значительного количества парамет-ов вращения (скорость и направление вращения, разность ско-эстей для двух валов, разность фаз углов поворота двух ва-ов) с высокими быстродействием и точностью в широкой диапа-оне измеряемых величин, в связи с чеы существует необходи-ость в создании измерительных комплексов для определения араметров вращения валов (тахометрических комплексов) в си-гемах управления, контроля и диагностики судовых механизмов, эдобная аппаратура должна иметь высокие метрологические ха-актеристики, надежность, помехоустойчивость, унифицировалось, ремонтопригодность, малые габариты, массу, энергопо-ребление, кроме того, решать задачи по обработке результа-ов измерений, их выводу и другие.

Предъявление все более жестких требований к характерис-акам таких комплексов обуславливает применение все более ¡южных алгоритмов как измерительных процедур,так и общего акционирования измерительного комплекса. При этом решение роблеыы за счет наращивания аппаратных мощностей влечет за эбой снижение надежности комплекса, увеличение массы, габа-1тов, энергопотребления.

Переход от цифровых измерительных средств к процессорам измерительным средствам (ПрИС) позволяет успешно решать эдобные задачи. Наличие в структуре ПрИС вычислительной мо-юсти обеспечивает на только автоматизацию управления функ-гонированием, но и реализацию части измерительной процедура I программной основе, что существенно меняет как функционале и предельные возможности измерительных средств, так и )тоды их анализа и синтеза, основанные на формализованном шсании алгоритмов измерений (идеология которого предложена эофессором Цветковым Э.И.). При этом можно выделить два ас-(кта проблемы - системотехнический и метрологический. Размотка метрологичёских аспектов создания и функционирования )ЙС идет медленнее, чем системотехнических. Поэтому основ-

ной задачей в этом плане является разработка формализованного описания измерительных процедур и метрологический анализ на база алгоритмического описания погрешностей, так как ПрИС представляет собой двуединое целое, состоящее из аппаратной и программной частей.

Еще одна важная проблема - поиск, исследование и, если необходимо, разработка первичного преобразователяСШ) , позволяющего надежно измерять скорость и направление вращения вала в широком диапазоне, в том числе и скорости близкие к нулю, и работающего в тяжелых условиях эксплуатации судовых механизмов. Традиционно применяемые для этих целей простые 1 надежные индукционные ПП не позволяют измерять малые скорости вращения (порядка десятка об/мин), так как амплитуда и крутизна полезного сигнала этих ПП зависит от скорости вращения. 4

Из вышесказанного следует, что вопросы разработки и исследования измерительных комплексов для определения параметров вращения валов энергомашин (систематизированное описан» алгоритмов измерений параметров вращения и метрологический анализ на основе формализованного описания измерительной процедуры и алгоритмического описания погрешностей; поиск, исследование, разработка ПП, позволяющего измерять скорость и направление вращения в широком диапазоне, в том числе и скорости близкие к нулю; а также практическая разработка ал паратной и программной частей измерительного комплекса) являются актуальными, имеющими большое теоретическое и практи ческое значение.

Цель к задачи диссертационной работы.

Целью настоящей работы является разработка и исследова нив измерительного комплекса для определения параметров вра щения валов энергомадшн.

Для достижения поставленной цели в работе решаются еле дующие задачи.

1. Анализ цифровых способов измерений и первичных прео бразователей параметров вращения валов.

2. Разработка методики проектирования ыикропроцессорно го измерительного комплекса для определения параметров вра-

[вния валов энергомалшн.

3. На основании разработанной методики - практическое ешение задач для одиночного вала (измеряемые параметры:ско-гасть и направление) и двух турбин (измеряемые параметры: корость каждой турб1шы, разность скоростей, разность фаз тлов поворота).

4. Разработка и исследование первичного преобразова-

■еля.

5. Метрологический анализ измерительного комплекса.

Методы разработки и исследований базируются на принцп-:е модульного проектирования, формализ овашом описании изме-ительннх процедур, алгоритмическом описании погрешностей, имитационном моделировании, а также на традиционных экспе-шентальных и расчетных Сна аналитической основе) методах.

Новые научные результаты.

1. Предложена классификация цифровых способов измерения корости вращения по различным признакам на основе система-изированного формализованного описания алгоритмов измерений; писаны пути реализации способов; рассмотрены различные вида далтаций алгоритмов измерений, при этом получены аналитиче-кие выражения, описывающие конкретный вид адаптации, улучающей характеристики способа.

2. Предложена классификация ПП на эффекте Виганда по рем вариантам; предложена методика расчета одного из вари-нтов ПП на этом эффекте.

3. Произведен метрологический анализ измерительного ко-пле'кса для определения параметров вращали валов на основе ормализованного описания измерительной процедуры и алгорит-ического описания погрешностей ПрИС{ получены аналитические ырадения.

Практическая ценность.

1. Предложенная классификация цифровых способов измере-ия скорости вращения, сравнительный анализ способов по точ-ости, быстродействию и диапазону измерений позволяет разра-отчику тахометрической аппаратуры выбирать адекватно предь-вленным требованиям способы измерений и пути их реализации.

2. На основании произведенного анализа ПП предложено

использование ПП на эффекте Виганда, что позволяет расширить диапазон измеряемых скоростей вращения в сторону их уменьшения почти до нуля.

3. Предложены функциональные схемы измерительных преобразователей на эффекте Виганда, позволяющие измерять скорость и направление вращения, причем две из них защищены авторскими свидетельствами.

4. Предложена методика разработки микропроцессорного измерительного комплекса для определения параметров вращения валов энергомашин.

5. По предложенной методике произведена разработка измерительных комплексов для одиночного вала и для двух турбин; полученные при этом структурные и функциональные схемы, алгоритмы, программные модули, принципы построения, аналитические выражения позволяют разработчику проектировать подобную тахиметрическую аппаратуру с минимальными затратами времени.

Реализация результатов.

Результаты диссертационной работы использовались в ходе выполнения НИР ИИТ-128 на кафедре ИИТ СПбГЭТУ по хоздоговорной тематике. Основные рззультаты работы были внедрены на АЕ ЛПО "Вибратор", г. Санкт-Петэрбург, что подтвервдается прилагаемым актом.

Апробаг": работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуэдались на 46-й и 47-й научно-технических конференциях "Актуальные проблемы развития радиотехники, электроники и связи" г. Ленинград, 1991 и 1992 гг.; семинаре "Микропроцессоры в системах контроля и управления", г. Пенза, 1991 г.; научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава. ЛЭТИ, 1990-1992 гг.; научно-технических семинарах кафедры ПИТ ЛЭТИ, 1Э90-1992 гг.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, включая два авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, вклю-

кшцэго 66 наименований, и двух приложений. Основная часть работы изложена на 194 страницах машинописного текста. Работа содержит 33 рисунка и 12 таблиц.

Во введении обоснована актуальность теш, сформулировала цель работы и задачи, дана общая характеристика работы,

■ В первой главе произведен анализ цифровых способов измерений параметров вращения валов и применяемых для этих цепей первичных преобразователей.

К основный параметрам вращения валов относятся скорость вращения (угловая скорость, частота вращения), угол поворота, направление вращения, а для двух валов - еще и разность $аз углов поворота и разность скоростей вращения.

Пользуясь идеологией формализованного описания алгоритмов ПрИС, можно записать уравнение для истинного значения измеряемой угловой скорости (гипотетический алгоритм):

где =СО(Ц) - истинное значение угловой скорости в момент времени ¡^ ; Ао^ и - соответствующие приращения угла поворота и времени; [ ]о - операция идеального аналого-цифрового или цифрового преобразования с погрешностью квантования равной нуля.

Реализация гипотетического алгоритма затруднительна, поэтому принимается следующий алгоритм:

где и>ц - результат, который был бы получен при идеальной реализации принятого алгоритма; аС^ - угол поворота; Ту = -- интервал времени, за который был совершен поворот на угол ; [ ]ЛкаС, [ , [ - операции идеальных

аналого-цифровых или цифровых преобразований соответственно с погрешностями квантования АкоС , Л к 1 , ДкбО; причем 1сф&ьС= 1^1о + ЛксС и т.д.

Для целей цифровой тахометрии применяются ПП скорости вращения (а точнее - угла поворота) и преобразователь интер-

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

( I )

- б - •

вала времени накапливающего (инкреыентного) типа. В этом случае принятый алгоритм:

=

¡Ак°С.

т=( ■>

Д^ -

( 2 )

Дки>

где А*сС , Лкt - интервалы квантования угла поворота и вре-' мени соответственно; П =1,1*1} и - целые числа. При

этом Дко(=1/2м где 1н - число импульсов ПП на один

оборот вала; /л- - значение частоты следования импульсов ПП; Дк1 =1Л/л7 , где/м- значение образцовой частоты.

По уравнению алгоритма ( 2 ) можно провести влассифика цию цифровых способов измерений угловой скорости по различным признакам. • .

Первый признак классификации - это принцип измерения угловой скорости: частотомер; периодомер; комбинированный, сочетающий в себе два предыдущих.

Второй признак классификации - наличие адаптаций величин N , М, ДксС , , улучшающих характеристики принципов. Адаптация может проводиться в основном по двум направлениям с целью уменьшения погрешности и с целью уменьшения времени измерения, а такде по некоторым вспомогательнымисправлениям например, с целью устранения избыточности, недопущения пере полнения накапливающих счетчиков и другим. Адаптация кожет проводиться в зависимости от измеряемой величины - угловой скорости, от изменения угловой скорости - ускорения (для уменьшения погрешности аппроксимации) и от других факторов. В работе приведены аналитические выражения, описывающие различные виды адаптации в зависимости от угловой скорости. ■

Третий признак - реализация алгоритма: аппаратная или аппаратно-программная.

На уровне чистого принципа при отсутствии адаптации припятые алгоритмы соответственно для частотомера, периодо-мера и комбинированного принципа выглядят следующим образом

« [ [Кт]л,Кт/ [М}]ДкМ]

Дни)

~ [[МлкК ' [^]лкн]/4кКм/ [М]]дкн ]&кц) > (3) 7да шЩ | СОи] > - результаты, получаемые при идеальной реализации принятого алгоритма соответственно для частотомера, периодомера и комбинированного принципа;

= Кт = ДкбШЛ ; К = Дк«£/Дк£ - коаффици-

знты пропорциональности, выраженные в Гц, соответственно для 1ринципов в перечисленной ранее последовательности; \кК^»ДкКт » Акк " погрешности квантования коэффициента из-за ограниченности разрядной.сетки процессора для соответствующих принципов;

[И^дки = [«¿¿ЬкоС /АкоС - результат аналогоцифрового преобразования угла поворота сб^, выраженный в неименованных еди-пзцах (квантах), с погрешностью квантования ДкИ (для комби-шрованного принципа АкN = 0);

ЗДдкМ = [Т^] дк! /АкЬ - результат аналогоцифрового прео-5разования интервала времени Т^ , выраженный в неименованных; здиницах, с погрешностью квантования ДкМ; АкКИзАкШ - погрешности результатов умножения и измерения 13-за ограниченности разрядной сетю1 процессора. Наличие значка ^ означает, что данная величина для }-го измеритель-юго цикла является неизвестной. Для частотомера неизвестны« з ^-м измерительном цикле будет число Ы] , а число М - фйк-шровано. Для периодомера число N фиксировано, а число М^ заранее неизвестно. Для комбинированного принципа: = М* +

, ^ = N | + , причем значок / относится к той части, \цэ принцип работает как частотомер, а Т - где как периодо-1ер; при этом фиксированы числа М* и /Ут , а числа и заранее неизвестны.

На уровне чистого принципа наиболее универсальным являйся комбинированный, обеспечивающий измерение угловой ско-хзсти с заданными точностью и быстродействием для более ши-юкого диапазона измеряемой величины, чем принципы частото-¡ера и периодомера в отдельности. Однако, более сложным яв-шется и алгоритм, в частности необходимо выполнять опера-рш деления с двумя неизвестными числами. Наиболее пргаылв-!ая реализация алгоритма - аппаратно-программная, при кото-юй часть измерительной процедуры выполняется программно.

Аппаратная же реализация данного принципа сопряжена со значительными аппаратными затратами.

В первой главе также произведен анализ первичных преобразователей, на основании которого с целью расширения диапазона измеряемых скоростей вращения в сторону их уменьшена почти до нуля предложено использование ПП на эффекте Виганда, так как параметры выходного импульса такого ПП практичв' ски не зависят от скорости вращения вала. Основой такого ПП являетоя магнитобистабильная проволока Виганда (диаметр ока ло 0,3 мм, длина 10*30 мм), состоящая из магнитотверцой обо лочки и магнитомягкой сердцевины. Если на эту проволоку намотать приемную катушку и поместить ее в переменное магнитное поле, то при достижении магнитным полем определенного значения напряженности сердцевина'проволоки скачкообразно перемагничивается (одним скачком Баркгаузена), а в приемной катушке будут наводиться импульсы "игольчатой" форш на каждый такой скачок, (типичное значение для амплитуды импульса - несколько Вольт, для длительности - 20 ыкс). ^апазон изменения магнитного поля гармонического характера для тако проволоки находится в пределах от нуля до 25 кГц (верхний • предел ограничен длительностью импульса Виганда); диапазон температур: ± 200 град С; высокие помехозащищенность и ви-' броустойчивость; не требуется источник питания.

Предлогзна классификация ПП па аффекте Виганда по трем вариантам:

1) проволока Виганда (или совокупность проволок) перо-мэщается относительно двух постоянных магнитов с разобщенно мезду ними приемной катушкой;

2) магниты движутся относительно модуля Еигандц (прием нал патушка с проволокой или совокупность» проволок внутри)

3) магниты и модуль неподвижны, а их взаимодействие регулируется перемещением магнитного экрана или ыагнитопро-вода.

Во всех трех вариантах возмоша реализация двух реаиао перемагннчивания проволоки Виганда: симкотричного, когда пе реыагничивается и сердцевина и оболочка проволоки, и асимые тртчного, когда перемагничивается только сердцевина. При

этом для асимметричного режима амплитуда выходного импульса ■ в 3*4 раза больше чем при симметричном.

Преимущество первого варианта над двумя другими в том, что при симметричном режиме полярность выходного ишульса зависит от направления вращения, однако сигнал слабее, так как проволока находится снаружи приемной катушки и при удалении от нее более чем на 2 ш амплитуда импульса становится пренебрежимо малой, в результате чего снижастся помехоустойчивость, повышаются требования к точности установления зазора между подвижной и неподвижной частями. Еще одно преимущество - возможность выделения при тех го размерах ротора кванта угла поворота значительно меньшей величины, так как проволока Виганда имеет малый диаметр. Остальные два варианта менее требовательны к точности установления .зазора, но обладают меньшей разрешающей способностью при выделении кванта угла поворота; а таксе требуют компенсации помех, наводимых в приемной катушке переменным магнитным полем. Что касается возможности выявлеййя направления вращэния, то диссо-ртантом в соавторстве была предпринята попытка расширить фу- • национальные возможности последних двух вариантов. При этом получены два авторских свидетельства на изобретения.

Вторая глава посвящена разработке измерительного коми-, лекса для определения параметров вращения валов на баз? микропроцессора (МП) .

■ Предложена методика разработки микропроцессорного измерительного комплекса для определения параметров вращения ва-. лов на основе модульного принципа проектирования. Основные пункты методики следующие: полная постановка задачи; шб§р способа измерения; внбор ПП; определение перечня функций комплекса, направленных ка выполнение поставленных ;задач; предварптелыпзА расчет основных величин; шбор Ш; распродс-ЛС1Ш9 функций не~цу аппаратной л программной частями| разработка структурной схемы комплекса; разработка функциональной схомп' комплекса; разработка блон-схагаа алгоритма функционирования кошленса; разделение блоков на подули а подмодули» запись их на языке ассемблера; анализ сйьзга. ПЗУ под прогрей^-; анализ быстродействия програшной часта ятазрательного ццз-

ла; составление карты распределения ОЗУ Ш; стыковка модулей и блоков; трансляция, отладка"; разработка принципиальной охеш комплекса; окончательный расчет характеристик комплекса; макетирование; поверка. Основные контрольные пункты: анализ объма ПЗУ; анализ быстродействия программной части;. окончательный расчет, характеристик; поверка; после выполнения которых возможен возврат на предыдущие пункты.

По предложенной методике решены задачи для одиночного вала и двух турбин с использованием Ш типа KMI8I6BE48; рас-, крыто содержание пунктов методики. Основные характеристики измерительного комплекса: основная приведенная погрешность -не хуже 0,1 быстродействие - не хуже 20 мс (при частоте следования импульсов ПП не менее 100 Гц); диапазоны скоростей вращения для различных типов валов - от 0 ♦ 100 до Ó t 40000 об/ыий; выходная информация. - в виде двоичного кода, двоично-десятичного кода для индикации, в виде двухпозицион-ного кода о достижении измеряемыми величинами заданных значений.

Наличие внутреннего таймера/счетчика и входа внешних. прерываний у отмеченного МП позволяет организовать параллельный подсчет иыцульсов образцовой частоты и ПП для реализации комбинированного способа измерения скорости вращения с последующим выполнением операций умножения и деления, причем значительная часть измерительной процедуры реализуется на. программной основе. Основное правило при распределении изме?-рительной процедуры между аппаратной и программной .частями -максимальное ее осуществление на программной основе при соблюдении требований по точности, быстродействию, диапазону намеряемой величины.

Измерительный комплекс для двух турбин содержит два практически одинаковых измерительных канала, осуществляющих измерение скорости вращения кавдой турбины и взаимодействующих между собой для определения разности скоростей вращения и разности фаз углов поворота.

На МП возложена также задача по осуществлению общего управления функционированием комплекса. Применение МП решило проблему быстрой переналадки комплекса под конкретный вал.

Рассмотрено использование МП типа КМ1816Е"'.~1 при реше- . нии задачи двух турбин (имеются два 16-битных таймера/ счетчика и возможность принимать и обрабатывать прерывания от двух внешних источников).

Полученные структурные и функциональные схемы, алгоритмы, программные модули, принципы построения, аналитические выражения имеют большое практическое значение.

В третьей главе произведен метрологический анализ измерительного комплекса на базе формализованного описания измерительной процедуры и алгоритмического описания погрешностей. Также приведена методика и произведен расчет ПП на эффекте Виганда для первого варианта с симметричным режимом работы.

На основании определений фундаментальных составляющих погрешности результата измерения - методической и инструментальной, которые образуют полную группу составляющих, мокно выразить каждую из них совокупностью составляющих, обусловленных соответствующим измерительным преобразованием.

Полная погрешность: ' 'ДииЦ = Дм и)/ + ДиО)| > где Дм60* - методическая погрешность; - инструмен-

тальная погрешность.

Методическая погрешность обусловлена отличием принятого алгоритма (3) от гипотетического (I): - и>] = Дки)|

причем дЪи>] = - ДкМ-СШо^/Ыо /Щ)0 • (+ ДкМ )); н = ( Дпк 4- Д^ )/[М,]ДкМ + д»2 + ;

где ДкбОр - погрешность, обусловленная отличием оператора аналого-цифрового' преобразования от гипотетического; ЛкИ » = ¿нТ- М; ( £<Т- относительная погрешность измерения временного интервала Т] ); Лги^ - погрешность, обусловленная отличием принятого оператора числовых преобразований от гипотетического; Дг" - 4 - трансформированная при уинояении погретаость ДкК ; Ап, - погрешность квантования результата умножения из-за ограниченности разрядной сетки процессора; Дпг = ДкО) - погрешность квантования результата деления из-за ограниченности разрядной сетки процессору Л^ ~ 0,5*• ТсчЗ ( Уозт - максимальное ускорзние

вращения; ТсчЗ - допустимое время счета импульсов) - погрешность из-за отличия принятого оператора числовьрс преобразований от гипотетического на уровне математической формулы (или погрешность аппроксимации из-за нелинейности в общем случае зависимости угла поворота от времени «С(£) ). Если учесть, что слагаемое (Дпк + Дт )/ [М]]д„м второго порядка малости, то в выражении для Д г ^ им можно пренебречь.

Инструментальная погрешность обусловлена отличием принятого алгоритма от реального:

Ч--

[Мл.к ДкКН

Ьм

Шн

Ьг

где и$ - результат измерения; ДкМ , ДкМ - эквивалентные неидеальному 'квантованию интервалы соответственно для ^ и ьу; Ьи , Ьм I Н< - И-функции, заменяющие -функции соот-

ветствешо для операций аналого-цифровых преобразований Г^' , Ы^ и операций умножения и деления.

Выражение для инструментальной погрешности: = и>1 - = Дк<д»/ +ллЧш1 ;

пРичеы И . ■ ДкимГ1КЗдкк[1ЧДо]]й,да .). [КЫк-АкМ .

1М^н(^]дкМ+ДИкМ) [М^м+ДЙМ '

Дг Ш* = ДтО)/ + ДпгО)| ;

где Д ^ ю^ - погрешность, обусловленная неидеальностью принятого оператора аналого-цифрового преобразования, причем

ДгЩ погрешность, обусловленная неидеальностью реализации принятого оператора числовых преобразований; Д^и)^ и А пгЩ - погрешности, обусловленные временнш сдвигом при выполнении соответственно операций умножения и деления (при соотнесении результата измерений к моменту конца счета импульсов Л/) и М^ эти погрешности равны нулю).

Правила суммирования составляющих погрешностей зависят от их коррелированности между собой. При этом для конкретного измерительного средства необходимо исследовать кадцую составляющую методической и инструментальной погрешностей,

выделить доминирующие и после отбрасывания или учета недоми--нирующих определять правила суммирования для выделенных погрешностей.

С помоц ТЛ иммитационного моделирования исследована.погрешность ¿кТ , специфика которой обусловлена программной реализацией части измерительной процедуры комбинированного принципа измерения скорости вращения вала. Получены ее законы распределения для различных случаев. На аналитической основе исследована погрешность аппроксимации.

Для составляющих инструментальной погрешности наиболее "интересной" является погрешность Д&М , которую можно оце- • .нить по следующей формуле: . . дЦм = ДХп /(ЗГс/р) + Д^ком /ТсчЭ i где ДХп - нестабильность координаты точкя срабатывания проволоки Виганда; dp - диаметр ротора ПП; Л Тком - временной интервал нестабильности для компаратора вторичного преобразователя. Причем для первого варианта ПП на эффекте Виганда:

ДХп я ДНп/НзСХп),

где ДНп - нестабильность порога срабатывания проволоки Виганда; Нг(Хп) - крутизна суммарного поля Нг(Х)(суммарной напряженности) в точке срабатывания проволоки Хп.

Основой методики расчета первого варианта ПП на сффекте Виганда является расчет магнитной системы из двух постоянных магнитов с противоположным направлением намагниченности. По характеристикам магнитного материала и геометрии магнита (например, прямоугольного сечения) определяется коэффициент размагничивания, по которому находится рабочая точка магната. Далее аналитически определяется и строится картина напряженности поля, создаваемого кагдш магнитом, и далее - :га~ ртина суммарюго поля, создаваемого двумя магнита™. При ил-хождении сужарного поля по прздципу суперпозиции необходимо следить за тем, чтобы магниты не оказывали значительного влияния друг на друга (например, для магнитов из редкоземельных элементов намагниченность при небольших внешних полях практически не зависит от напряженности этих внешних полой)„

3 четвертой главе приедена методика и рззультаты экс-

першентальных исследований отечественных элементов, обладающих эффектом Виганда, в плане их использования при проектировании ПП скорости и направления вращения на этом эффекте.

В нашей страна выпускаются мелкими'сериями элементы, в которых при определенных условиях может быть получен эффект Виганда. Однако, в чистом виде они не пригодны в качестве ПП скорости и направления вращения. В связи с этим были проведены экспериментальные исследования такого элемента типа ДСЧПГ-1, представляющего из себя герметизированный модуль из. проволоки с подобным эффектом и индикаторной обмотки. Шли выявлены условия возникновения эффекта, исследованы зависимости амплитуды и длительности ишульса на .концах индикаторной обмотки от частоты намагничивающего поля, температуры, значения нагрузки, исследована стабильность порога срабатывания проволоки.

Устойчиво эффект начинал проявляться при амплитуде напряженности намагничивающего поля Ш = 4 кАД'. а максимальное значение ашлитуды выходного импульса достигалось при Нм я 6,4 * 8 кА/м. Амплитуда выходного импульса колебалась случайны:.? образом от 2,4 до 7 В и практически не зависила от частоты намагничивающего поля (исследовался диапазон от 0 до 3000 Гц при Нм = 8 кА/м) и температуры (-55 «■ +200 град С) . Длительность импульса - около 20 мкс. Порог срабатывания: Нп * Д Нп = 4 * 0,2 кА/м. Серьезное влияние на параметры выходного импульса оказывало значение нагрузки, но начиная примерно с 5 кОм и выше это влияние не значительно.

В заключении дается перечень основных результатов, подученных при выполнении данной работы.

В приложениях приведены листинги программ для Щ типа КМ1816ВЕ48, использованного в разработанных измерительных комплексах для одиночного вала и двух турбин; а также -документы о внедрении результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. Предложена классификация цифровых способов измерений скорости вращения по различным признакам; формализованно описаны измерительные процедуры способов; отмечены достоин-

ства и недостатки способов, дан их сравнительна, анализ по точности, быстродействию и диапазону Измерений; описаны пути реализации способов; рассмотрены виды адаптации алгоритмов измерений, улучшающих характеристики способов; получены аналитические выражения, реализация которых обеспечивает эти виды адаптации;все это позволяет разработчику тахометричвс-кой аппаратуры выбирать адекватно предъявленным требованиям способы измерений и пути их.реализации»

2. На основании проведенного анализа первичных преобразователей предложено использование ПП'.на эффекте Виганда, позволяющего измерять скорости вращения в широком'диапазоне, в том.числе близкие к нулю. Предложена классификация ПП на . втои эффекте по трем вариантам, дан их сравнительный анализ. Приведена методика и произведен расчет одного из вариантов ПП, даны практические рекомендации по проектированию отдельных его элементов. Приведена методика и результаты экспериментальных .исследований отечественных элементов с подобный эффектом; сделан вывод о целесообразности, использования та-• ких элементов при проектировании ПП. скорости и направления вращения,'оценены их возможности и влияние на петрологические характеристики измерительного комплекса. На основании проведенных теоретических и экспериментальных,исследований для двух вариантов ПП на эффекте Виганда предложены пути-расширения их функциональных возможностей, предложены соответствующие функциональные схемы измерительных преобразователей скорости и направления вращения на этом эффекте; при этом получены два авторских свидетельства на изобретения.

3. Предложена методика разработки микропроцессорного, измерительного комплекса для определения параметров вращения валов. По предложенной методике на основе модульного принципа проектирования решены задачи для' одиночного вала и двух турбин. Полученные при этом структурой и функциональные схемы, алгор:тмы, программные модули, принципы построения, аналитические выражения позволят проектировщику разрабатывать подобную тахсметргаескую аппаратуру с минимальными затратами времени.

4. Произведен метрологический анализ измерительного

комплекса на основе формализованного описания измерительной процедуры и алгоритмического описания погрешностей ПрИС, а также с привлечением иммитационного моделирования; получен-' ные при этом аналитические выражения использовались при разработке измерительного комплекса на базе Ш.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. A.C. 1753424 СССР, МКИ5 G 01 Р 13/00, 6 Ol Р 3/48-. Устройство для определения параметров вращения/Е.Г. Вшард, В,А.Кучеров (СССР). - P-48896I8/I0; Заявл. 10.12.90; Опубл. • 07.08.92, Бил. №29.

2. A.C. 1753425 СССР, ЫКИ5 & 01 Р 13/00, 6- 01 Р 3/48. Устройство для определения параметров вращения/Е. Г. Бишард, В,А.Кучеров (СССР). - IP48896I9/I0; Заявл. 10.12.90.; Опубл. 07.08.92, ßwu Р29.

3. Кучеров В.А. Исследование отечественных элементов, обладающих эффектом Виганда, для построения датчиков скорости/ Ленингр.электротехн. ин-т им.В.И.Ульянова (Ленина). - Л., 1991.-Деп. в ЦНИИТЭИприборостроения 10.06.91, ДР 5016-пр91.

4. Нучеров В.А. Исследование погрешности микропроцессорного комплекса для диагностики параметров вращения вала// Актуальные пргаблемы развития радиотехники, электроники и связи: Материалы 47-й научно-технической конференции. -Санкт-Петербург, 1992. - С.50-51.

5. Кучеров В.А. Микропроце с с орный комплекс для диагностики параметров вращения валов энергоыашш//Актуальные проблемы развития радиотехники, электроники, связи: Материалы 46-й научно-технической конференции. - Л., 1991. - C.50-5I.

6. 'Цучеров В.А. Применение микроконтроллера Ж 1816 в устройствах диагностики параметров вращения вала//Микропро-цессоры в системах контроля и управления: Тез. докл. семинара. - Пенза, 1991. - С.30-31.

7. Принципы построения микропроцессорного тахомат-рического комплекса, йпларщ Е.Г., Кучеров В.А., Чернявский Е.А.//Изв. ЛЭТИ: Сб. научн. тр./Ленингр. электротехн. ин-т -I., 1992. - Вып. 289 - ,С.6-9.

8. Тахометрический микропроцессорный комплекс/Кучеров В.А.//Радиоадектроника и связь. - 1992. - PI.