Файл: Стрижевский, И. В. Хемотроника.pdf

сено на поверхность платиновых электродов по крайней мере двумя способами. Электролит, содержащий йодид натрия, с опущенными в него электродами нагревают 48—60 час до 125° С. Избыток атомов йода в растворе, так же как и нагрев, способствует образованию покры­ тия. Второй способ заключается в том, что на переклю­ чатель подают переменный потенциал в нормальном ра­ бочем режиме.

К электролиту для переключателей уровня предъяв­ ляются жесткие требования. Он должен обладать стабиль-

Рис. 4І. Малогабаритный переключатель уровня

ноы электропроводностью в широком диапазоне температуры и иметь долгий срок службы в самых разнообразных условиях. При низких температурах вязкость электролита не должна сильно увеличиваться, сам электролит должен быть инертен к материалу электродов и всех деталей переключателя, с которыми он находится в контакте. Известны многие составы электролитов, но тем не менее здесь остается много нерешенных вопросов. Чаще всего используются растворы йода и йодида натрия в кето­ нах — алифатических, ароматических, циклических и др. Особенно рекомендуются алифатические кетоны. Напри­ мер, бензилкетон, нафтилкетон, бензилэтилкетон, циклогексанбензилкетон, циклогексанизопропилкетон, метилизобутилкетон, метилэтилкетон, диэтилкетон и особенно смесь диизопропилкетона и диизобутилкетона в отноше­ нии 2 : 3 или 3 : 2.

Пропорции составляющих электролита можно изме­ нять, но желательно, чтобы в каждых 100 мл раствора имелось не менее 4—6 г йодида натрия и 10—14 г йода. Увеличение концентрации йодида натрия при определен­

1 «

ных условиях повышает электропроводность раствора. Однако концентрация не может превышать величины, при которой возможно нарушение стабильности работы прибора (особенно при низких температурах) из-за кри­ сталлизации йодида натрия в растворе. Увеличение кон­ центрации йода до определенного значения вызывает улучшение электропроводности раствора; дальнейшее по­ вышение концентрации не дает эффекта при комнатной температуре, а при пониженной (порядка минус 50—55° С) вызывает уменьшение электропроводности.

Перед использованием йодид натрия и йод должны храниться в эксикаторе и при взвешивании помещаться на стеклянную пластинку во избежаиие загрязнения ме­ таллом. Приготовленный электролит надо хранить в гер­ метичном стеклянном сосуде.

Для выполнения всех этих условий желательно рабо­ тать с небольшим количеством химических веществ, не­ обходимых для приготовления электролита.

Приборы для контроля полета самолета

Применяемые автопилоты при всех своих несомненных достоинствах все же не лишены некоторых недостатков: они сложны в изготовлении, громоздки и тяжелы, так как в них имеются гидравлические насосы, электродви­ гатели. Электрохимические системы контроля полета само­ лета проще в изготовлении и, что самое главное для авиационного оборудования, могут быть легкими. Кроме того, для них не требуется никакого тяжелого оборудо­ вания — насосов, поршней, клапанов и т. д.

К электрохимическим системам контроля полета отно­ сятся системы, в которых управляющий сигнал является результатом изменения сопротивления электрической цепи при изменении расстояния между электродами, погружен­ ными в жидкую среду.

На рис. 42 показан один из приборов для регулиро­ вания направления. Его корпус 1 заполняется высоко­ омной жидкостью, например метиловым спиртом, не за­ мерзающим при очень низких температурах. В нижней части корпуса жестко закреплена круглая плата 2 из бакелита или другой изоляционной пластмассы, покрытой металлическим электропроводным материалом 3. Над

144

пластиной расположен компас 4 с обычным круглым магнитом 5, поддерживаемый в центральной точке под­ шипниками. Нижняя металлическая проводящая поверх­ ность 6 компаса электрически соединена с диаметрально расположенными электродами 7 и 8, проходящими через верхний изоляционный слой"компаса.гНад компасом""установлена регулирующая' стеклянная плата 9, на нижней стороне которой на равном радиальном расстоянии от оси компаса помещены электроды 10 и 11. 'Угловое’ по­ ложение этих электродов регулируется-вращением голов-

Рис. 42. Автопилот

ки 12, укрепленной на плате валом, проходящим через отверстие стеклянной крышки 13.

Электромеханическая работа этой части прибора зак­ лючается в следующем: проводящая поверхность 3 платы 2 подключается к отрицательному полюсу, а электроды 10 и 11 через выводы 14 ж15 я сопротивление — к положи­ тельному полюсу источника тока. Все электроды вклю­ чены в мостовую схему измерения, показанную на ри­ сунке справа. При изменении положения электродов 7 ,11. а соответственно и 8, 10 относительно друг друга равно­ весие мостовой схемы нарушается, и через измерительный прибор потечет ток того или иного направления.

Жидкость обладает относительно высоким сопротивле­ нием, а металлические поверхности — относительно ма­ лым, поэтому движение тока через жидкость направлено от поверхности 3 к поверхности 6 и от одного из элек­ тродов 7 или 8 к одному (более близко расположен­ ному) из электродов 10 или 11.

Электроды 7 и 8 помещены на лимбе компаса таким образом, что плату 9 нужно вращать в пределах только 180°, чтобы электроды 10 и 11 оказались на равном рас-

стоянии от электродов 7 и 8. Когда самолет летит по принятому курсу, плата 9 вращением головки 12 уста­ навливается так, ято электроды 10 и 11 равно удалены от одного из электродов — 7, 8. При этом через выводы 14 и 15, подсоединенные к регулирующему рулю, прохо­ дит одинаковое количество тока; когда самолет меняет или теряет курс, ток, текущий от электрода на компас к одному из электродов — 10 или 11, возрастает, а сле­ довательно, возрастает в одном из плечей моста. Насту­ пает разбаланс моста, и ток в измерительной цепи меняет направление. Это изменение направления тока передается в виде сигнала на вертикальный регулирующий руль — самолет возвращается на прежний курс.

По этому принципу работают еще два прибора — для контроля горизонта и для регулирования тримперных поверхностей. В первом приборе, заполняемом метило­ вым спиртом, через верхнюю поверхность корпуса прохо­ дят два неподвижно закрепленных электрода. Примерно на середине прибора расположена опора, на которой укреплен балансир, качающийся около горизонтальной оси. На каждом конце балансира имеется по электроду; при качании балансира эти электроды то приближаются, то удаляются от неподвижных электродов. Качающиеся электроды подсоединены к проводнику, проходящему через дно корпуса, а неподвижные — к регулирующему прибору.

Прибор для регулирования тримперных поверхностей отличается от прибора для контроля горизонта лишь тем, что ось балансира располагается правее электродов, укрепленных на нем.

Мы видим, что устройства, работающие по одинако­ вому принципу, могут быть использованы для трех раз­ личных целей — для регулирования вертикального руля, контроля горизонтального полета и регулирования трим­ перных поверхностей. Конструкция всех трех приборов проста, и все они сравнительно нетяжелые — каждый прибор весит не более 8 кг.

Перейдем теперь к авиационным аксельрометрам — приборам, измеряющим ускорение самолета. В большин­ стве случаев принцип действия аксельрометров основан на перемещении сейсмической массы, находящейся внутри корпуса прибора; перемещение преобразуется в выходной сигнал, соответствующий ускорению объекта. Основные

146

различия аксельрометров такого типа связаны со спосо­ бами установки сейсмической массы в корпусе прибора и средств трансформации ее перемещения в выходной сигнал. В настоящее время известно много конструктивпых решений этих узлов прибора.

Принцип работы довольно большого класса аксель­ рометров основан на изменении сопротивления в электри­ ческой цени при смещении твердой сейсмической массы, поддерживаемой в электролите с помощью упругих мем­ бран или диафрагм. В аксельрометрах другого типа

Рис. 43. Акссльромстр с сейсмической массой поддерживаемой мембраной

используются U-образные трубки. В третьем классе при­ боров сейсмической массой служит жидкость, свобода перемещения которой ограничена мембранами или ком­ пенсаторами. Имеются и иные конструктивные решения с использованием вращающихся опорных конструкций для поддержания сейсмической массы с применением сейсмической массы, свободно плавающей в жидкости и пе испытывающей трения о стенки корпуса, и т. д.

Примером конструкции аксельрометра первого типа может служить миниатюрный компактный высокочув­ ствительный прибор, показанный на рис. 43. Алюминие­ вый цилиндрический корпус 1 (диаметр 37,7 и высота 17,5 мм) разделен на две камеры круглой гибкой мед­ ной диафрагмой 2\ диафрагма крепится к стенкам кор­ пуса, но может смещаться вдоль оси прибора. В центре диафрагмы укреплен электропроводный сейсмический эле­ мент 3, выполненный из меднобериллиевого сплава. Обе камеры заполнены электролитом, который поддержи­ вает сейсмический элемент в плавучем состоянии и одно­ временно выполняет роль демпфера.

10* 147

В верхней и нижней стенках корпуса имеются осе­ вые отверстия; в них вставляются цилиндрические стеклян­ ные пробки 4, герметизирующие корпус. Электроды 5, имеющие вид круглых медных дисков, крепятся к внут­ ренним поверхностям пробок на некотором расстоянии от сейсмического элемента. Электродные выводы 6 про­ ходят сквозь пробки, вывод 7 диафрагмы заземлен. Для ограничения потока ионов между электродами и сейсми­ ческим элементом внутреннюю поверхность алюминие­ вого корпуса и диафрагму покрывают электроизоляцион­ ным материалом.

При сборке прибора сейсмический элемент крепится в центральном отверстии диафрагмы так, чтобы в обе камеры корпуса выступали равные части элемента. После этого вокруг сейсмического элемента вырезают небольшие кусочки диафрагмы с тем, чтобы при смещении элемента между камерами корпуса создавался ламинарный поток электролита. Электролитом чаще всего служит смесь бутилового спирта с растворимой солью меди.

На рис. 43 дана схема измерительной цепи прибора. Аксельрометр запитан от трансформатора, соединенного с источником переменного тока. Выводы электродов под­ ключены ко вторичной обмотке трансформатора. Резистив­ ный элемент Й, служащий для получения нулевого баланса мостовой схемы, тоже подключен ко вторичной обмотке трансформатора. В измерительную диагональ моста (между движком резистивного элемента R и вы­ водом аксельрометра 7) включен измерительный прибор. При движении сейсмического элемента, которое соответ­ ствует силам, воздействующим на аксельрометр, электро­ литическое сопротивление между сейсмическим элементом и одним из электродов увеличивается, а сопротивление между элементом и другим электродом возрастает. В ре­ зультате возникает разбаланс моста, и в измерительной диагонали начинает протекать ток.

Экспериментально установлено, что срок службы жид­ костных аксельрометров зависит от температуры электро­ лита. Он может быть значительно удлинен, если темпера­ тура будет оптимальной для данного электролита и не­ сколько большей, Чем температура окружающей среды. Для поддержания такого режима требуется контроль и

148

а следовательно, изменяются демпфирующие и другие свойства раствора. В аксельрометрах второго типа, пред­ назначенных для измерения ускорения или определения положения тела (самолета, ракеты и т. д.), используются U-образные трубки, заполненные электропроводной жид­ костью. При перемещении жидкости изменяется сопротив­ ление электрической цепи. Шкала прибора калибруется таким образом, что указывает угол наклона объекта, или его ускорение, или то и другое вместе.

Рнс. 44. Аксельрометр с U-образноіі трубкой

На рис. 44 изображена U-образная трубка, заполнен­ ная жидкостью определенной плотности. Уровень жид­ кости в правом герметически закрытом колене ниже, чем в левом открытом колене, так как давление на по­ верхность жидкости в правом колене выше, чем в левом. Высоту столба, определяемую разницей уровней жидкости в обоих коленах, обозначим h. Давление на поверхность жидкости в правом колене равно давлению па поверх­ ность жидкости в левом колене плюс давление столба жидкости высотой h.

Когда на столб жидкости в левом колене будет дей­ ствовать неуравновешенная сила, являющаяся резуль­ татом ускорения, жидкость в правом колене поднимется от уровня а до уровня Ь; жидкость в левом колене опус­ тится с уровня с до уровня d. Разница между уровнями а и Ъ равна разнице между уровнями с и d, или а — Ъ= = с — d =х. В результате перемещения жидкости на рас­ стояние X напор в открытом колене снизился, уровень в закрытом колене поднялся и давление воздуха в нем повысилось. Таким образом, величина х служит показа­ телем силы, действующей на столб h, а следовательно,

149

й показателем ускорения, действию которого подвёрТается жидкость в приборе.

Для измерения ускорения самолета прибор устанав­ ливается в центре тяжести самолета, в точке е. Основание прибора параллельно линии осевой нагрузки самолета. Но вполне допустимо, а иногда даже желательно иное расположение прибора относительно линии максималь­ ной нагрузки самолета, поскольку это не влияет на ра­ боту прибора. Если нужно, чтобы прибор не изменял своего положения в зависимости от положения самолета,

прибор подвешивают на универсальном шарнире или как гирокомпас.

Усовершенствованной модификацией аксельрометра или указателя уровня на основе U-образной трубки с жидкостью является манометрический аксельрометр (рис. 45). Прибор из пирекс-стекла состоит из двух труб­ чатых камер 1 и 2 с основанием из диэлектрического ма­ териала. Камеры соединены каналом 3 и наполовину заполнены яшдкостью. Форма канала — весьма важная особенность конструкции, так как здесь контролируется переток жидкости из одной камеры в другую при наклоне прибора или при неожиданном изменении скорости дви­ жения объекта.

150

В центральной части канала имеется узкий проход, переходящий с обеих сторон в расширяющиеся раструбы; угол конуса их равен 15°. Поток жидкости через такой

буется максимальная динамическая линейность потока жидкости, выбирается минимальный диаметр прохода. Конусные части канала в этом случае должны быть рас­ положены ниже электродов, находящихся в камерах прибора; однако такое устройство увеличивает высоту прибора. В приборе имеются четыре электрода 4, смонти­ рованных по два в каждой из трубчатых камер. Все электроды имеют одинаковую конструкцию. Поскольку электрод должен быть инертным к электролиту, его ниж­ няя часть 5, соприкасающаяся с раствором, представляет собой стержень из химически чистой платины с примесью 10% иридия, увеличивающего механическую прочность электрода. Верхняя часть 6 электрода делается из воль­ фрамового прутка, сваренного электрической сваркой с платиновым стержнем и вставленного в стеклянную муфту 7, являющуюся частью корпуса камеры. К верх­ ней части прутка припаян выводной выступ 8.

Все электроды погружены в жидкость на одинаковую глубину. Для уравнивания давления в приборе в верх­ ней части корпуса предусмотрен канал 9. Он использу­ ется также для заполнения прибора раствором через трубку 10, которая затем герметизируется. Для лучшего стока раствора, попадающего в канал при очень быстром движении объекта, канал от середины к краям имеет угол наклона в 15°.

Прибор включается в мостик Уитсона переменного тока. Напряжение 2,5 в частотой 400 гц подается со вторич­ ной обмотки трансформатора. Пара электродов в левой

двух электродов, помещенных в разных камерах, и движ­ ком потенциометра включен вольтметр. Потенциометр образует два других плеча моста. Изменением положения движка потенциометра достигается требуемая баланси­ ровка мостовой схемы. Когда уровень жидкости в обеих камерах одинаков, сопротивления всех плечей моста таковы, что мостовая схема сбалансирована и катодный

151