Тепловой меточный вариометр

(19) (11) А 1 Р 5/18 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ огоужбы на Авиацио МашиноГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Казанский. ордена ТрудовКрасного Знамени и ордена Дрродов авиационный институтим, А.Н.Туполева(54) ТЕПЛОВОЙ МЕТОЧНЫЙ ВАРИОМЕТР(57) Изобретение относится к области измерительной техники и позволяет.повысить точность измерения вертикальной скорости. Разность расходов через информационные каналы 2и 3 пропорциональна вертикальной,скорости, если она положительна,пердвым приходит на триггер 11 и прохо-дит неинвертированным на триггер 18импульс с компаратора 8, при этомтриггер 18 переходит в состояние "1",а если первым на триггер 18 приходитимпульс с компаратора 8, то триг1247760гер 18 остается в положение "О",Триг ности импульса компаратора 8, форми 1гер 1 управляет работой счетчика руется на счетчике 13 , который уп 13. Число импульсов тактового гене- равляется логическим элементомратора 14, пропорциональное длитель- . ИЛИ 16. 3 ил.Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения вертикальной . скорости летательного аппарата, и может быть использовано в качестве элемента пилотажно-навигационных систем или как автономный прибор.Целью изобретения является повышение точности измерения вертикальной скорости.На Фиг.1 представлена структурно- Функциональная схема предлагаемого вариометра; на Фиг.2 - временные диаграммы; на Фиг. 3 - схемы инФормационного канала.Вариометр содержит проточную диФФереицирующую камеру 1, первый 2 и второй 3 инФормативвые каналы,нагнетатель 4, опорный генератор 5 нагнетателя, первыи 6 и второй 6 самобалансирующиеся мосты, генератор 7 импульсов тока, первый 8 и второй 8 компараторы, первый 9 и второй 9 управляемые источники опорного напряжения, первый 10 и второй О управляемые инверторы, первый 11 триггер, программируемый делитель 12 частоты, первый 13 и второй 13 счетчик, генератор 14 тактовых импульсов, .ариФметическое логическое устройство 15, логический элемент ИЛИ 16, выходной преобразователь 17, второй триггер 18, капилляр 19 инФормативного канала, контактные площадки 20, проволочные терморезисторы 21.Нагнетатель 4, инФормативный канал 3, дифференцирующая камера 1 и инФормативный канал 2 соединены последовательно, образуя замкнутый пневматический контур, в котором за счет работы нагнетателя осуществляется постоянный переток воздуха (на черте.же по часовой стрелке). Привод нагнетателя 4 осуществляется от опорного генератора 5. На выходе генератора 7 импульсов тока последовательно включены по одному проволочному терморезистору с первого и второго ин-Формативных каналов (соответственно 2 и 3), расположенному первым в ка. пилляре по ходу потока. Вторые походу потока терморезисторы инФормативных каналов 2 и 3 включены соответственно в самобалансирующиеся мос(ты 6 и 6 , Выходы самобалансирующих-.ся мостов подключены к первому и через соответствующий управляемый ис 1точник 9 и 9 опорного напряжения - к второму входу соответствующего компаратора 8 и 8 . Выход первого компа" 15 ратора подключен к входу первого управляемого инвертора 1 О, а также к первому кодирующему входу программируемого делителя 12 частоты и первому входу элемента ИЛИ 16. Выход вто рого компаратора 8 подключен к входу второго управляемого инвертора 1 О , а также к второму кодирующему входу программируемого делителя 12 частоты и второму входу элемента 25 ИЛИ 16, Выходы управляемых инверторов 10 и 10 связаны с входом первого триггера 11, а выход первого управляемого инвертора 10, кроме того," с входом второго триггера 18 Второй триггер 18 переключается только по импулЬсу положительной полярности и определяет знак выходной величины ("+" или "-"). Первый триггер 11 переключается по переднему Фронту импульса (или импульсу положительной ,полярности со входного диФФеренциатора), его выход связан с управляющими входами первого 10 и второго,10 инверторов. Генератор 14 тактовых импульсов подключен к входу первого, счетчика 13 и через программируемый делйтель частоты - входу второго1счетчика 13 , Управляющий вход первого счетчика 13 подключен к выходупервого триггера И, а управляющий 4вход второго счетчика 13 - к выходу логического устройства 15, выход ко31247.760 4торого подключен к выходному преобра-,зователю 17 вариометра.Тепловой меточный вариометр работает следующим образом.Нагнетатель 4 преобразует электрический сигнал с опорного генератора 5 в пневматический (расход воздуха через замкнутый пневматическийконтур). При нулевой вертикальнойскорости, когда статическое давление 1 ОР не изменяется, расход воздуха через информативные каналы 2 и 3 одинаков и выходной сигнал вариометра,равен нулю, При положительной вертикальной скорости, когда статическое15давление уменьшается, объемный расход через информативный канал 2складывается из опорного расхода,создаваемого нагнетателем 4 и инфор-мативного расхода, пропорционального вертикальной скорости и создаваемого за счет дифференцирующихсвойств проточной камеры 1. Расходчерез информативный канал 3 в любом.случае остается равным опорному.Таким образом, разность расходов черезинформативные каналы,2 и 3 пропорциональна вертикальной скорости. За счет работы генератора импульсов тока производится импульсный30 нагрев проволочек информативных каналов 2 и 3, расположенных первыми по потоку, и Формируются тепловые метки - локальные области перегретого воздуха, которые смещаются вмес те с потоком по капиллярам к приемным проволочкам, включенным в самобалансирующиеся мосты 6 и 6 . При прохождении тепловых меток в информативных каналах 2 и 3 через прием" 40 ные проволочки-терморезисторы на выходе самобалансирующихся мостов появляется импульс напряжения, максимум которого соответствует моменту прохождения меткой базового расстоя ния (расстояние от излучающей до приемной проволочки), В .соответствии с предыдушим импульсом на источниках 9 и 9 опорного напряжения Формируется уровень срабатывания соот ветствующего компаратора по первому входу. Опорное напряжение может со" ответствовать, например, 0,7-0,9 мак" симума предыдущего импульса. Для обеспечения высоких метрологических 55 ;характеристик вариометра, особеннов диапазоне околонулевых скоростей,целесообразно формировать опорное напряжение, исходя из условия постоянства длительности импульса на выходе компаратора, При достижении напряжения на выходе самобалансирующего моста опорного уровня компаратор срабатывает, формируя прямоугольный импульс, средняя по времени точка которого соответствует моментупрохождения меткой базового расстоянияДопустим, что вертикальная скорость положительна, статическое давление уменьшается и расход через информативный канал 2 оказывается больше, чем через информативный канал 3.Тогда метка в информативном канале 2 первой достигает приемного терморезистора и импульс на выходе компаратора 8 появляется раньше, чем на выходе компаратора 8Импульс с компаратора 8 без изменений проходит через управляемый инвертор 10 на триггер 11. По переднему фронту импульса триггер 11 переходит в состояние "1", переключая управляемый инвертор 1.0 в режим инвертирования. Импульс с компаратора 8 поступает на триггер 11 инвертированным, поэтому переход триггера в состояние "О происходит по заднему Фронту импульса компаратора. Триггер 11 управляет работой счетчика 13, число импульсов на котором после одного такта измерения пропорционально интервалу времени от переднего фронта импульса с компара.тора 8 до заднего Фронта импульса с компаратора 8 , т.е. времени пролета меткой базового расстояния плюс длительность импульса с компаратора. Число импульсов тактового генератора 14, пропорциональное длительности импульса компаратора 8,формируется на счетчике 13 , который управляется логическим элементом ИЛИ 16,Счетчик 13 отсчитывает импульсы, поступающие с тактового генератора 14 через программируемый делитель 12 частоты, когда выход элемента ИЛИ 16 в состоянии "1", т.екогда проходит импульсс первого 8 или второго 8 компаратора.Программируемый делитель 12 частоты осуществляет деление на 2 или на 4 в зависимости от сигнала на кодирующем входе. Если "1" только на. одном из кодирующих входов, то осуществляется деление на 2, если "1" на обоих кодирующих входах, осущест 124776020 Информативный канал (Фиг.3) состоит из капилляра 19, четырех контактных площадок 20 и двух проволочек-терморезисторов 21. Капилляр 19 может быть выполнен, например, из стеклянной трубочки с внутренним диаметром 0,8-1 мм с отполированными торцовыми поверхностями, на которые напыляются в виде секторов четыре контактные площадки - по две симметрично относительно оси капилляра на каждом торце. При этом контактные площадки по возможности должвляется деление на 4, Таким образом,на счетчике 13 Формируется код, пропорциональный добавке ко времени пролета меткой базового расстояния, как при разнесенных по времени импульсах компараторов, так и при перекрывающихся (при околонулевых вертикальных . скоростях), На арифметическом логическом устройстве 15 производится вы1 читание кода счетчиков 13 и 13 , сигнал на его выходе прямо пропорционален измеряемой вертикальной скорости. Выходной преобразователь может быть выполнен в виде дешифратора с 15 ячейками памяти и индикатором или логического устройства и служит для индикациисогласования вариометрас бортовыми вычислительными устройствами или коррекции методических погрешностей вариометра, Знак вертикальной скорости определяется состоянием триггера 18. Если вертикальная скорость положительна, первым приходит на триггер 11 и проходит неинвертированным на триггер 18 импульс с компаратора 8, при этом триггер 18 переходит в состояние "1". Если первым на триггер 11 приходит импульс с компаратора 8 , то импульс 30 с компаратора 8 неинвертируется и не воспринимается триггером 18 (триггер 18 остается в положении "0"), Тактирование элементов и устройств может осуществляться от функциональных импульсов или отдельного тактирующего устройства, объединенного, допустим, с выходным преобразователем. Так, сброс счетчиков 13 и 13 а также приведение в 0 триггера 4018 может осуществляться импульсом с генератора тока, т,е. в начале нового такта измерения. Запуск можетосуществляться по заднему Фронту им.пульса триггера 11. 45 ны быть симметричны и относительно плоскости, перпендикулярной оси капилляра и делящей его пополам. К каждой паре контактных площадок 20 привариваются проволочки-терморезисторы 21 так,что на каждом торце оказывается по одному терморезистору. Проволочки располагаются диаметрально, т.е. по диаметру окружности, образованной внутренней поверхностью капилляра на. срезе торца. При такой установке проволочка проходит через ось капилляра и образуемая мета оказывается симметричной относительно оси с максимумом температуры, приходящимся благодаря отводу тепла на контактные площадки, именно на ось капилляра. Проволочка-терморезистор на другом торце располагается аналогично первой, причем в одной плоскости с ней (на виде слева вторая проволочка не видна за первой в просвет окна капилляра). За счет такого взаимного расположения проволочек удается наиболее эффективно использовать тепловую энергию метки при регистрации. Формула изобретенияТепловой меточный вариометр, содержащий опорный генератор, подключенный к нагнетателю, схему обработки сигнала, проточную дифференцирующую камеру, связанную с полостью статического давления через первый информативный канал и через последовательно включенные второй информативный канал и нагнетатель, а также два терморезистора и два самобалансирующих моста, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены два терморезистора, подключенных к генератору импульсов тока, два компаратора, два управляющих источника опорного напряжения, генератор тактовых импульсов, два управляемых инвертора, программирующий делитель частоты, два триггера, элемент ИЛИ, арифметическое логическое устройство, два счетчика и выходной преобразователь, причем выход первого и второго самобалансирующих мостов подключены к первому входу и через соответствующий управляемыйисточник опорного напряжения - к вторым входам соответственно первого и вто/М 1 Р 12 СМ 1 М 2 КПГ кП 2 УИ 1 УИ 4 ЛУ ТР 2 рого компараторов, выход первого компаратора соединен через первый управляемый инвертор с первым и вторымтриггерами, а также с первым кодирующим входом программируемого делителя частоты и первым входом элементаИЛИ, выход второго компаратора соединен с кодирующим рходом программируемого делителя частоты, вторым входом элемента ИЛИ и через второй уп- .равляемый инвертор - с первым триггером, выход которого подключен квходам управления первого и второгоинверторов, а генератор тактовых им-.пульсов подключен к первому счетчи 4 ку и через программируемый делительчастоты - к второму счетчику, входуправления первого счетчика подключен к выходу первого триггера, авход управления второго счетчика -к выходу элемента ИЛИ, выходы счетчиков через арифметическое логическое устройство связаны с выходным 1 О преобразователем, второй вход которого соединен с.выходом второго триггера, при этом информативные каналы выполнены в виде капилляров одинакового внутреннего диаметра и длины, 35а дополнительные терморезисторы рас положены на торцах каждого капилляра.ю12477 бО 2,оставитель Ю.Мручкоехред Н,Бонкало орректор О,Лугова Редактор Н.Швыдкая 118 43 Зак оизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 Тираж 778 НИИПИ Государственного по делам изобретений 13035, Москва, 6-35, Р