3. Основные погрешности магнитоиндукционных тахометров

Магнитоиндукционным тахометрам присущи следующие по­грешности.

1. Погрешность, вызванная влиянием температуры окружаю­щей среды на параметры чувствительного элемента и противодей­ствующей пружины. Для оценки этой погрешности обратимся к уравнению шкалы (8.15).

Наиболее существенное влияние температура оказывает на параметры В, q и Е; изменения геометрических размеров можно не учитывать ввиду малости этих изменений и, кроме того, они почти полностью взаимно компенсируются, так как геометриче­ские параметры входят в числитель и знаменатель уравнения (8.15). Перепишем уравнение (8.15):

.

Примем А = const. Общий температурный коэффициент прибора согласно формуле (4.9) будет

.

Температурная погрешность может быть исключена, если так подобрать материалы деталей, чтобы было выполнено условие температурной компенсации:

.

Точно выполнить это условие практически не удается, но ока­зывается возможным свести общий температурный коэффициент прибора к достаточно малой величине.

Например, возьмем элементы со следующими характеристи­ками:

а) магнит из сплава типа магнко

(Fe — 63,2%, Ni — 20,6%, Al — 12%, Со — 4%, Mn — 0,2%) с температурным коэффициентом = —0,6- 10~⁴;

б) токопроводящий элемент из марганцовистой меди

(Си — 96,1%, Мп — 3,9%) с температурным коэффициентом = 2*10^-10

в) пружину из фосфористой бронзы с температурным коэф­фициентом = —4- 10-⁴;

общий температурный коэффициент прибора

= 2 (—0,6-10-⁴)—2-10-⁴—(—4-10-⁴) =0,8-10^-10

Дальнейшее уменьшение температурной погрешности возмож­но с помощью термомагнитного шунта, допускающего индиви­дуальную регулировку с целью изменения коэффициента в отдельных образцах приборов.

2. Погрешность от влияния вредных сил (сил трения, сил небаланса подвижной системы).

Приведенное относительное значение этой погрешности

,

где - суммарный момент вредных сил,

М_mах – наибольшее значение движущего момента, отвечающее .

Для уменьшения необходимо по возможности уменьшить моменты и увеличивать максимальный движущий момент М_mах.

§ 8.4. Тахогенераторы и электрические дистанционные тахометры

Тахогенераторы постоянного и переменного тока применяются в качестве информационных датчиков в регуляторах угловой скорости и в качестве датчиков скоростной обратной связи в ав­топилотах и следящих системах; кроме того тахогенератор вме­сте с электроизмерительным прибором (гальванометром) обра­зует комплект электрического дистанционного тахометра.

Электрические дистанционные тахометры рассматриваются в настоящей книге кратко, так как на летательных аппаратах оси не нашли широкого применения.

1. Тахогенераторы постоянного тока

Известны тахогенераторы постоянного тока двух видов: с ограниченным и неограниченным углом поворота ротора.

Первый имеет неподвижную статорную обмотку, внутри ко­торой помещен двух-, трех- или четырехполюсный постоянный

магнит, связанный с валом, скорость вращения которого кон­тролируется. Величина э. д. с, наводимая в статорной обмотке, равна

,

где С — постоянный коэффициент, зависящий от геометриче­ских размеров и обмоточных данных тахогенератора;

В — магнитная индукция в рабочем пространстве, завися­щая от угла ф поворота ротора.

Приближенно зависимость В от можно представить в виде

,

где В_т — максимальное значение маг­нитной индукции (при = 0).

Поскольку при повороте ротора от нулевого положения магнитная индук­ция может уменьшаться до нуля, по­добные тахогенераторы применимы для контроля угловой скорости систем с ограниченным углом вращения вала, они могут быть использованы, напри­мер, в системе автопилота в качестве датчиков скоростной обратной связи, контролирующих угловую скорость вращения рулей.

Достоинством тахогенератора по­стоянного тока с ограниченным углом поворота является отсутствие коллек­тора и других трущихся контактов, что обуславливает высокую надежность и плавное изменение снимаемого напряжения.

Второй вариант тахогенератора постоянного тока представля­ет собой коллекторную электрическую машину с неограниченным углом вращения (рис. 8.12).

Электродвижущая сила, развиваемая тахогенератором, так же как и в первом варианте, пропорциональна угловой скорости:

.

Магнитная индукция В при повороте ротора в пределах од­ной коллекторной ламели несколько изменяется (закон измене­ния В в пределах ламели можно изобразить «верхушкой» сину­соиды) , поэтому при непрерывном вращении ротора снимаемая э. д. с. пульсирует в некоторых пределах. Она содержит перемен­ную составляющую, амплитуда которой уменьшается с увеличе­нием числа ламелей на коллекторе.

Основным недостатком тахогенератора постоянного тока с неограниченным углом вращения является наличие коллектора и щеток. При длительной работе трущиеся контакты изнашиваются, и продукты износа попадают в изоляционный промежуток между ламелями. При этом возможны отказы двух видов:

а) вызванные нарушением контакта;

б) вызванные закорачиванием ламелей.

В перспективе представляется возможным усовершенствова­ние тахогенераторов постоянного тока на основе бесколлекторных электрических машин постоянного тока.

Основные погрешности тахогенераторов постоянного тока:

а) погрешность, вызываемая влиянием температуры окружа­ющей среды на магнитную индукцию в рабочем зазоре. Умень­шение этой погрешности достигается термостабилизацией посто­янного магнита и применением термомагнитного шунта;

б) погрешность, вызываемая влиянием нагрузки.

Влияние нагрузки можно оценить с помощью выражения, дающего зависимость снимаемого напряжения и от сопротивле­ния нагрузки R_H:

,

где R_В – внутреннее сопротивление тахогенератора,

.

Если =const, то влияние нагрузки может быть учтено при градуировке тахогенератора.

Если = var, что может иметь место при переменной нагрузке или при изменении R_B вследствие изменения температуры, то по­явится погрешность. Уменьшение этой погрешности достигается уменьшением коэффициента , т. е. выбором

,

в) погрешность, вызванная влиянием сопротивления утечки. Эта погрешность присуща главным образом коллекторным ма­шинкам, и ее устранение возможно путем перехода на бесколлек­торные машины.

Электрический дистанционный тахометр постоянного тока мо­жет быть построен путем соединения тахогенератора постоянного тока с магнитоэлектрическим гальванометром (рис. 8.13, а), из­меряющим силу тока

,

где R_Д – добавочное сопротивление,

r – сопротивление гальванометра.

Погрешности тахометра, построенного по схеме, приведенной на рис. 8.13, а, складываются из перечисленных выше погрешно­стей тахогенератора постоянного тока и дополнительных погреш­ностей, вносимых электрической цепью и гальванометром. Дополнительные погрешности подобны погрешностям других электри­ческих дистанционных приборов с генераторными датчиками, на­пример термоэлектрических термометров.

Для уменьшения погрешности, вызванной влиянием темпера­туры на сопротивление г рамки гальванометра, применимы схе­мы температурной компенсации, рассмотренные на стр. 217 (см. рис. 7.15).