Индукционный датчик угла поворота

 

СО)ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 Н 02 К 24 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИч (21) 3731864/24-07 (22) 26.04.84 (46) 15.01.86. Бюл. Р 2 (72) А.M.Ñóòîðìèí и В.Г.Кавко (53) 621.314.24(088.8) (56) Ахметжанов A.À. и др. Индукционный редуктосин. М.: Энергия, 197 1, с. 5-10.

Пульер Ю.M. и др. Индукционные электромеханические функциональные преобразователи. М.: Энергия, 1969, с. 93-96. (54)(57) ИНДУКЦИОННЫЙ ДАТЧИК УГЛА

ПОВОРОТА, содержащий статор с сосредоточенными обмотками, одна из которых является обмоткой возбуждения, а другая — выходной, и безобмоточный явнополюсный ротор, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, статор выполнен в виде двух одинаковых аксиально смещенных пакетов, каждая из обмоток возбуждения и выходная обмотка выполнены из двух секций, на каждом пакете установлены по одной секции обмотки возбуждения и выходной обмотки, пакеты статоров развернуты вокруг оси на угол ь О(равный 1 — 2, секции обмотки возбуждения соединены параллельно, датчик снабжен «блоком преобразования, к входам которого подключены секции выходной обмотки, реализующим зависимость . """ -— 2 "7

N() =XP()()

Ье „аоС где c4 — угол поворота ротора;

8(a) — зависимость выходного кода от угла поворота — функциональная зависимость выходных напряжений секций обмоток от угла поворота.

) и*(()

P и (м) где 1(,(ю ) -идеальная (линейная) выходная зависимость блока преобразования от угла поворота ротора; N р (ы)— выходная зависимость блока преобразования беэ поправочного коэффициента.

1205237

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах автоматического регулирования и преобразования информации, в частности в преобразователях угла поворота вала в цифровой код.

Целью изобретения является повышение точности преобразования угла поворота в электрический сигнал.

На фиг. 1 изображен датчик, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез

А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — электрическая схема индукционного датчика на фиг. 4 — структурная схема блока преобразования; на фиг. 5 — выходные характеристики индукционного датчика.

Индукционный датчик содержит общий ротор 1 и два статора 2 и 3, установленных в корпусе 4 с относительным разворотом друг относительно друга (.см. фиг. 1). Обмотки возбуждения и выходные обмотки выполнены сосредоточенными и размещаются взаимно перпендикулярно в четырех пазах каждого статора. Обмотки возбуждения 5 и 6 (фиг. 3) соединяются параллельно и подключаются к источнику 7 переменного напряжения с выходным напряжением

I ив Н л з 1п

На выходных обмотках датчика 8 и

9 формируются сигналы

Б0, - Uù sinytf, (м+ — ") К, и

U = U sinztf,(- 2)K< () где К вЂ” коэффициент, учитывающий температурные погрешности (самого датчика и источника переменного напряжения); и f — функциональные зависимо2 сти выходных напряжений датчика от угла поворота ротора 1.

Поскольку эти зависимости определяются лишь геометрией магнитопроводов, то с высокой степенью точностй можнО принять f) = f2 = f. Сигналы

U0, и 002 с выходных обмоток 8 и 9 датчика подаются в блок преобразования !0, который, во-первых, определяет отделение суммы напряжений и У 2 к их разности в цифровом виде

1 о О2 и, во-вторых, умножает полученный

1Î результат N. (x) на поправочный коэффициент К (N):

М(а) = К,(Ы) Ы (к), I где N (a) — выходной и-разрядный двоичный код блока преобразования 10.

Из выражения (2) видно, что величина ИР(К) не зависит ни от частоты с>t, ни от амплитуды U> выходного напряжения источника 7 переменного напряжения, ни от коэффициента температурной погрешности. Например, при линейной зависимости напряжений выходных обмоток от угла поворота ротора 1,т.е. при f=K из уравнения (2)

I следует: N (a) = 2й/ Ь при синусоP идальной N (a) = ctg 2 tg, при

401

Н! ll DL

ЗО косинусоидальной N (<) ctg — ctgW.

1 2

Рассмотренные частичные случаи подтверждают вывод о том, что получаемая в результате преобразований по формуле (2) величина кода

Ир() определяется только углом начального разворота Ь о статоров 2 и 3 и углом поворота oc, причем, изменяя величину Ь Ы, можно в ши40 роких пределах варьировать крутизну выходной характеристики Nр().

Следовательно, зависимость И (К) представляет собой стабилизированную (приведенную) характеристику индукционного датчика, I

Поскольку при простой геометрии магнитопроводов и сосредоточенных обмотках датчика высокую линейность выходного напряжения от угла пово5в рота получить невозможно, для уменьшения погрешностей полученная величина И (М) домножается на поправочный (тарировочный) коэффициент

К (N), который определяют экспери55 ментально, и записывается в постоянное запоминающее устройство.

Рассмотрим подробнее работу блока преобразования 10 (фиг. 4).

1205237

Блок преобразования содержит два трансформатора 11 и 12, первичные обмотки которых подключены к выходным обмоткам датчика, имеющих по две вторичных обмотки, включенные последовательно для получения сигнала c MbI Uq = UI +Uo и встречно для получения сигнала разности Uz

= Up — )),, фазочувствительные выпрямители 13 и 14 для демодуляции напряжений UI и U соответственно: и =sign(aig (f(a)+ ) -f(ac л i )j

v, = к,v„(gig+ —,") «<- —,I) Выпрямленное выпрямителем 15 выходное напряжение U фазочувствитель5 ного выпрямителя 13 поступает на один вход компаратора 16:

v„=)v,) = )к,п, (g(+ —,")+i((3) N() в "4 K (N)

+ ) — f(<- — )1.

Ьоб hC

2 z к, и„и() („, KP N (4) Управляемый делитель 17 (его коэффициент передачи) управляется выходным кодом постоянного запоминающего устройства 19, которое своими адресными (входными) шинами подключено к выходным шинам реверсивного счетчика

20 и к знаковому разряду, сформированного нуль-органом 21, т. е. делитель 17 служит для введения поправочного (тарированного) коэффициента K P(N). Управляемый умножитель 18 вместе с реверсивным счетчиком 20 (счетный вход которого С подключен к задающему генератору 22, а вход направления счета "Ф1" — к выходу компаратора 16) и компаратором 16 представляет собой контур аналогоцифрового уравновешивания (аналогоцифровой преобразователь), поэтому в на другой вход которого поступает напряжение с выхода фазочувствмтельного выпрямителя 14 через управляемый де— литель 17 и управляемый умножитель 18: установившемся режиме напряжения на обоих входах компаратора 16 равны с точностью до цены младшего разряда, т. е. U5 = U . Учитывая (3) и (4) и выражая выходную величину N(II .), получим:

lI) ф+- —",)(N(<) ="р{N). (5)

Таким образом, выходной блок преобразования Н(К) с учетом знакового разряда (на выходе блока Н011) пред ставляет отношение суммы напряжений 10, и По выходных обмоток датчика к их разности и, следовательно, не зависит от напряжения возбуждения датчика и других дестабилизирующих факторов,. а введение в стабилизированную (приведенную) характеристику тарировочного коэффициента К (N) поP зволяет значительно уменьшить погрешность преобразования от нелинейности (см. фиг. 5).

На фиг. 5 приведены выходные характеристики датчика, иллюстрирующие процесс введения поправочного коэффициента (характеристики для упрощения показаны лишь в одном

30 квадрате):

N (ot) — зависимость выходного

P кода от угла поворота без введения поправочного коэффициента

Л (a) — идеальная (линейная)

35 зависимость;

К „к(N) — зависимость поправочного коэффициента, полученная экспериментально путем деления зависимости и„в(<4) на зависимость N (е4) р ) (N) — реальная (синтезированная

Р

b ПЗУ) зависимость поправочного коэффициента от величины выходного кода

45 nN (a)- погрешность преобразова(М N„+(<)) учета поправочного коэффициента> ьИ (Ы,)- пОгрешность преобразова50 ния индукционного датчика, т. е. с учетом поправочнorо коэффициента КP(N) .

Индукционный датчик при своей конструктивной простоте и простоте

55 электронных узлов, входящих в него, обладает повышенной линейностью и нечувствительностью к дестабилизи,рующим воздействиям.

1205237

1205237

Н

"thorax

О

Io а

О

Фиг.

ВНИИПИ Заказ 8537/56 Тираж 645 Подписное филиал ППП "Патент", r.ужгород, ул.Проектная,, 4