Дискретный датчик угла поворота вала

 

ЭФВ4жЮЗмлн

МТВз С Ю-ТЕХУБ1СЯф(ейблйотека МБА

Союз Советских

Социалистических

Республик

<> 467386

О Л И С А

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву ЛЪ— (22) Заявлено 20.04.73 (21) 7915652/18-24 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Оп бликовано 15.04.75. Бюллетень Хо 14 (51) М.Кл. б 08с 9/02

Государственный комите1

Совета Министров СССР

OO делам изобретений и открытий (53 ) УД К 68 7.34 (088.8) Дата Опуо1пковаппя описания 19.7 1.75 (72) Автор пзоорстеппя

Ю. Н. Грехов (71) Заявнгсль (54) ДИСКРЕТНЫЙ ДАТЧИК УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА

Устройство относится к системам автоматического контроля и регулирования.

Известны дискретные датчики угла поворота вала, содержащие электрический конденсатор, выполненный в виде концентрично расположенных цилиндрического ротора и статора с обкладками, причем обкладки ротора в этих датчиках подключены к источникам переменных напряжений, сдвинутых по фазе на 90, а обкладки конденсатора статора подключены ко входам усилителей, выходы которых соединены с преобразователем фазового сдвига в код.

Недос1а т ком извеc TIII,Ix датчиков является тр1 дпость дости кения Высокой 10чности Ilpp.- 7 г образования угла псворота вала в цифровой код. ra трудность вызывается в известных датчиках тем, что обкладки конденсаторов в них имеют достаточно сложную форму, при которой электрическое поле конденсаторов сильно искажается.

Предлагаемый дискретный датчик угла поворота вала отличается тем, ITo, с целью повышения точности работы устройства, Оокладкп ротора и статора выполнены в виде прямых отрезков проводника, а усилители расположены внутри цилиндрического статора.

На чертеже представлена схема дискретного датчика угла поворота вала.

Он содержит ротор 1, кинематически жестко 30 связанный с контролируемым объектом (на чертеже не показан), и статор 2, жестко связанный с основанием датчика.

На роторе 1 закреплены обкладки 3 — 6 с элек1рическими выводами 7 — 10 двух электрических конденсаторов, представляющие собой отрезки прямых тонких проводников. Обкладки этих конденсаторов расположены так, что электрическая ось ноля обкладок 3 и 4 повернута в пространстве на угол 90 по отношению к оси электрического поля обкладок 5 и 6, На статоре 2 жестко закреплены обкладки 11 и 12 с электрическими выводами 13 и 14 еще одного конденсатора.

Противоположные обкладки 3 и 4, 5 и 6, 11 и 72 конденсаторов имеют осевую симметрию относительно оси 00 контролируемого вала.

Внутри статора 2 с целью получения минимальной длины соединительных проводов и минимальной паразитпой емкости расположены в непосредственной близости к обкладкам

11 и 12 предварительные усилители 15 и 16 выходного сигнала датчика. Эти усилители должны иметь минимальную входную емкость (например, эта емкость должна быть меньше, чем на порядок по сравнению с емкостью обкладок 11 и 12), а также большое входное сопротивление, соизмеримое с сопротивлением изоляции. Такие высокие качества усилптелей 15 и 16 можно получить с помощью применения полевых транзисторов.

Предложенный датчик угла поворота вала содержит также генератор 17 и преобразователь 18 разового сдвига в код.

Ротор 1 датчика имеет возможность поворачиваться вместе с контролируемым валом вокруг оси 00 на угол у.

Генератор 17 генерирует два равных по величине напряжения U1 =,U синусоидальной формы, сдвинутые по фазе относительно друг друга на 90 . Преобразователь 18 преобразует величину фазового сдвига вь1ходного спгнала U- относительно напряжения (71 в цифровой код.

U1 = Umsin (. (1)

U2 — — С »сов(в(.

Процесс преобразования угла у новорота вала в электрический выходной сигнал датчика

U"i» происходит следующим образом.

Результирующее электрическое поле между обкладками 3 — 6 получается вращающимся в пространстве с угловои скоростью (в при подаче па эти обкладки напряжений U; и Ь от генератора 17.

Разность потенциалов в та ом по.".г ..:ежду симметрично расположенными точками крепления обкладок 11 и 12 на статоре 2 можно выразить следующей формулой: (2) где: т1 — расстояние точек крепления обг(падок

11 и 12 от осп 00, т — расстояние точек крепления обкладок

3 и 4 от осп 00, г!1. — фазовый сдвиг;

1=у+Ь где: у — угол поворота ротора 1 по отношению к статору 2; (— дополнительный фазовый сдвиг, вызываемый нелинейностью линий поля электрической напря>кен11ости конденсаторов.

При этом весьма важно, что функциональная зависимость этого дополнительного фазового сдвига от угла поворота ротора (у) строго определяется конкретным конструктивным исполнением датчика, что позволяет этот фазовый сдвиг полностью скомпенсировать.

В случае большого входного импеданса усилителей 15 и 16 разность напряжений па входах этих усилителей близка по величине приведенной выше разности потенциалов iN(p между точками расположения обкладок 11 и 12.

Принимая коэффициенты усиления по напряжению усилителей 15 и 16, например, равны10 ми единице, можно написать следующее выражение для выходной разности потенциалов

U ° .. этих усилителей: т

0»ы»=Л(р=- — Umsin ((1г+1!1) . (4) (2

Сравнивая выражения (4) и (2) с выражением I для напряжения U1, видим, что утол у поворота вала можно определить измерением фазового сдвига между напряжениями U1 и

U». и вычитанием из результата измерения фазового сдвига ф определенной поправки с (у), т. е. (5) т=Ф Б(у).

Предмет изобрете и и я

Дискретный датчик угла поворота вала, со"5 держащий конденсатор, выполненный в виде концентрично расположенных цилиндрических ротора и статора с обкладками, причем обкладки ротора подключены к источникам переменных напряжений, сдвинутых по фазе на

4п 90, а обкладки статора подключены ко входам усилителей, выходы которых соединены с преобразователем фазового сдвига в код, отгичаюи!ийся тем, что, с целью повышения точности датчика в работе, обкладки ротора и статора выполнены в виде прямых отрезков проводника, а усилители расположены внутри цилиндрического статора.

2» Измерение фазового сдвига ф и введение строго определенной поправки (у) выполняется с высокой точностью, например, с помощью преобразователя 18 фазового сдвига в цифру с элементами, вносящими поправку (у) в результат преобразования.

467386

Составитель В. Рыгалнн

Тсхред М. Семенов

1 едактор Е. Семанова

Корректор А, Степанова.Заказ 4258

Изд. ¹ 1416 Тираж 679 Подписное

LI1 II lI IHII Государственного комитета Совета Мшн|стров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5

Обл, тип. Костромского управления издательств, полиграфии и книжной торговли