Способ регулирования датчика угловых перемещений

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия. Цель достигается за счет того, что гармонические в-ходные напряжения выбирают квадратурными и подают одновременно на питающие обмотки двухфазной кольцевой обмотки статора, ротору в статоре датчика сообщают постоянную скорость вращения, а взаимное расположение витков рамочной обмотки изменяют в функции рассогласования сдвига по фазе напряжения на выходной рамочной обмотке статора и идеальной передаточной характеристики датчика, развернутой во времени. 4 ил. (Л С

C0lO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„. Ж„„1781672 А1 (я)5 G 05 В 23/02, G 01 В 7/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ „:- ;, :.," ""ч

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Технологическая инструкция "Проверка и формовка обмоток статоров" ТЩ

25.089,00025, BHllO "Потенциал", Харьков, 1981, с, 7. (21) 4702942/24 (22) 08,06,89 (46) 15.12,92. Бюл. ¹ 46 (71) Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро по погружному электрооборудованию для бурения скважин и добычи нефти Всесоюзного научно-производственного обьединения "Потенциал" (72) А,И.Бару, M,Н.Салимон и К.B,Øåïèëü (56) Авторское свидетельство СССР

N1439538,,кл,,G 05 В 23/02, 1987.

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для определения качества и регулировки датчиков угловых перемещений.

Известен датчик угловых перемещений, который включает диэлектрический статор с двухфазной и однофазной обмотками и р0тор. Двухфазная обмотка статора выполнена кольцевой, однофазная — рамочной, а ротор — в виде двух рядов чередующихся ферромагнитных и немагнитных металлических сеКТороВ, тангенциально смещенных один относительно другого на 90 эл.град; В датчике с целью применения его в режиме фазовращателя или синус-косинусного поворотного трансформатора применяется синусоидальное распределение рамочной обмотки ее секционированием или синусоидальное распределение тангенциальных (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАТЧИКА

УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Цель изобретения — повышение точности и быстродействия.

Цель достигается за счет того, что гармонические входные напряжения выбирают квадратурными и подают одновременно на питающие обмотки двухфазной кольцевой обмотки статора, ротору в статоре датчика сообщают постоянную скорость вращения, а взаимное расположение витков рамочной обмотки изменяют в функции рассогласования сдвига по фазе напряжения на выходной рамочной обмотке статорэ и идеальной передаточной характеристики датчика, развернутой во времени, 4 ил. размеров секторов ротора в многополюсных датчиках, что обеспечивает высокую ли- а нейность характеристики преобразования, электрическую редукцию измеряемого угла. рЪ ювао

Датчики угловых перемещений являются основной, например; первичных преобразователей, используемых в практике бурения скважин для инклинометрии сква- M жин и угла установки отклонителя при ориентировании на забое отклоняющей компоновки в процессе направленного бу- д рения скважины, обладающих высокой точностью, частично определяемой уровнем технологии производства;

Известен способ диагностики работоспособности датчиков, реализуемый в известном устройстве, с помощью которого могут быть выявлены как датчики с полной потерей работоспособности, так и датчики с

1781672 входной (0 x) и выходной рамочной (Овца) обмотках, например, с помощью осциллографа. . Коэффициент прямого прохождения определяется по формуле

К (Вым. 1 00 (, Usx

Такая же последовательность операций повторяется для другой фазы входной кольцевой обмотки.

В случае превышения коэффициентом прямого прохождения заданного значения осуществляется формовка лобовых частей рамочной обмотки путем изменения взаимного расположения витков.

Для этого подают стабильное напряжение рабочей частоты на одну из контролируемых фаз обмотки, а напряжение на

50 изменением их метрологических характеристик.

Контроль датчиков осуществляется путем сравнения их выходных параметров, предполагая, что погрешности или неисп- 5 равности как минимум трех датчиков не могут быть одинаковыми.

Известный способ используется лишь для контроля работоспособности и не предусматривает регулировку передаточной 10 характеристики датчика, Кроме того, известный способ имеет ограниченную область применения, т.е. не обеспечивает индивидуальный контроль каждого датчика, и сложен в реализации. 15

Известен способ регулирования датчика угловых перемещений, работающего в режиме фазовращателя, который используется в йроцессе производства блоков датчиков системы телеметрической типа СТЭ, серийно изготавливаемой на 03 СКТБПЭ

ВНПО "Потенциал".

Контроль датчика осуществляют в процессе контроля статора по коэффициенту прямого прохождения сигнала по напряже- 2 нию (К) после намотки обмоток статора.

Необходимая точность и повторяемость характеристик статоров обеспечивается достижением минимального коэффициента прямого прохождения сигнала по напряжению на рабочей частоте за счет формовки лобовых частей рамочной обмотки статора путем изменения взаимного расположения витков.

Определение коэффициента прямого прохождения осуществляется следующим образом.

На одну из фаз двухфазной кольцевой обмотки статора подают стабильное входное напряжение с рабочей частотой, а к выходной рамочной обмотке подключают резистор с заданным значением сопротивления.

Измеряют напряжения на указанных выходной рамочной обмотке, нагруженной на заданное сопротивление, наблюдают на осциллографе. Определяют полюс. приложение к которому пластины из немагнитного металла (медь, .латунь, алюминий), приводит к уменьшению выходного сигнала с рамочной обмотки. Лобовая часть этого полюса, прилегающая к данной кольцевой обмотке, подлежит формовке. Лопаткой из диэлектрика увеличивают расстояние между витками указанной обмотки на всех одноименных полюсах (через один).

Формовка осуществляется до получения минимального сигнала на выходе рамочной обмотки датчика, обеспечивающего значение коэффициента прямого прохождения не более допустимого, Эту же операцию повторяют для другой фазы кольцевой обмотки.

Предлагаемый способ позволяет корректировать погрешность датчика, в процессе контроля статора, ползьзуясь косвенным показателем — величиной коэффициента прямого прохождения сигнала по напряжению..

Использование в качестве сигнала задания для изменения взаимного расположения витков рамочной обмотки значения коэффициента прямого прохождения, осуществление изменения расположения витков на выходной рамочной обмотке после проведения измерений и расчета коэффициента прямого прохождения для каждой фазы двухфазной кольцевой обмотки, а также отсутствие контроля датчика статора в динамике по известному способу приводит к низкой точности контроля, недостаточному быстродействию способа, что определяет большой процент брака и низкую производительность. Кроме того, в процессе формовки лобовых частей рамочной обмотки только статора не может быть использована возможность компенсации факторов, проявляющихся в динамическом режиме и влияющих на точность, путем изменения геометрии витков рамочной обмотки друг относительно друга, что возможно при прямых методах контроля и регулирования. .. Целью изобретения является повыше- ние точности и быстродействия способа регулирования, Поставленная цель достигается тем, что в способе регулирования датчика угловых перемещений путем подачи входных напряжений на каждую из фаз двухфазной кольцевой обмотки статора,. контроля датчика по выходному сигналу рамочной обмотки статора, сравнения контролируемого сигнала с заданным и, в случае отклонения, формовки лобовых частей рамочной обмотки статора

1781672 посредством измерения взаимного расположения витков, в отличие от известного, перед подачей входных напряжений на кольцевые обмотки статора в него устанавливают ротор, в процессе вращения которого с постоянной скоростью, подают одновременно на обе фазы кольцевой обмотки входные квадратурные напряжения, контролируют выходной сигнал с рамочной обмотки и изменяют взаимное расположение ее витков.

Вращение ротора с постоянной скоростью при подаче квадратурных входных напряжений одновременно на обе фазы двухфазной кольцевой обмотки (штатный режим работы датчика угловых перемещений в режиме фазовращателя) дает возможность наблюдать . передаточную характеристику датчика в функции угла поворота во всем диапазоне измеренйя угловых величин в виде непрерывной кривой, что позволяет, воздействуя на геометрию витков в процессе формования лобовых частей рамочной обмотки статора приближать полученную реальную характеристику к идеальной, компенсируя воздействием на рамочную обмотку суммарную погрешность датчика, Это позволяет п конечном итоге получить датчик с MMHMMBilbHo возможной погрешностью измерений, Ни один из известных способов регулирования и контроля фазовых датчиков такой возмо>кности не дает, т.к. там подвергаются регулировке otдельные узлы и сводятся к минимуму влияющие факторы по одиночке, а не все вместе, что не дает возможности получить снижение суммарной погрешности за счет одних воздействий другими, Технические решения, имеющие аналогичную совокупность существенных признаков для решения поставленной задачи, в научной и патентной литературе не найдены.

На фиг,1 приведена функциональная схема установки для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 — временные диаграммы; на фиг,3 — схемы намотки фаз кольцевой и рамочной обмоток; на фиг.4— характер влияния на выходную крййую погрешности датчика немагнитной пластины.

Датчик угловых перемещений 1, установленный без наружного корпуса, приводится во вращение электродвигателем 2 с постоянной скоростью вращения ротора 3.

Скорость вращения двигателя 2 выбирается, во-первых, из условия обеспечения допустимой постоянной скорости вращения ротора для данного датчика, во- вторы х, что- бы, например, период вращения (время одного оборота) для достаточной точности измерения превышал йапряжения частоты питания хотя бы в 360 раз (в этом случае точность измерения будет составлять 1%).

При необходимости получения более

5 точной настройки датчиков это соотношение увеличивают, Например, при частоте напряжения питания датчика — 10 кГц и квантовании измерения выходных" фазовых сдвигов в 1О, период вращения равен

10 100 10 360 = 36 мсек или не более

1600 об/мин. Кроме того, при выборе скорости необходимо исходить из удобства работы оператора 4 и требования получения устойчивой картины нэ экране осциллогра15 фа 5, что определяется типом выбранной аппаратуры.

Постоянная скорость вращения ротора

3 датчика необходима для получения неискаженной кривой передаточной характе20 ристики датчика 1. В противном случае на ней в моменты изменения скорости будут возникать перегибы кривой, что приведет к неверной оценке погрешности.

Входные кольцевые питающие обмотки

25 6 и 6 датчика 1 подключаются к генератору синус-косинусного напряжения 7 (квадратурного), а выходная рамочная обмотка 8 подключена К0 входу.аналогового фэзометра 9. Для включения датчика угловых пере30 мещений необходима запитка его питающих обмоток 6 и 6 киадратурным напряжением, амплитуда которого определяется исходя из исклвчения насыщения магнитной системы датчика с одной сторо35 ны, и получения достаточной амплитуды выходного сигнала (хотя бы на уровне сотен милливольт), с другой стороны. Выходной сигнал рамочной обмотки 8 имеет вид переменного найряжеИия частоТы входного сиг40 нала, причем его фазовый сдвиг относительно любого из выходных напряжений пропорциойален угловому положению ротора 3 датчика 1 относительно статора 10, развертка которого представле45 на на фиг.4. Передаточная характеристика идеального синус--косинусного поворотного

-рансформатора (СКВТ) в ре>киме фазовращателя определяется формулой

50 p= Ка, где у> — фаза выходного сигнала обмотки

8; . К вЂ” коэффициент, определяемый конструкцией CKHT и равный числу пар полюсов

55 11; а — угол поворота ротора СКВТ.

Передаточная характеристика реального CKI3T отличается от идеальной на величиHу yГ10грешности г)(9) 1781672

35

45

Аналоговый фазометр 9 производит непрерывное измерение сдвига фазы выходного напряжения рамочной обмотки 8 О хд датчика 1.относительно одного из питаю щих напряжений обмоток 6 и 6 (например, 1 синуса идеального), поданного от генератора квадратурных напряжений 7. Выходное, напряжение Оф фазометра 9 имеет пилообразную форму; его период равен периоду . вращения ротора 3 датчика, и в каждой точке оно пропорционально фазовому сдвигу выходного напряжения датчика Ue xp отно сительно выбранного опорного, выходное напряжение фазометра 9 Оф представляет собой передаточную характеристику датчика 1, развернутую во времени за один оборот двигателя 2. Причем погрешность ддатчика 1 выражается в нелинейности формы напряжения Оф.

Сигнал с выхода фазометра 9 подается на первйй дифференциальный вход двухлучевого осциллографа 5.

Для синхронизэции начала хода луча осциллографа 5 с началом пилообразного напряжения Оф(йулевой фазовый сдвиг) на вход осциллографа 5 (внешняя синхронизация) через формирователь 12 (дифцепочка) йодается сигнал синхронизации О идхр в Момейт йерехода текущей фазы выхода датчика 1 через О.

Также синхронно с выходным напряжением фазометра 9 генератор пилообразного напряжения 13, подключенный к выходу фазометра 9, выдает пилообразное напряженйе U», частотой и амплитудой равное найряжению выхода фазометра 9, т.е. кривые Оф и О» имеют равную частоту и амплитуду. Следовательно кривая 0» представляет собой идеальную передаточную характеристику датчика 1, развернутую во временй за 1 оборот.

Кривые 0» и Оф отличаются друг от дру га только на величину напряжения ОД, пропорцйонального погрешности датчика 1 (ua()й д(у)).

С помощью осциллографа 5 произво дйтся вычитание кривых Оф и О», т.к. они поданы на дифференциальные входы, в результате чего на экране осциллографа 5 прорисовывается кривая напряжения Од пропорциональното погрешности датчика

1, Зная амплитуду выходного напряжения фазометра 9, которая соответствует 360о,и, измеряя на осциллографе 5 напряжение Оф, при сравнении этих величин можно определить погрешность датчика 1 в любой точке его передаточной характеристики, что и производится, например. оператором 4,который, в случае превышения погрешности датчика 1 допустимой величины, производит формовку лобовых частей ("а" на фиг.3) рамочной обмотки 8, контролируя постоян-. но погрешность д датчика 1 по осциллограI

5 фу 5, до достижения погрешности, например, минимального уровня д

Таким образом образуется замкнутая система регулирования датчика 1 в функции погрешности с учетом всех электрических и

10 конструктивных влияющих факторов.

Формовка лобовых частей ("а" на фиг,3) рамочной обмотки 8 производится в следующем порядке.

Определяют Ilollloc 11 оамочной обмот15 ки 8 (см, фиг.4), приложение к которому пла- . стины 14 из немагнитного материала (медь, алюминий и др,) приводит к уменьшению погрешности датчика 1(уменьшению напряжения Од на экране осциллографа 5).

20 Лобовые части ("а") данного полюса подвергают формовке, т.е. лопаткой из диэлектрика изменяют расстояние между витками рамочной обмотки 8, а также одной из питающих 6 и 6, При правильной геометрии

25 рамочной обмотки 8 и кольцевых обмоток 6 и 6, витки которых должны быть пэраллельI ны, погрешность датчика 1 определяется асимметрией магнитных цепей, неравномерностью зазоров и эксцентриситетом.

Это приводит к различным коэффициентам передачи от кольцевых обмоток к рамочной и по полюсам 11 и в каждой точке положения ротора 3, что приводит к погрешности датчика 1; т.к. идеальный датчик имеет равные коэффициенты передачи в любой точке.

Изменение коэффициентов передачи может быть осуществлено изменением геометрии лобовых частей обмоток 8 и 6, 6, т.е. изме3 нением угла между витками этих обмоток.

Это и выполняется оператором путем уплотнения паза витков обмотки 8, изменением конфигурации витков, увеличением расстояния между витками рамочной обмотки во всех одйоименных полюсах, При этом даже незначительное изменение конфигурации лобовых частей витков обмотки 8 приводит к значительному изменению погрешности датчика 1, Формовка лобовых частей прекращает50 ся при достижении датчиком 1 минимальной погрешности.

Использование предложенного спасо:

6а для регулирования датчика угловых перемещений обеспечивает повышение точности благодаря возможности формовэния лобовых частей выходной рамочной обмотки одновременно с контролем погрешности датчика в штатном режиме ра1781672 боты при наличии ротора, что позволяет компенсировать все влияющие на погрешность факторы, а также повышение быстродействия благодаря исключению поочередного контроля фаз кольцевых обФормула изобретения . Способ регулирования датчика угловых перемещений, в соответствии с которым на каждую иэ питающих обмоток двухфазной кольцевой обмотки статора подают гармоническое входное напряжение, измеряют напряжения на одной из питающих обмоток двухфазной кольцевой обмотки статора и на выходной рамочной обмотке статора, формируют контролируемый сигнал, сравнивают его с заданным сигналом и при рассогласовании осуществляют формовку лобовых частей выходной рамочной обмотки статора посредством изменения взаимного расположения .витков рамочной обмотки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, дополнительно перед подачей входных напряжений сообщают ротору в статоре датмоток и формовки для каждого периода измерения необходимых при использовании в качестве сигнала, в функции которого производится регулировка датчика. козффици5 ента прямого прохождения. чика постоянную скорость вращения. допустимую для данного датчика, входные напряжения, выбирают квадратурными и их подают на питающие обмотки двухфазной кольцевой обмотки статора одновременно, а также измеряют сдвиг по фазе напряжения на выходной рамочной обмотке статора относительно напряжения на одной из питающих обмоток двухфазной кольцевой обмотки статора, причем контролируемый сигнал формируют в виде пилообразной формы, развернутой во времени с периодом, равным периоду вращения ротора в статоре датчика. и по амплитуде, пропорциональной измеренной величййе сдвига по фазе, а заданный сигйал формируют в виде идеальной передаточной . характеристики датчика, развернутой во времени с тем же периодом.

1781672.Фала 4

Составитель А. Бару

Техред М.Моргентал

Корректор Е. Папп

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 538 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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