Кодирующий преобразователь перемещения

Авторы патента:

G08C9/02 - Системы для передачи измеряемых переменных величин, управляющих или подобных сигналов (пневмогидравлические передающие системы F15B; чувствительные элементы для определенных физических переменных см. в соответствующих подклассах, например классов G01,H01; индикаторные или регистрирующие устройства см. в соответствующих подклассах, например G01D,G09F; механические средства для преобразования выходного сигнала чувствительного элемента в различные переменные величины G01D 5/00; мостовые схемы с автоматической балансировкой G01R; управление положением вообще G05D 3/00; механические системы управления G05G; системы для передачи только сигналов "включено-выключено", системы для передачи сигналов тревоги G08B;

(и, 643936

ОПИСАНИЕ е @сл блми

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) ЗаЯвлено 02.08.76(21) 2393398/18-24

Z (51) М. Кл (j 08 С 9/02 с присоединением заявки № т

Гесудюретвеины9 крыатет

СССР пе делам нзебретеней а еткрытмй (23) ПриоритетОпубликовано 25.01.79.Бюллетень М 3

Дата опубликования описания 08.02.79 (53) Удк 681.325 (088.8) r

С. П. Григорян, A. А. Тер-Хачатуров и Ю. В. Ц1ербиний " -"., 1

r j " " l э»

»Ф I

Научно-исследовательский и проектный институт по хЬмйлйКЩой .,i „" г: - -, автоматизации нефтяной и химической промышленности(72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) КОНИРУЮЩИЙ ПРЕОБРА ЗОВАТ ЕЛЬ

ПЕРЕМЕШЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в технике линейных и угловых измерений, в автоматике и т.д.

Известны преобразова тели .ремещения, содержащие емкосгно-чувствительные элементы, высокочастотный генератор, соединенный со входом порогового устройства 1

Известный преобразователь не обладает высокой точностью.

1О

Наиболее близким техническим реигением к предложенному является кодирующий преобразователь перемещения, содержащий трансформатор напряжения, соединенный с емкосгным датчиком по мостов.й схеме j2) .

В указанном устройстве трансформаторный мост осуществляет сравнение суммарной емкости плеч дифференциального конденсатора с емкостью подстроечного конденсатора. Благодаря гому, что функция зависимости суммарной емкости плеч дифференциального конденсатора or nepoмещения имеет ось: симметрии относительно оси. емкостей, существуют две гочки равенства суммарной емкости плеч дифференциального конденсатора и емкости подстроечного конденсатора. С целью получения пороговой зависимости выходного напряжения or перемещения устройство снабжено узкополосным усилителем, включенным в цепь обратной связи моста. Благодаря этому, в зависимости отю полярности включения первичйой обмотки трансформатора напряжения, в устройстве возникают автоколебания либо за пределами интервала между точками равенства емкостей, либо внутри интервала.

Причем, если автоколебания возникают внутри интервала, то,получаются три пс роговые точки, если автоколебания возникают за пределами интервала, то получают две точки.

Таким образом, в указанном устройстве число порогов принципиально ограничено гремя.

В43936

Бель изобретения - повышение точнос- ти преобразователя путем увеличения числа порогов.

Поставленная дель достигаетса тем, что в кодирующий пвеобпазователь введены подстроечные «онденсаторы, фазочувствительные детекторы, элементы НЕ и И, трансформатор напряжения выполнен с дополнительной вторичной обмоткой, основная вторичнаа обмотка которого выпол, нена с отводами, причем каждый отвод через соответствующий подстроечный кон денсатор соэдиней со сйедней пластиной емкостного да чика, крайние пластйны которого соединены с началом и конном осйовной вторичной обмотки трансформатбра напражениа, сигнальный вход rtamtoro фазОчувствительного детектора подключен нараллельно соответствующему

"подстроечному конденсатору, вь|ходы фазочувствительных детекторов соединены с первая входами соответствующих элементов И и через соответствующий элемент HB - со вторым входом предыдущего элемента И, опорные входы фазочувствительных детекторов .объединены и подключены к дополнительной вторичной обмотке трансформатора напряжения.

На чертеже представлена схема многопорогового кодирующего преобразователя перемещения.

Кодирующий преобразователь перемещения содержит: трансформатор 1 напряжения, основная вторичная обмотка которого выдолнена с отводами 2 g дополнительную обмотку 3, емкостный дат.чик 4 (с переменным зазором) подстроечные конденсаторы 5 - }, фазочувствительные детекторы 6g.g логические элементы НЕ 7g@ и логические элементы И 8g(g j) крайние пластины 9 да -

1 чика, средние 10, Схема описываетса следующей системой уравнений:

J Ж + > К 6

ЗО ЪО+ЗР2=КЗЕ

° ° ° ° ° Ф ° ° ° ° ° ° °

° Ф ° ° ° ° ° Э ° о+ н =Кое

Jo o 5oX КФб

)о Pq"»»" +М=< гдето и Xz - емкостные сопротивления о соответственно верхнего и нижнего плеч емкостного датчика 4;

g„g, „,7, - емкостные сопротивления подстроечных конденсаторов 5;

0О И 3 - токи через верхнее и нижнее плечи емкостного датчика;

М,,и2... gg - отношения числа витков в отводах 2 gg к числу витков. первичной обмотки трансформатора;

К - отношение полного числа витков вторичной обмотки к чйслу витков . первичной обмотки трансформатора напряжения;

g К,„Q< - токи через1подстроечные конденсаторы;

3 - напражение на, первичной обмотке трансформатора.

При перемещении средней пластины емкостного датчика 4. от верхнего край не1о положения к нижнему напряжению в

29 точках 2 < .ц последовательно проходит о через нуль и меняет фазу íà 180 . Момент равенства нулю напряжения (тока) в точке х соответствует следующим соотношениям между элементами преобра2$ зователю (из анализа системы уравнений(1) .к„и -к к -к к„-к, й+...+

ОА ОА Э п (2).

Р4омент равенства нупю rtartpsntterrrrtr (тока) в точке 2g соответствует следу- ющим соотношениям между элементами схемы:

К„К -К„К -К„К -К

+ Ф в+ ОН ОН Z 2,Момент равенства нулю напряжения

{тока) в любой 4 -й точке соответст вует следующйм соотношениям между элементами схемы:

К4 КО КФ КГК ka КФ ф +

О4 04 ° " я

Кц-К . О ., („ ф

2l g

В уравнениях (2),(З),(4) принято:

ЯО вЂ” значение емкостного сопротивления верхнего плеча емкостного датчика, соответствующее моменту равенства нулю напряжения в отводе; f 4О - то же, дла нижнего плеча емкоО4 стно о датчика.

643936

4 0i ("0 "

Известно, что емкостные сопротивления плеч емкостного датчика с переменным зазором в функции перемещения определяются следующим образом:

Хо+аХ;, а

Е,;- »О - вЂ” (Х,+дХ;1,ом

0i0985 4) 6 6 4) где )(- зазор между крайними и средо ней пластинами емкостного датчика в среднем положении, см, AX - заданная величина j -го порога.

М от среднего положения средней пластины, см»

- угловая частота;

Я - относительная диэлектрическая проницаемость среды; . 3 - площадь перекрытия пластин емкостного датчика, см;

1О

09$5 $ 9 постоянная емкостяого датчика с йеременнътм зазором.

Учитывая (5), а также то, что Я»

- " /И Сф., систему уравнения(4) можно представить s виде: "» ХО»(о (0+ДХ»)

< I:, -(д)»;Р 3

Таким образом, для получения заданной многопороговой зависимости выходного напряжения от перемещения параметра схемы должны удовлетворять системе уравнений (6).

Как видно из (6), реализация преоб-разователя может быть осуществлена либо выбором коэффициентов К», либо настройкой значений С>, либо комбинацией С j и К», Использование комбинаций Cj и К» позволяет расширить функциональные возможности преобразователя.

:.Выходные напряжения трансформатора с отводов 2 вторичной обмотки преобразуются в единичный позиционный код с помощью фаэочувствительных детекторов

6 и логических элементов HE 7 и И 8.

Опорные входы всех детекторов 6 объединены и подключены н дополнительной вторичной обмотке 3 трансформатора 1, а их сигнальные входы подключены параллельно соответствующим подстроечным конденсаторам 5.

При перемещении средней пластины емкостного датчика 4 or верхнего край него положения к нижнему происходит о последовательно поворот фазы на 180 в отводах 2 вторичной обмотки трансформатора 1, начиная с первого отвода 2» °

При этом, s момент прохождения 1-го заданного перемещения А Х» напцяжение в точке 3 меняет фазу на 180, на выходе детектора 6» появляется потенциал, а на выходах остальных детекторов потенциал отсутствует. Выходной сигнал детектора 5» поступает на первый вход логического элемента И 8», на второй вход которого через логический элемент

НЕ 74 поступает выходной сигнал следующего детектора bg. Так как на выходе

6g потенциал отсутствует, то появляется потенциал на выходе элемента HE 7» и на. выходе элемевта И 8 4

В момент прохождения 2-го заданного перемещенияЬУй напряжение в точке.

2 меняет фазу íà 180, появляется о потенциал на выходе детектора b», прападает потенциал на выходе элемента

НЕ 7», пропадает потенциал на выходе элемента И 8 », а так как отсутствует

30 потенциал на выходе Э-го детектора, то появляется потенциал на выходе 2-го элемента HE 7 и на выходе 2-ro элемента И 8, таким образом, при про35 хождении 4 -го заданного перемещения

АХ» появляется потенциал на выходе

j -Io элемента И, при этом на выходе

Остальных элементов И потенциал отсутртвует.

Система выходных сигналов элемен40 тов И образует единичный позиционный код перемещения средней пластины емкостного датчика.

Необходимо отметить, что преобразо45ватель может быть выполнен и с использованием емкостного датчика с переменной площадью для получения многопоро говой зависимости выходного кода or ут лового перемещения.

Предложенный кодирующий преобразователь перемещения выгодно отличается от известного тем, что при простой схемной реализации появляются большие функциональные возможности и увеличивается точность преобразования. Это позволит расширить сферу применения кодирующего преобразователя перемещения.

Кроме того, получение функциональной зависимости выходного копя от переме643 -Э36

Составитель И. Назаркина

Редактор А. (. адомов Техред И; Асталощ Корректор А. Власенко

Заказ 161/49 Тираж 709 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Пагаиг, г. Ужгооол. ул. Пооаигиаи, 4, щения ь единичный позиционный код создает большие удобства для дальнейшей обработки информации о перемещении в системе автоматического управления технологическими процессами на производстве.

Формула изобретения

Кодирующий преобразователь перемещения, содержащий трансформатор напряжения, соединенный с емкостным датчиком по мостовой схеме, о т л и ч а ювЂ”

ul и и с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены подстроечные конденсаторы, фазочувствительные детекторы, элементы НЕ и

И, трансформатор напряжения выполнен с дополнительной вторичной обмоткой, основная вторичная обмотка которого выполнена с отводами, каждый отвод через соответствующий подстроечный конденсавЂ” тор соединен со средней пластиной емкостного датчика, крайние .пластины которого соединены с началом и концом основной вторичной обмотки трансформатора

5 напряжения, сигнальный вход каждого фазочувствительного детектора подключен параллельно соответствующему подстроечному конденсатору, выходы фазочувст..внтельных детекторов соединены, с пер<0 ми входами соответствующих элементов

И и через соответствующий элемент HEсо вторым входом предыдущего элемента И,.опорные входы фазочувствительных детекторов объединены и подключены к дополнительной вторичной обмотке трансформатора напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 499843, кл. Cj 08 С 9/02, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 466376, кл. Cj 01 В 7/00, 1973.