Bài giảng Máy điện hàng hải biên soạn có nội dung trình bày các kiến thức cơ bản về máy đo sâu hàng hải, tốc độ kế, la bàn con quay, máy lái tự động. Tham khảo nội dung bài giảng để hiểu rõ hơn về các nội dung trên. Hi vọng tài liệu sẽ cung cấp kiến thức cho các bạn
MÁY ĐO TỐC ĐỘ Máy đo tốc độ dụng cụ để đo tốc độ V c tàu khoảng đường tàu chạy qua S Người ta chia loại máy đo tốc độ tương đối tuyệt đối Loại đo tốc độ tuyệt đối : tốc độ Vc tàu điểm cố đònh đáy biển Còn loại tương đối đo tốc độ tàu nơi dòng nước chuyển động Trên tàu biển người ta dùng loại máy đo tốc độ tương đối thủy lực, cảm ứng chân vòt quay Cũng máy đo tốc độ tuyệt đối thủy âm đòa từ Dưới ta khảo sát nguyên lý loại máy đo tốc độ hay cho tàu biển CHƯƠNG I LÝ THUYẾT VỀ MÁY ĐO TỐC §1 Nguyên Lý Đo Tốc Độ Bằng Hiệu ng Doppler 1.Nguyên lý họat động Hoạt động máy đo tốc độ thủy âm dựa hiệu ứng Dơpler thay đổi tần số sóng máy thu máy phát đặt đối tượng chuyển động Điều cho phép ta xây dựng lý thuyết tốc độ kế thủy âm Giả sử đáy tàu có màng dao động A hoạt động máy phát máy thu sóng siêu âm Lúc đầu màng phát chùm sóng siêu âm xuống đáy biển với tần số fo phía mũi tàu A V hợp với phương chuyển động α góc α gặp đáy biển D sóng phản xạ trở màng dao động A lúc theo lý thuyết độ dòch chuyển tần số máy thu D phát tiến lại gần tần số thu : f r = fo c + vr c − vs Vr vận tốc máy thu Vs vận tốc máy phát tốc độ máy phát thu V.cosα Máy Đo Tốc Độ Page 31-07-2017 v cos α c fr = fo v − cos α c 1+ Do : Khai triển chuỗi taylo bỏ vô bé bậc cao ta có f r = f o (1 + V V2 cos α + 2 cos α + ) (1) C C Từ công thức ta thấy xác đònh độ lệch tần số sóng thu phát xác đònh vận tốc chuyển động máy thu (phát) Trên ta xét tia phía mũi ta xét hai tia tia phái mũi A V tia phía lái α V V cos α + 2 cos α + ) C C 4f V f r − f a = o cos α C f a = f o (1 − V = C ( fr − fa ) f cos α D Nhìn vào công thức ta xác đònh tần số fr , fasẽ xác đònh tốc độ tàu có độ xác phương pháp phát tia Trên thực tế hai tia mà đằng mũi đặt tia, đằng lái đặt tia Với sơ đồ không cho phép ta xác đònh tốc độ tàu đường tàu chạy mà cho phép ta xác đònh tốc độ theo chiều ngang mũi đằng lái điều động tàu tình phức tạp Máy Đo Tốc Độ Page 31-07-2017 Độ xác tốc độ kế: nh hưởng tàu lắc: Khi tàu lắc xác đònh góc αO cách xác Để khắc phục thiếu sót có hai cách : thứ dừng quay để cân màng dao động phát cách trực tiếp thứ hai nhờ máy cảm biến góc chuyển động tàu để điều chỉnh gián tiếp nghóa đưa số hiệu tàu lắc, vào kết đo Rõ ràng chọn cách hay cách khác tuỳ thuộc vào độ xác đòi hỏi phải có Khi δα = 1o tỉ số δV /V =0.015% Ngoài độ xác máy đo sâu phụ thuộc vào độ sâu cho độ xác cao độ sâu không lớn Vì độ xác đầy đủ đo đạt đạt độ sâu không lớn 300m Cũng có nhiều nguyên nhân khác gây nên sai số ta tính đến tất sai số độ xác đo đạc độ sâu nói cao Ví dụ độ xác máy đo tốc độ MQR đo khoảng cách tàu qua khoảng 0,2%, tốc độ – gần 2% góc đạt gần 0,2% §2 Nguyên Lý Đo Tốc Độ Bằng Điện Từ Trường Nguyên lý hoạt động Tốc độ kế điện từ dựa nguyên lý đònh luật Faraday-maxwell Hình vẽ minh hoạ nguyên lý tốc độ kế này, dòng điện chạy cuộn dây sinh từ trường đoạn dây dẫn (ab, bc, cd, da) đặt mặt phẳng quanh cuộn dây Nếu dây dẫn không chuyển động d e c v a e b v Máy Đo Tốc Độ Page 31-07-2017 cách tương đối so với cuộn dây chúng không cát đường sức từ, điện áp cảm ứng lên chúng Giả sử dây dẫn mặt phẳng chuyển động theo mũi tên với vận tốc v (Giả thiết khoảng cách đoạn dây cuộn từ đủ lớn khung dây di chuyển với vận tốc mà không cần phải di chuyển cuộn dây ,cũng cường độ từ trường vùng dây dẫn, đường sức từ vuông góc với chúng ) Do chuyển động dây dẫn nên đoạn ab cd dây xuất suất điện động e = B.l.v với B làcảm ứng từ, l dộ dài đoạn ab cd Ứng dụng vào Hoạt động tốc độ kế dựa sơ đồ sau đây: phận nhạy cảm tốc độ kế hình trụ đáy elip đồng thau, nhô đáy tàu Phía hình trụ có gắn xolenôit xung quanh có quấn hai quận dây: cuộn ω cuộn cân ωK Dòng điện xoay chiều qua cuộn ω : nhờ mà xung quanh xolenoit hình thành điện từ trường mạnh Vì phận nhạy cảm tiếp xúc với nước mạn tàu chất dẫn điện nên cực điện mặt ống hình trụ hình thành vòng dẫn điện Nếu cuộn dây ω có điện theo đònh luật cảm ứng Faraday trì vòng dẫn điện có sức điện động εo ta giả thiết xoleit chuyển động với tàu chuyển động với tốc độ V c : Lúc vòng sinh sức điện động phụ thêm : εv = B.L.V L : chiều dài vòng Như trường hợp chung sức điện động vòng xác đònh biểu thức: ε~ = ε0 + εv Thành phần εo không phụ thuộc vào Vc xem nhiễu loạn số không Thường ε0 bù trừ cách dựa vào cuộn ωk điện áp xoay chiều phải tương ứng Nếu việc bù trừ Vy V Vy β Vx U2 Máy Đo Tốc Độ Page U1 31-07-2017 thực từ biểu thức ta thấy phương trình tốc độ kế có dạng: Vc = K εv Hãy khảo sát sơ đồ đơn giản mà làm giảm tính tốc độ kế Hãy giả thuyết cấu trúc có cặp cực mà có hai cặp cực 1;3 2;4 giả thuyết tàu có độ đạt β Với điều kiện thành phần Vc có Vy mà có thành phần nằm ngang Vx Vì điện áp U1 U2 cực tương ứng kết tác dụng tổng hợp tốc độ Vy Vx biểu thò biểu thức sau đây: U1 = Vc ( K1 cosβ + K2 sinβ) U2 = Vc ( K1 cosβ - K2 sinβ) Từ U1 + U2 = 2Vc K1 cosβ U1 - U2 = 2Vc K1 sinβ Nếu lấy bình phương lên sau cộng lại ta môđun Vc tốc độ tàu, tỉ lệ chúng xác đònh độ đạt gióβ ki Kết sau biến đổi ta có : U + U2 U1 − U2 + Vc = 2K 2K K U1 − U β = arctg K U1 + U Như tốc độ kế cảm ứng đo tốc độ toàn phần vc tàu nước góc dạt Sai số tốc độ kế Ảnh hưởng tàu lắc : Tốc độ kế cảm ứng có độ nhạy cao , kim tốc độ lúc tàu lắc dao động với biên độ từ 0,1 đến hải lí Như ta đọc trò số tốc độ cách xác Có thể khử sai số cách lắp thêm phận làm thay từ trường đồng với tàu lắc nh hưởng vò trí đặt phận nhạy cảm : Độ xác tốc độ kế phụ thuộc nhiều vào vò trí đặt phận nhạy cảm Trước hết có lớp nước chuyển động, lớp nước có chiều dày thay đổi dọc theo vỏ tàu Sau trường tốc độ phân tử sinh bất thần Máy Đo Tốc Độ Page 31-07-2017 Ngoài phân bố từ cảm B quanh phận nhạy cảm không đồng theo chiều dọc tàu mang tính chất phức tạp, khó phân tích Những tượng đột biến làm sinh sai số số tốc độ kế đo V đo khác với tốc độ thật V c tàu Quan hệ Vđo Vc không tuyến tính, để khắc phục sai số không tuyến tính máy tốc độ kế có phận hiệu chỉnh riêng mà trò số hiệu chỉnh xác đònh thực nghiệm trường đo Sai số bình phương : Để tránh cực hóa tự cực điện sơ đồ tốc độ kế cần phải tránh dùng từ trường chiều Mặt khác dùng điện từ trường có trình tự cảm ứng xảy nên mạch sinh sức điện động vô ích mà ta gọi nhiều bậc hai Nghiên cứu kỹ tượng ta thấy nhiều bậc hai không phụ thuộc vào tốc độ tàu V c lệch pha với điện áp hữu ích góc 900 biên độ thường lớn tín hiệu hữu ích Kết mạch phận nhạy cảm sinh điện áp U = Uc + Un = k1sinωt + k2 cosωt Trong k1 = f(Vc, β) ; k1 < k2 = const Mặc dầu Uc < Un có khác điện áp tín hiệu hữu ích Uc điện áp sai số Un nên dễ dàng tách Uc sai số bỏ Tốc độ kế cảm ứng dùng tàu vận tải biển cho phép ta đo tốc độ tàu giới hạn từ 0,5 đến 25 nơ với độ cính xác 0,15 đến 0,2 nơ §3 Nguyên Lý Đo Tốc Độ Bằng p Lực Nước Tốc độ kế thủy lực xác đònh tốc độ tàu nước Hoạt động tốc độ kế áp lực dựa sơ tính tốc độ dòng nước ngược mạn tàu Giả sử tàu ta lắp hai ống : ống thứ (ông Pitô) có mũi hướng phía mũi Máy Đo Tốc Độ Page h1 h0 h1 h0 V 31-07-2017 tàu ống thứ hai có miệng sát với đáy tàu Mực nước ống thứ hai ho xác đònh áp lực tónh Chiều cao cột nước ống Pitô h1 lớn có tác dụng áp lực thủy động Pđ dòng nước ngược Ta xác đònh áp lực dòng theo hiệu cột nước ống biết quan hệ hàm số Pđ= f(Vc) ta xác đònh tốc độVc tàu Như để giải thích hoạt động tốc độ kế thủy ta tìm quan hệ P đ Vc Lỗ thu áp lực ông Pitô hạ xuống lớp nước chuyển động rối Chuyển động dòng nước xác đònh phương trình Barnuli Vc2 Pt + + z = const 2g γ Trong vc - tốc độ dòng nước chạy tới tàu đứng yên g - gia tốc trường Ptc - áp lực tính γ - trọng lượng riêng chất lỏng z - chiều cao điểm quan sát mặt so sánh Trong trường hợp Z chiều sâu áp lực hạ xuống không đổi khoảng thời gian dài Vì chuyển Z sang vế phải cộng số Lúc viết phương trình dạng : Vc2 Pt + = const 2g γ (1) Phương trình xác đònh mực nước h1 ống pitô Chiều cao h0 cột nước ống thứ hai không phụ thuộc vào tốc độ tàu viết đẳng thức : Pt = const γ (2) Biểu thức (2) (1) cho phép ta xác đònh độ chênh mực nước ống pitô mực nước h ống thuộc áp lực tỉnh , Máy Đo Tốc Độ Page 31-07-2017 ∆h = h1 − h0 = nghóa : Vc2 Pt Pt Vc2 + − = (3) 2g γ γ 2g Công thức gọi phương trình tốc độ kế oler đưa khái niệm đấu tiên tốc độ kế thủy lực Trong cấu trúc tốc độ kế tốc độ Vc thường xác đònh cột nước ống pitô mà xác đònh theo áp lực động Pđ dòng nước mạn Nhân đẳng thức (3) với đại lượng trọng lượng riêng nước, ta có : Pđ = γ∆ h = k0vc2 V (4) Trong đo ùKo = γ / 2g Biểu thức (4) quan hệ mà ta phải tìm Pđ = f(vc) gọi phương trình tốc độ kế thủy Để làm điều người ta dùng bàu cân áp lực hình vẽ bên Độ xác tốc độ kế ng hưởng yếu tố bất thường : Những điều sơ đẳng tốc độ kế thủy lực trình bày không tính đến nhiều yếu tố bất thường ảnh hưởng tới độ xác tốc độ kế Nhưng yếu tố vỏ tàu chỗ đặt ống thu áp lực , mớn nước tàu chiều dày lớp nước theo tàu v.v… nh hưởng yếu kế xác đònh quan hệ không tuyên tính không biểu diễn giải tích Vì phương trình tốc độ kế (5_23) ta thêm vào hệ số hiệu Lúc phương trình có dạng : Pđ = k0vc2 Trong K ≠ K0 : hệ số Pitô xác đònh thực nghiệm trường thứ trình xác đònh số hiệu chỉnh tốc độ kế nói chung Máy Đo Tốc Độ Page 31-07-2017 Thực nghiệm cho ta thấy K = f ( v c ) viết cách gần theo phương trình đường thẳng: K = ε + b vc Trong a b _ hệ số thực nghiệm Mặt khác trường hợp chung quan hệ K = f ( v c ) mang đặc tính không tuyến tính bất ky Thực tế cho ta thấy hệ số K thay đổi theo thời gian số hiệu chung tốc độ kế phải thường xuyên xác đònh lại hệ số không tuyến tính K đặc biệt lớn tốc độ tàu bè Vì tốc độ nhỏ nơ số tốc độ kế không đáng tin cậy nh hưởng tàu lắc Khi tàu lắc độ xác tốc độ kế giảm nhiều, trước hết hậu chuyển động tàu bò dao động Lúc lớp nước chuyển động rối ảnh hưởng áp lực bất thường Ngoài ra, mặt nước có sóng sinh bọt không khí quan hệ P đ Vc lớp nước không khí không trước Do cần phải dùng biện pháp phụ đề loại bỏ bọt khí khỏi hệ thống thủy lực tốc độ kế Khi sóng lớn cấp dừng tốc độ kế thủy lực ích lợi Trong trường hợp bình thường tốc độ kế thủy lực đảm bảo xác đònh tốc độ tàu ( vc lớn nơ ) với độ xác 0,5 hải lý Máy Đo Tốc Độ Page 31-07-2017 ... dẫn điện Nếu cuộn dây ω có điện theo đònh luật cảm ứng Faraday trì vòng dẫn điện có sức điện động εo ta giả thiết xoleit chuyển động với tàu chuyển động với tốc độ V c : Lúc vòng sinh sức điện. .. ω cuộn cân ωK Dòng điện xoay chiều qua cuộn ω : nhờ mà xung quanh xolenoit hình thành điện từ trường mạnh Vì phận nhạy cảm tiếp xúc với nước mạn tàu chất dẫn điện nên cực điện mặt ống hình trụ... cao Ví dụ độ xác máy đo tốc độ MQR đo khoảng cách tàu qua khoảng 0,2%, tốc độ – gần 2% góc đạt gần 0,2% §2 Nguyên Lý Đo Tốc Độ Bằng Điện Từ Trường Nguyên lý hoạt động Tốc độ kế điện từ dựa nguyên