2. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Ниже рассматриваются только устройства, служащие для измерения скоростей линейных или угловых перемещений, основанные на простых преобразованиях этих скоростей с помощью преобразователей специальных конструкций.

Рис. VII.7. Схемы механических устройств для измерения скоростей линейных и угловых перемещений: а — для измерения линейных; — для измерения угловых перемещений.

При ограниченных линейных и угловых перемещениях принципиально скорость этого перемещения можно измерить с помощью устройств, схематически изображенных на рис. VI 1.7. При перемещении поршня П в схеме рис. VII.7, а на величину или повороте ведущей оси с лопастью на угол в схеме рис. VI 1.7, б как на поршне, так и на лопасти создаются перепады давления жидкости:

где — коэффициенты пропорциональности.

Возникающее усилие в первой схеме и момент во второй воспринимаются пружинами Пр. Дроссели Др являются перепускными. Считая характеристики пружин линейными, получим

где площадь поршенька (лопатки);

с — жесткость пружины;

— плечо пружины).

На основании уравнений (VII. 1) и (VII.2) имеем

В дальнейшем выходные величины: перемещение и угол поворота могут быть с помощью соответствующих преобразователей преобразованы в электрический сигнал.

В ряде случаев возможно получить на выходе сигналы, пропорциональные скорости линейного или углового перемещения, с помощью простейших дифференцирующих контуров, как показано на рис. VI 1.8, а. Как известно, электрическое напряжение на выходе -контура в схеме рис. VI 1.8, а будет равно

где — коэффициент пропорциональности.

Рис. VII.8. Схемы электрических устройств для измерения скоростей: а — для линейного перемещения; б — для углового перемещения

Сигналы на выходе измерительного устройства, пропорциональные скорости углового перемещения, можно получить с помощью различных преобразователей. На рис. VI в качестве примера приведена схема изменения скорости углового перемещения с помощью индукционного преобразователя. При угловом перемещении катушки в магнитном поле наводимая в ней э. д. с. будет равна

где

Измерение скорости неограниченного перемещения различных объектов, например летательных аппаратов, чаще всего производится с помощью различных акселерометрических устройств, выходной сигнал которых подвергается однократному интегрированию.

Такие методы измерения скорости движения и применяемые устройства рассмотрены ниже. Эти способы позволяют измерять скорость перемещения объекта независимо от свойств среды, в которой происходит перемещение.

Для измерения скорости перемещения объекта относительно среды применяются различные методы и весьма разнообразная

аппаратура. Рассмотрим один из наиболее распространенных способов измерения скорости движения из применяющихся на летательных аппаратах. Измерение скорости полета в атмосфере основано на измерении полного давления, возникающего в приемнике:

где

Разлагая правую часть (VII.6) в ряд, получим

Или, обозначая

приведем выражение (VII.7) к виду, обычно применяемому при расчетах:

Отсюда находим величину скорости

Плотность атмосферы зависит от температуры и изменяется примерно по закону

где индекс Н означает значения давления и температуры на высоте Н.

С учетом коррекции по температуре скорость движения (полета) можно определить по формуле

где — ускорение силы тяжести;

R — газовая постоянная;

— температура торможения.

Если в первом приближении считать поправку постоянной, то с учетом формулы (VII. 10) получим

где

Формула (VII. 11) и представляет собой тот алгоритм, который реализуется в различных схемах измерителей скорости. В качестве приемника давления обычно применяются модифицированные трубки Пито (рис. VII.9).

При измерениях сверхзвуковых скоростей полета применяют измерители числа где — скорость звука.

Рис. VI 1.9. Схема и характеристика трубки Пито: — относительное значение выходного сигнала; — угол скоса потока

Рис. VI 1.10. Схема измерительного устройства для определения числа М: V — скорость измеряемого потока; выходной сигнал; 1 — трубка Пито; 2 и 3 — измерители полного и статического давлений; 4 — счетно-решающее устройство; 5 — микропривод; 6 — усилитель

В этих измерительных устройствах реализуется алгоритм, получаемый на основании следующей формулы:

Поскольку согласно формуле (VII. 13) число М не зависит от температуры воздуха, измерители сверхзвуковой скорости (рис. VII.10) полета отличаются только отсутствием элемента, измеряющего температуру.