Устройство для измерения угловых перемещений

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат: повышение точности измерения. Сущность: устройство содержит формирователь синусоиды, трансформаторный датчик угла, дифференциальный усилитель, устройство выборки-хранения, блок управления и синхронизации, аналого-цифровой преобразователь, регистр данных, генератор, измерительный резистор и схему температурной компенсации. Выход схемы температурной компенсации соединен с третьим входом устройства выборки-хранения, а вход соединен со вторым входом трансформаторного датчика угла и с измерительным резистором. 4 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений различных объектов, а именно для преобразования ограниченного угла поворота вала в код, когда нецелесообразно применять сложные, полнооборотные и дорогие датчики (редуктосины, СКВТ и пр.).

Известен преобразователь перемещений (В.Г.Домрачев, В.Р.Матвеевский, Ю.С.Смирнов. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений. М.: «Энергоатомиздат», 1987, с.58), содержащий П-образный магнитопровод, выходные обмотки которого соединены с элементами сравнения СС1, СС2, СС3, выходы которых подключены к шифратору Ш, содержащему элементы НЕ1, НЕ2, НЕ3 и И1, И2, И3, на выходах которых формируется позиционный код перемещения.

Недостатком данного преобразователя является низкая точность преобразования, обусловленная большой дискретностью измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения угловых перемещений по RU 2313764 С1, 27.12.2007, МПК G01B 7/30, содержащий формирователь синусоиды, трансформаторный датчик угла, дифференциальный усилитель, устройство выборки-хранения, аналого-цифровой преобразователь, регистр данных, блок управления и синхронизации и генератор.

Это устройство выбрано в качестве прототипа.

Недостатком этого устройства является погрешность, обусловленная температурной нестабильностью параметров трансформаторного датчика. Это происходит в результате того, что при воздействии температуры изменяется сопротивление обмоток трансформаторного датчика, что приводит к изменению выходного измеряемого напряжения.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности преобразования устройства для измерения угловых перемещений за счет использования дополнительной функции изменения напряжения на измерительном резисторе от температуры трансформаторного датчика угла для коррекции измеряемого напряжения, т.е. для компенсации температурной погрешности трансформаторного датчика угла.

Для достижения поставленной задачи в устройство для измерения угловых перемещений, содержащее формирователь синусоиды, выход которого соединен с первым входом трансформаторного датчика угла, выходы которого соединены с входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом устройства выборки-хранения, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления и синхронизации, а выход соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со входом регистра данных, а второй вход соединен со вторым выходом блока управления и синхронизации, третий выход которого соединен с входом формирователя синусоиды, а вход соединен с генератором, введены измерительный резистор и схема термокомпенсации, выход которой соединен с третьим входом устройства выборки-хранения, а вход соединен со вторым входом трансформаторного датчика и с измерительным резистором.

Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена блок-схема устройства для измерения угловых перемещений, на фиг.2 - принципиальная схема блока управления и синхронизации, устройства выборки-хранения и аналого-цифрового преобразователя, на фиг.3 - эпюры напряжений устройства для измерения угловых перемещений, на фиг.4 - схема температурной компенсации.

Устройство для измерения угловых перемещений содержит формирователь 1 синусоиды, трансформаторный датчик 2 угла, дифференциальный усилитель 3, устройство выборки-хранения 4, аналого-цифровой преобразователь 5, регистр 6 данных, блок управления и синхронизации 7, генератор 8, измерительный резистор 9, схему температурной компенсации 10.

Устройство работает следующим образом.

На вход трансформаторного датчика 2 угла подается синусоидальное напряжение с выхода формирователя 1 синусоиды.

Выходное синусоидальное напряжение трансформаторного датчика 2 угла подается на вход дифференциального усилителя 3. Усиленное до необходимой величины напряжение U_ду, поступает на вход устройства выборки-хранения 4.

Последовательно с входной обмоткой трансформаторного датчика 2 включен измерительный резистор 9. Напряжение U_Rизм, падающее на измерительном резисторе 9, является функцией от температуры, т.к. при изменении температуры изменяется сопротивление входной обмотки трансформаторного датчика угла 2, т.е. перераспределяются падающие напряжения на входной обмотке трансформаторного датчика угла 2 и на измерительном резисторе 9. Напряжение U_Rизм поступает на вход схемы температурной компенсации 10, где выпрямляется и усиливается до необходимой величины.

На выходе схемы температурной компенсации 10 появляется напряжение

U_стк=К·(±ΔU_Rизм),

где К - коэффициент передачи схемы температурной компенсации;

ΔU_Rизм - величина температурного изменения напряжения на измерительном резисторе.

Схема температурной компенсации 10, приведенная на фиг.4, с помощью переменного резистора R3 настраивается так, что при нормальной температуре на выходе присутствует нулевое напряжение. При изменении температуры в ту или другую сторону от номинальной на выходе схемы термокомпенсации 10 появляется положительное или отрицательное напряжение ±ΔU_Rизм.

Напряжение U_стк подается на вход устройства выборки-хранения 4. В устройстве выборки-хранения 4, показанном на фиг.2, это напряжение поступает на инвертирующий вход усилителя U3, где суммируется с измеряемым напряжением, корректирует его, осуществляя, таким образом, температурную компенсацию. Резистор R8 в устройстве выборки-хранения, подбирается таким образом, чтобы температурное изменение корректирующего и измеряемого напряжений имело одинаковую величину. В результате эти изменения, имеющие одинаковую величину и противоположные знаки, будут взаимно компенсироваться, и колебания температуры не будут оказывать влияния на измеряемое напряжение, повышая точность измерения угла.

Скомпенсированное измеряемое напряжение U_увх с выхода устройства выборки-хранения 4 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 5, где преобразуется в цифровой код N=f(α), пропорциональный углу поворота чувствительного элемента трансформаторного датчика угла. Момент запуска преобразования U_ду в цифровой код задерживается на время Δt для исключения влияния переходных процессов. Процессы формирования синусоиды, выборки-хранения и аналого-цифрового преобразования синхронизированы частотой генератора 8. Положение выборки на синусоиде U_ду выбирается из условия необходимой крутизны выходной характеристики трансформаторного датчика угла.

На фиг.3 показаны эпюры выходных напряжений.

Введение схемы температурной компенсации позволило существенно повысить точность преобразования.

Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.

Данное устройство испытано на макетном образце. Результаты испытаний свидетельствуют о достижении поставленной задачи. ФГУП НПОПМ предполагает использовать это техническое решение на штатных изделиях.

Устройство для измерения угловых перемещений, содержащее формирователь синусоиды, выход которого соединен с первым входом трансформаторного датчика угла, выходы которого соединены с входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом устройства выборки-хранения, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления и синхронизации, а выход соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом регистра данных, а второй вход соединен со вторым выходом блока управления и синхронизации, третий выход которого соединен с входом формирователя синусоиды, а вход соединен с генератором, отличающееся тем, что в него введены измерительный резистор и схема температурной компенсации, выход которой соединен с третьим входом устройства выборки-хранения, а вход соединен со вторым входом трансформаторного датчика угла и с измерительным резистором.