Преобразователь угла поворота вала в напряжение

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого соединена с двумя обмотками сельсина, третья обмотка которого соединена с первым выводом первого резистора фазосдвигающей цепи, выводы вторичной обмотки трансформатора соединены со входами регулятора уровня сигнала, один из вьгаодов вторичной обмотки трансформатора соединен через конденсатор с шиной нулевого потенциала, которая соединена со средним выводом первичной обмотки трансформатора, обмотка питания сельсина соединена со входом нуль-органа , вькоды которого через первый переключатель соединены со входом по рогового детектора, выход которого через блок задержки соединен со входом первого элемента проверки масштаба преобразования и с первым входом элемента памяти, выход регулятора уровня сигнала через последовательно соединенные избирательный фильтр, анализатор знака и блок выделения фронта импульса подключен ко входу второго элемента проверки масштаба преобразования и ко второму входу элемента памяти, выходы которого через второй переключатель подключены к первому входу первого ключа, второй вход которого соединен с выходом источника эталонного напряжения, а покдлючен ко входу интегратора, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности преобразователя , в него введены второй резистор фазосдвигающей цепи, второй ключ, элемент знакового согласования модулятор длительности ш-тульса, генератор импульсов, дифференциальный усилитель и интегрирующий преобра (О зователь периода сети в напряжение, выход анализатора знака соединен через интегрирующий преобразователь периода сети в напряжение с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с источником эталонного ю напряжения, а выход - с первым входом модулятора длительности импульса, Ji 00 О) второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход соединен через элемент знакового согласования с управляющим входом второго ключа, управляющие входы которого соединены с выводами второго резистора фазосдвигающей цепи, первый вывод которого соединен со вторым выводом первого резистора фазосдвигающей цепи, а второй - с одним из выводов вторичной обмотки трансформатора .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН,SU,,;, 1124360

3(59 ч 08 С 9 04.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPGKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (?1) 3625655/24-24 (22) 22.07.83 (46) 15.11.84. Бюл. У- 42 (72) В.П. Счеславский, Е. Г. Тихонов, В.П.Козлов, 10.И.Грибанов и В.М.Панченко (53) 681. 325 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 475647, кл. Cj 08 С 9/04, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 750536, кл. С 08 С 9/04, 1978 (прототип). (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВО- .

РОТА ВАЛА В НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого соединена с двумя обмотками сельсина, третья обмотка которого соединена с первым выводом первого резистора фазосдвигающей цепи, выводы вторичной обмотки трансформатора соединены со входами регулятора уровня сигнала, один из выводов вторичной обмотки трансформатора соединен через конденсатор с шиной нулевого потенциала, которая соединена со средним выводом первичной обмотки трансформатора, обмотка питания сельсина соединена со входом нуль-органа, выходы которого через первый переключатель соединены со входом по. рогового детектора, выход которого через блок задержки соединен со входом первого элемента проверки масштаба преобразования и с первым входом элемента памяти, выход регулятора уровня сигнала через послеловательно соединенные избирательный фильтр, анализатор знака и блок выделения фронта импульса подключен ко входу второго элемента проверки масштаба преобразования и ко второму входу элемента памяти, выходы которого через второй переключатель подключены к первому входу первого ключа, второй вход которого соединен с выходом источника эталонного напряжения, а выход покдлючен ко входу интегратора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены второй резистор фазосдвигающей цепи, второй ключ, элемент знакового согласования модулятор длительности импульса, генератор импульсов, дифференциальный о усилитель и интегрирующий преобрае зователь периода сети в напряжение, выход анализатора знака соединен через интегрирующий преобразователь С периода сети в напряжение с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, инвертирующий вход которо., го соединен с источником эталонного напряжения, а выход — с первым входом е модулятора длительности импульса, . р второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход соединен через элемент знакового согласования с управляющим входом © второго ключа, управляющие входы которого соединены с выводами второго резистора фазосдвигающей цепи, первый вывод которого соединен со вторым выводом первого резистора фазо- Ф сдвигающей цепи, а второй — с одним из выводов вторичной обмотки трансформатора.

Ф 11

Изобретение относится к автомати-. ке и может найти применение в тех нике электропривода как элемент ав- . торегулирования.

Область преимущественного применения - технологический контроль положения реакторных стержней ядерных установок.

Известен преобразователь угла поворота вала в напряжение, содержащий согласующие усилители, выходы

>которых подключены к двум выходам элемента сравнения и через резисторы - ко входам фазосдвигающего усилителя, выходы которого подключены к усилитеЛю-ограничителю, третий вход элемента сравнения соединен с входом формирователя импульсов, подключенного через трансформатор к ротору сельсина-датчика, второй выход формирователя импульсов подключен ко входу триггера, выход элемента сравнения через триггер соединен соответственно со вторым и третьим переключателями, соединеннымн со входами фазосдвнгающего усилителя Я

Недостатком известного преобразователя является наличие погрешности из-за нестабильности частоты питания сельсина.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь угла ловорота вала в напряжение, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого соединена с двумя обмотками сельсина, третья обмотка которого соединена с первым выводом первого резистора, выводы вторичной обмотки трансформатора соединены с выводами регулятора, один из выводов вторичной обмотки трансформатора соединен через емкость с обшей шиной, которая соединена со средним выводом первичной обмотки трансформатора, обмотка .питания сельсина соединена со входом, I нуль-органа,.выходы которого через первый переключатель соединены со входом порогового детектора, выход которого через блок задержки соединен со входом первого элемента проверки масштаба преобразования и с первым входом элемента памяти, выход регулятора уровня сигнала через последовательно соединенные избирательный фильтр, анализатор знака и блок вселения фронта импульса подключен ко входу второго элемента проверки масштаба преобразования и ко второму входу элемента памяти, выходы ко24360 2 торого через второй переключатель подключены к первому входу ключа, второй вход которого соединен с выходом источника эталонного напряжения а выход подключен к входу интегратора j2) .

Недостатком известного преобразователя является наличие погрешности из-за нестабильности частоты питания сельсина.

1О

Отклонение частоты сети на отдель ных промышленных объектах между пиками ее нагрузки и спада достигает

+5 от среднего значения. Это приводит к отличию масштаба составляющих векторов синуса и косинуса.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя за счет устранения погрешностей, связанных с нестабильностью частоты питающей сельсии-датчик сети.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в напряжение, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого соединена: с двумя обмотками сельсина, третья обмотка которого соединена с первым выводом первого резистора фазосдвигающей цени, вы30 води вторичной обмотки трансформатора соединены с входами регулятора уровня сигнала, один иэ выводов вторичной обмотки трансформатора соединен через конденсатор е шиной нулевого потенциала, которая соединена со средним выводом первичной обмотки трансформатора, обмотка питания сельснна соединена со входом нульоргана,, выходы которого через первьй переключатель соединены со входом

40 порогового детектора, выход которого через блок задержки соединен со входом первого элемента проверки масштаба преобразования н с первым входом элемента памяти, выход регу45 лятора уровня сигнала через последовательно соединенные избирательный фильтр, анализатор знака и блок выделения фронта импульса подключен ко входу второго элемента проверки масштаба преобразования и ко второму входу элемента памяти, выходы которого через второй переключатель подключены к первому входу первого ключа, второй вход которого соединен

55 с выходом источника эталонного напряжения, а выход подключен ко входу ,интегратора, введены второй резистор фазосдвигающей цепи, второй ключ, 1124360

5S

3 элемент знакового согласования, модулятор длительности импульса, генератор импульсов, дифференциальный усилитель и интегрирующий преобразователь периода сети в напряжение, .выход анализатора знака соединен через интегрирующий преобразователь периода сети в напряжение с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, инвертирующий вход кото- 1О рого соединен с источником эталонного напряжения, а выход — с первым входом, модулятора длительности импульса, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход соединен через элемент знакового согласования с управляющим входом второго ключа, управляющие входы которого соединены с выводами второго резистора фазосдвигающей цепи, первый вывод которого соединен со вторым выводом первого резистора фазосдвигающей цепи, а второй — с одним из выводов вторичной обмотки трансформатора.

2S

На чертеже приведена блок-схема преобразователя угла поворота вала в напряжение.

Преобразователь угла поворота вала в напряжение содержит сельсин

1, трансформатор 2, конденсатор 3 и резистор 4 фазосдвигающей цепи, регулятор 5 уровня сигнала (потенцио. метр выравнивания коэффициентов сложения действительного.и квадратурного сигналов), избирательный фильтр

6, анализатор 7 знака, блок 8 выделения фронта импульса, элемент 9 памяти (триггер), элемент 10 проверки масштаба преобразования, нульорган 11 (пиковый трансформатор), 40 первый переключатель 12 (переключатель фиксированного смещения), пороговый детектор 13, блок 14 задержки, второй переключатель 15 (переключатель реверса), ключ 16, источник

17 эталонного напряжения, интегратор

18 (масштабный интегрирующий усилитель), резистор 19 фазосдвигающей цепи, ключ 20, элемент 21 знакового согласования, модулятор 22 длитель50 ности импульса, генератор 23 импуль, сов, диф4юрещ иальный усилитель 24, интегрирунщий пееобраэователь 25 периода сети в напряжение.

Преобразователь угла поворота вала

:в напряжение работает следующим образОие

На резистор 4 и трансформатор 2 подают сигналы 3-секционной обмотки сельсина 1 или уравновешенных синхрон. ных сельсинных передач. При помощи трансформатора 2 с отводом от средней точки первичной обмотки эти сигналы приводятся к виду двух сигналов взаимно перпендикулярных направлений:

По сигналу одного направления введен фазовый сдвиг. Активное сопротивление резистор@ 4 фазосдвигающей цепи выбрано много большим, чем емкостное сопротивление на частоте питающей сети конденсатора 3 фазосдвигающей цепи. При этом фазовый сдвиг этого сигнала на частоте питающей сети близок к 90О. Второй сигнал передается трансформатором 2. Коэффициенты передачи сигнала интегрирующей цепи и сигнала, передаваемого без фазового сдвига трансформатором 2, выравниваются регулятором 5.

На емкости 3 векторное напряжениеравно U = -0„, cosy сочы1, а второе векторное напряжение на выходной обмотке трансформатора 2 равно U

= 0 sing ein4)t, . Сложение этих векторных напряжений выполнено путем носледовательного соединения источников этих напряжений. В результате сложения обоих векторов получается третий вектор вида 01 = -UùСо (g +(A ) с по с то я иной ампл итудой и фаз овым сдвигом, определенным угловым положением ротора сельсина 1.

По действительной составляющей (без фазового сдвига) проходят помехи высших гармоник, вызванные напряженным магнитным режимом сердечника сельсина 1, по квадратурной составляющей эти помехи подавляются фазосдвигающей цепью (резисторы 4 и

t9). Сигнал результирующего вектора в реальных условиях включает искаже ния высших гармоник, прошедших по действительной составляющей, перемещаемые по фазе в зависимости от положения ротора сельсина 1. Эти искажения выравниваются избирательным фильтром 6. Отфильтрованный сигнал полученного напряжения с фазовым сдвигом по частоте питающей сети, олределенным угловым положением ротора сельсииа 1, представляется логическим сигналом анализатора 7 знака, ва4деляется один из фронтов этого сигнала блоком 8 и подается на вход триггера 9. Триггер 9 фиксирует изменением своего состояния прохождеS 11243 ние этого импульса, например сбросом, в нулевое состояние. Сигнал опорной фазы питающей сети через нуль-орган

11, формирующий импульс при смене знака напряжения сети поступает на вход порогового детектора 13, отбирающего импульс одного знака, который задерживается блоком 14 задержки с регулируемой установкой времени задержки. Время задержки устанавли- 10 вается с возможностью ее вариации в пределах половины периода питающей сети,:перекрытие второй половины периода питающей сети достигается при помощи переключателя 12 фикси-рованного смещения. Задержанный импульс поступает на другой вход триггера 9 и возводит его в единичное состояние, в котором он находится до поступления импульса смены знака.

Импульсы выхода триггера 9 с часто той сети поступают на вход управления ключа 16, который на время импульса триггера 9 в пределах периода питающей сети, пропорциональное 25 угловому положению ротора сельсина

1 в пределах оборота, подключает источник 17 ко входу интегратора 18, который усредняет эти импульсы, коэффициент передачи которого задан отношением величин сопротивления резисторов на входе и в цепи обратной связи, таким образом, что изменение положения g ротора сельсина 1 в пределах 0-360 отвечает линейному изменению выходного сигнала в преде35 лах стандартного диапазона. Преобразователь работает также в обращенном режиме, когда за нуль отсчета принято время смены знака результи40 рующего модуля с переменным фаэовым сдвигом и отсчитывается относительно . него несоответствие фазы сети. В этом случае переключатель 15 реверса переводится в другое положение, 45 переключая прямой выход триггера 9 на инверсный.

При реальных измерениях не всегда имеется возможность симитировать начальное или конечное значение диапазона, в этом случае по прикраще50 нию определяют положение переключате ля 15 реверса, а затем выставляют напряжение на выходе преобразователя переключателем 12 смещения и установкой блока 14 задержки по соS ответствию его текущему значению углового положения ротора сельсина 1 или синхронно следящих систем. Эле60 6 менты 10 проверки масштаба представляют кнопки, при их нажатии входы триггера 9 установки в состояние л11 11 I I, 0 или 1 замыкаются на шину нуле— вого потенциала, фиксируя его в этих состояниях и обеспечивая имитацию начала и конца диапазона измерения.

Начало диапазона характеризуется нулевым коэффициентом заполнения HM пульсов триггера 9, а конец - единичным значением.

Кроме того, с выхода анализатора знака 7 прямоугольные импульсы с частотой, питающей сельсин 1, поступают на интегрирующий преобразователь

25 периода питающей сети в напряжение. Его выходное напряжение, пропорциональное периоду колебаний сети вида g (4) = КТ (Ы); т(ы =,, где

21r (.)

U(t) — выходное напряжение; Т вЂ” период сети, k — коэффициент соответствия, g — частота сети, подается на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 24, а на его инвертирующий вход поступает постоянная величина источника 17 эталонного напряжения.

С выхода дифференциального усилителя 24 напряжение подается на вход управления модулятора 22 длительности импульса, на его второй вход поступают импульсы генератора 23 импульсов.

Эти импульсы при помощи элемента

21 знакового согласования, например в виде логического инвертора, приводятся к виду сигнала пауз, с тем же временным соотношением

tniT„ = О,(7), где 01(Т) — напряжение на выходе дифференциального усилителя, — период колебаний генератора 23 импульсов, tn — время межимнульсных пауз.

Этот сигнал подается на вход управления ключа 20, который открыт импульсами и заперт в течение межимпульсных пауз. Когда дополнительный ключ 20 открыт, его сопротивление пренебрежимо мало, оно шунтирует резистор 19 фазосдвигающей цепи. При запертом состоянии дополнительного ключа 20 в схеме участвует сопротивление резистора 19 полностью. В схеме с основным резистором 4 и конденсатором 3 фазосдвигающей цепи для сигнала низкой частоты сети, питаю7 11 щей сельсин 1, эквивалентное сопро тивление дополнительного резистора

19 и ключа 20 изменяется в пределах

0 c R > < R 3 . Через параметры управляющего ключа 20 импульсного сигнайа

1 это эквивалентное сопротивление выражено в виде R = tn /Т, Яа, где эквивалентное сопротивление резистора 19 ключа 20 ц — сопротив° а ление резистора 19.

Для устранения погрешности преобразователя, связанной с нестабильностью частоты напряжения, питающей сельсин 1 сети, необходимо обеспечить постоянный и независимый от частоты коэффициент передачи фазосдвигающей цепи, который обеспечивается при условии

Хс — = conSt

Я, где Х вЂ” сопротивление конденсатора

С

3, представляющее линейную функцию от периода колебаний сети, п — полное активное сопротивление резистора 4 фазосдвигающей цепи и резистора 19, которое при помощи интегрирующего преобразователя 25 периода сети в напряжение, дифференциального усилителя 24, генератора 23 импульсов, модулятора 22 длительности импульса, элемент 21 знакового согласования и ключа 20 с резистором 19 фазосдвигающей цепи выражено так же как и

Хс в виде линейной от периода сети

О Э где 0 — сопротивление резистора фазосдвигающей цепи, " — эквивалентное сопротивление ключа 20 резистора 19 в фазосдвигающей цепи.

Полное активное сопротивление фазосдвигающей цепи также выражено в виде

"и "о+ R3 пСТ через управляющий сигнал ключа 20.

Непосредственно через частоту сети полное активное сопротивле-.

24360 ние фазосдвигающей цепи выражено в виде

R„*Ro Ê,Яа(т-С), где М, — коэффициент усиления дифференциального усилителя 24, — постоянная величина, эквивалентная периоду опорной частоты сети.

Эта функция относительно длительности периода, так же как и сопротивление конденсатора 3 Х представляет линейную функцию периода Т при выборе Rs / Ио ъ 2 6Т /Т.

При выборе коэффициента нужного усиления дифференциального усилителя 24 достигается пропорциональность функций Х и 9< для заданного диапазона возможных отклонений частоты сети, питающей сельсин 1, т.е. коэф,фициент передачи фазосдвигающей цепи частотонезависим, а погрешности преобразователя sa счет нестабильности частоты питающей сети исключены. р5 При этом выполняются равенства аX< riТ т* Я„

Коэффициент усиления дифференциаль ного усилителя 24 равен

Ro

)( "а

В результате исключения ошибки в масштабе мнимого модуля при отклоне«

35 нии частоты питающей сети существенно повышается точность, линейность и стабильность характеристики преобразователя угла поворота вала в напряжение.

Предлагаемое устройство может най ти широкое применение как средство контроля положения стержней управле ния ядерного реактора в системах

45 контроля состояния топливных элементов в ядерной энергетике, повышая точность оценки их состояния, что позволяет более полно использовать ядерное топливо, а это, в свою очередь, может принести существенную

50 экономию за счет выработки дополнитель - ной энергии на сэкономленном сырье °

1124360

Составитель А.Сидоренко

Техред Т.Фанта Корректор о-ТигоР

vl (/

Редактор С. Тимохина

Филиал ППП "Патент", г; Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 8287/41 Тираж 568 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5