Двухфазный емкостной преобразователь угла

 

ДВУХФАЗНЫЙ ЕМКОСТНОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА., содержащий трансформатор питания , первый усилитель, первый дифференциальный конденсатор, образованный питающим и токосъемным электродами, распрложенными на неподвижных диэлектрических дисках с размещённым между ними подвижным экранирующим диском-электродом, причем первый выход трансформатора питания соединен с питающим электродом первого дифференциального конденсатора , отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей преобразователя и повьипения его точности, в преобразователе трансформатор питания выполнен со средней точкой, первый дифференциальный конденсатор с дополнительными питающими и токосъемными электродами/введены вторые усилитель и дифференциальный конденсатор , образованный питающими и токосъемными электродами, питакяцие электроды расположены на том же диэлектрическом диске, где расположены питающие электроды первого дифференциального конденсатора, причем питакяцие электроды первого дифференциального конденсатора размещены в двух противополржных квадрантах диэлектрического диска и образованы 2 +2 металлизированными секторами, а питающие электроды второго дифференциального конденсатора размещены в двух других противоположных квадрантах даэлектрического диска и образованы 2г мeтaJIлизиpoвaнными секторами, при этом для h 1 угловые размеры первых и последних металли-зированных секторов в квадрантах питающего электрода первого дифференциального конденсатора в два раза меньше угловых размеров остальных i металлизированных секторов обоих дифференциальных конденсаторов, при этом все металлизированные сектора питающих электродов объединены в Л -две кольцевые гребенки, размещенные одна в.другую, а токосъемные электра ды дифференциальных конденсаторов выполнены в виде четырех металлизированных секторов, размещенных нап ротйв своих питаняцих электродов в соответствующих квадрантах второго диэлектрического диска и отделены друг от друга заземленным контуром, подвижный экранирукнций диск-электрод имеет,- одинаковых окон и промежутков между ними с одинаковыми угловыми размерами, равномерно распределенными по окружности подвижного диска-электрода, при этом радиальные размеры окон меньше радиальных размеров металлизированных секторов питающих и токосъемных электрюдов дифференциальных конденсато ров, второй выход трансформатора питания соединен с питающим электродом второго дифференциального конденсатора , выходы токосъемных электродов дифференциальных конденсаторов соединены с входами соответствующих усилителей.

COI03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

W5D G 08 С 9 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3247223/18-24 (22) 06.02.81 (46) 23.07.83. Бюл. Р 27 (72) Н.A.Èâàíîâ, Б.A.Ñàðû÷åâ,Â.Ô.Руденко, П.П.Гараев, Б.A.Литваковскийи IO.А.Горюшин (53) 681.325(088.8) (56) 1. Ахметжанов А.А., Высокоточные системы передачи угла автоматических устройств. М., 1975, с. 53-58.

2. Авторское свидетельство СССР

М 598109, кл. G 08 С 9/02, 1978 °

3. Авторское свидетельство СССР

9 636468. кл. G 01 В 7/00, 1978. (54)(57) .ДВУХФАЗНЫЙ ЕМКОСТНОЙ ПРЕОБ»

РАЗОВАТЕЛЬ УГЛА, содержащий трансформатор питания, первый усилитель, первый дифференциальный конденсатор, образованный питающим и токосъемным электродами, расположенными на неподвижных диэлектрических дисках с. размещенным между ними подвижным . экранирующим диском-электродом, причем первый выход трансформатора питания соединен с питающим электродом первого дифференциального конденсатора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей преобразователя и повышения его точности, в преобразователе трансформатор питания выполнен со средней точкой, пер:вый дифференциальный конденсатор с дополнительными питающими и токосъемными электродами, введены вторые усилитель и дифференциальный конденсатор, образованный питающими и токосъемными электродами, питающие .электроды расположены на том же диэлектрическом диске, где расположены питающие электроды первого.дифференциального конденсатора, причем питающие электроды первого дифференциального конденсатора размещены в

„„Su„„1030825 А двух противоположных квадрантах диэлектрического диска и образованы и

2 + 2 металлизированными секторами, а питающие электроды второго дифференциального конденсатора размеще« ны в двух других противоположных квадрантах диэлектрического диска и образованы 2" металлизированными секторами, при этом для И 1 угловые размеры первых и последних металли-,зированных секторов в квадрантах питающего электрода первого дифференциального конденсатора в два раза меньше угловых размеров остальных. .металлизированных секторов обоих дифференциальных конденсаторов, при этом все металлизированные сектора Е Ф питающих электродов объединены в две кольцевые гребенки, размещенные одна в другую, а токосъемные электро ды дифференциальных конденсаторов выполнены в виде четырех металлизированных секторов, размещенных нап- Я ротив своих питающих электродов в соответствующих квадрантах второго диэлектрического диска и отделены друг от друга заземпенным контуром, подвижный экранирующий диск-электрод имеет.-2" одинаковых окон и промежутков между ними с одинаковыми угловыми размерами, равномерно распределенными по окружности подвижного диска-электрода, при этом радиальные размеры окон меньше радиальных размеров металлизированных секторов питающих и токосъемных электродов дифференциальных конденсато ров, второй выход трансформатора питания соединен с питающим злектродом второго дифференциального конденсатора, выходы токосъемных электродов дифференциальных конденсаторов соединены с входами соответствующих усилителей.

1030825

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к устройствам и элементам систем автоматического регулирования: и управОднако из-за технологических пог решностей рабочие зазоры в каждом из дифференциальных конденсаторов получаются не равными друг другу, что приводит к погрешности в форми.ровании фаз напряжений. Кроме того, .необходимость обеспечения точного взаимного смещения на угол — ста С

2 торйых электродов дифференциальных конденсаторов приводит к .Усложнению конструкции датчика из-за введения в нее механизмов подстройки.

Наиболее близким к изобретению

60 по технической сущности является двухфазный емкостной преобразователь угла, который содержит трансформа" 65 ления, и служит для преобразования угла поворота вала в электрические сигналы, преимущественно с электри-„ ческой редукцией угла, равной N = 2 для n = 2, 3, 4, 5 и т.д.

Известны двухфазные емкостные преобразователи угла, содержащие два 10 дифференциальных конденсатора, образованные диэлектрическими статором и ротором с нанесенными на- них токопроводящими полосками, являющимися подвижными и неподвижными электрода- 15 ми дифференциальных конденсаторов.

Электроды, расположенные на роторе, через емкостной токосъем соединены с источником питания, а электроды, расположенные на статоре, образуют g0 две параллельные цепи, выходное напряжение на одной из которых изменя.ется по синусоидальному, а на другой по косинусоидальному закону в функции угла поворота L1).

25 .Недостатком такого преобразователя является его сравнительно невысокая точность, обусловленная чувствительностью датчика к изменению зазора между подвижными и неподвижными электродами дифференциальных конденсаторов. Изменение зазора между электродами прож:ходит вследствие эксцентриситета, эллипсности и биений ротора относительно статора.

Известен двухфазный емкостной преобразователь угла, содержащий два дифференциальных конденсатора, статорные электроды которых выполнены в виде полых соосных полуцилиндров и размещены с взаимным смещением на 40

К угол 2 а электроды ротора выполнены в виде полуцилиндров Т»образного сечения и размещены между стенками йолуцилиндров. В этом преобразовате- 45 ле существенно уменьшено влияние радиальных биений ротора на точность преобразования 2 3. тор питания с регулируемой и нерегулируемой обмотками, дифференциальный конденсатор, образованные неподвижными питающим и токосъемным электродами с размещенными между ними экранирующим электродом. Питающий электрод дифференциального конденсатора подключен к нерегулируемой обмотке трансформатора, а его токосъемные электроды через компаратор токов и формирующий усилитель подключены к регулирУемой обмотке трансформатора. В этом емкостном преобразователе может быть достигнута более высокая точность преобразования по сравнению с предыдущими преоб разователями, поскольку величина за зора в дифференциальном конденсаторе является постоянной и не зависящей от перемещения, а модуляция, электростатического поля в зазоре конденсатора в функции перемещения осуществляется с помощью экранирующего электрода, биения которого в значительно меньшей степени влияют на погрешность преобразования (33.

Однако известный емкостной преобразователь угла обладает тем недостатком, что с его помощью формируется только одна фаза напряжения, например синусная. Поэтому его невозможно испольэовать в системах дистанционной передачи угла с электрической редукцией и в измерителях рассогласования позиционных следящих систем. Для получения двух фаз напряжения, — синусной и косинусной, необходимы два указанных емкостных моста, объединенных в одной конструкции и сдвинутых относительно друг друга в пространстве на угол г

В этом случае конструкция преобразо. вателя в целом существенно усложняется и кроме того возникает дополнительная погрешность в формировании фазных напряжений, поскольку зазоры в обоих дифференциальных конденсаторах невозможно сделать равными друг другу, т.е. преобразователь приобретает те же недостатки, которые свойственны рассмотренному выше устройству.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей и повы» шение точности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в двухфазном преобразователе угла, содержащем трансформатор питания, первый усилитель, первый дифференциальный конденсатор, обра" зованный питающим и токосъемным электродами, расположенными на неподвижных диэлектрических дисках с размещенным между ними подвижным экранирующим диском-электродом, причем первый выход трансформатора пи1030825

На фиг. 1а, б, в представлены электроды. дифференциальных конден-. саторов двухфазного емкостного 60 преобразователя; на фиг. 2 - преобразователь в сборе.

Преобразователь содержит неподвижный статорный диэлектрический диск 1, питающие электроды 2 и 3 у5 тания соединен с питающим электродом первого дифференциального конденсатора, трансформатор питания выполнен со средней точкой, первый дифференциальный конденсатор выполнен с дополнительными питающими и токосъемны- 5 ми электродами; введены вторыз усилитель и дифференциальный конденсатор, образованный питающими и токосъемными электродами, питающие электроды расположены на том же ди- 1О электрическом диске, где расположены питающие электроды первого дифференциального конденсатора, причем питающие электроды первого дифференциального конденсатора размещены в двух 15 противоположных квадрантах диэлектрического диска и образованы 2" + 2 металлизированными секторами, а пи; тающие электроды второго дифференци-;; ального конденсатора размещены в ;щ двух других противоположных квадрантах диэлектрического диска и образованы 2 металлизированными секторами, при этом дпя И ) 1 угловые размеры первых и последних металлизированных секторов в квадрантах питающего электрода-первого дифференциального конден-сатора в два раза меньше угловых размеров остальных металлизированных секторов обоих дифференциальных конденсаторов, при этом все металлизированные сектора питающих электродов объединены в две кольцевые гребенки, размещенные одна в другую, а токосъемные электроды дифференциаль.ных конденсаторов выполнены в виде четырех металлизированных секторов, размещенных напротив своих питающих электродов в соответствующих квадрантах второго. диэлектрического диска и отделены друг от друга защем- 40 ленным контуром, подвижный экранирующий диск-электрод имеет 2" окон и промежутков между ними с одинаковыми угловыми размерами, равномерно распределенными по окружности подвижного диска-электрода, при этом радиальные размеры окон меньше радиальных размеров металлизированных секторов питакщих и токосъемных электродов дифференциальных конденсаторов, второй выход трансформатора питания соединен с питающим электродом второго дйфференциального конденсатора, выходы токосъемных электродов дифференциальных конденсаторов . .соединены с входами соответствующих усилителей. дифференциальных конденсаторов, не— подвижный (статорный диэлектрический диск 4 токосъемных электродов, токосъемные электроды 5 первого дифференциального конденсатора, токосъемные электроды 6 второго дифференциального конденсатора, заземляемый охранный контур 7, подвижный экранирующий диск-электрод 8, трансформатор 9 питания, усилители 10 и 11, Изображенный на фиг. 1 в качестве примера преобразователь имеет электрическую редукцию n =. 2 = 8 (й =3), т.е. за один оборот ротора преобразователя на 360 огибающие напряжений, формируемых на выходах усилителей

10 и 11, совершат 8 электрических периодов колебаний; Причем один электрический период колебаний совершается при повороте ротора преобразователя на угол

О(. =

2 И

Для того, чтобы огибающие выходных напряжений преобразователя бы.ли сдвинуты по фазе-друг относительно друга на 90 эл.град. на диэлектри-. ческом диске 1 часть питающих элект- родов 2 и 3, относящаяся к первому дифференциальному конденсатору и расположенная на 1-ом и ф-ем квадрантах указанного диска, содержит

2 + 2 = 10 металлизированных сектои ров, а часть питающих электродов

2 и 3, относящаяся к второму дифференциальному конденсатору и расположенная во П-ом и 1У-ом квадрантах диска, содержит 2" 2 8 металлизированных секторов. Угловые размеры металлизированных секторов, расположенных в начале и в конце 1-го и ill-гО квадрантов, равны - - -, т.е. они в два раза меньше угловых размеров остальных секторов, которые равсСо: ны . Фактические угловые размеры указанных секторов меньше на угловой размер диэлектрического промежутка

У между секторами, который выбирается из условия технологической выполнимости.

Все металлизированные сектора диска объединяются в две гребенки такюе образом, что если выбрать за начало отсчета начало 1-го квадранта, то все нечетные сектора 1-го и П-го квадрантов объединяются в одну гребенку, например внутреннюю (фиг. 1а), а все четные сектора - в наружную гребенку. В Щ-м и Q -ом квадрантах сектора объединяются наоборот. Таким, -образом, получаются питающие электроды 2 и 3 обоих дифференциальных

1030825 конденсаторов, которые подсоединяются к противоположным фазам напряже- ния питания, получаемого от обмоток трансформатора 9. Электрическое поле, создаваемое питающими электродами 2 и 3, проецируется через ок-, на экранирующего электрода 8 на токосъемные электроды 5 и б, расположенные на втором статорном диэлектрическом диске 4. Этот диск ориентируется по отношению: к диску с питаю- 0 щими электродами таким образом, чтобы одноименные квадранты дисков находились напротив друг друга. В этом случае 1-ые и И-и квадранты дисков образуют 1-й дифференциальный кон- «5 денсатор, а П-е и 1у-е.квадранты дисков образуют 2-й дифференциальный конденсатор. Токосъемные электроды занимают все пространство квадрантов ь для предотвращения. токов "утечки" с токосъемных электродов одного дифференциального конденсатора на токосъемные электроды другого дифференциального конденсатора отделены друг от друга заземленным охранным контуром 7.

Экранирующий диск-электрод 8 имеет 2" = 2 = 8 окон и столько же промежутков между ними. Угловые раз" меры окон и промежутков одинаковы и

Be равны — Радиальные размеры окон

2 диска должны выбираться меньше радиальных размеров сектора питающих и токосъемных электродов с тем, чтобы при наличии радиальных биений окна диска не выходили за пределы рабочих зон секторов питающих и токосъемных электродов. Конкретные радиальные размеры элементов электродов выбираются исходя из ожидаемых радиальньп<40 биений. Экранирующий диск-электрод

8 может быть выполнен как из металла, так и в виде металлизированного рисунка на диэлектрическом диске. В первом случае толщина его может быть 45 небольшой и соответственно увеличивается рабочая емкость конденсаторов

Однако в этом случае необходимо материал диска выбирать с учетом одинаковости температурных расширений статорных и роторного ди<;ков. Во втором случае материал всех дисков будет одинаковым, но рабочая емкость конденсаторов будет меньше из-за увеличейия рабочего зазора на величину толщины экранирующего диска-электро-55 да 8.

Бсли совместить координатные оси дисков по фиг. 1а, б, в и собрать преобразователь так, как.показано на

Фиг. 2, то в исходном положении на 40 токосъемные электроды 5 через окна экранирующего диска-электрода 8 проецируются равные площади секторов п игающих электродов 2 и 3, подключенных к противоположным фазам напряжения питания, получаемого с обмо= ток трансформатора 9.

Следовательно, результирующий емкостной ток в суммирующей точке усилителя 10 будет равен нулю и выходное напряжение 0,,(d) также равно нулю. В то же время на токосъемные электроды 6 через окна экранирующего диска-электрода 8 проецируются сектора питающего электрода 3 и на выходе усилителя 11 имеет место максимум напряжения 0 (М) . При вращении экранирующего электрода 8 в ту ипи иную сторону происходит изменение проецнруемых площадей питающих электродов 2 и 3 на токосъемные электроды 5 и б, что приводит к увеличению напряжения 0<(4)и уменьшению напряжения 0 (<). При перемещении экранирующего электрода на угол, равный «-, огибающие обоих напряжений <)< (<) и 0< (/) совершают один полный электрический период изменения амплитуды, При дальнейшем перемещении экранирующего электрода электриче<."кие процессы в преобразователе повторяются.

Предлагаемый двухфазный преобразователь отличается от известных тем, что позволяет сформировать обе фазы напряжений при наличии только трех рабочих элементов конденсатора.

Причем рабочая емкость образуется только двумя неподвижными статорными дисками, что обеспечивает одинаковость и относительную стабильность ее в обоих дифференциальных конденсаторах.

Расположение рабочих элементов конденсаторов в противоположных квад рантах позволяет исключить влияние неравномерностей рабочего зазора на величину емкости конденсаторов и уменьшить влияние радиальных биений на погрешность преобразования. A npu полной соосности двух из трех дисков преобразователя и при соответствующем выборе радиальных размеров электроцов данная конструкция преобразователя позволяет исключить влияние радиальных биений на погрешность преобразования. В этом случае ошибка от радиальных биений будет постоянной величиной, не зависящей от угла поворота ротора преобразователя в пределах рабочего зазора.

Предлагаемый преобразователь может иметь и цилиндрическую конструкцию рабочих электродов. В этом случае радиальные биения ротора практически не вызывают появления угловой пог решности преобразования.

ВНИИПИ Заказ 5216/50 Тираж 618 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4