Реферат: Датчики угла поворота
Емкостной датчик угла поворота [4], содержащий пары секторных пластин, разделенных зазором, отличающийся тем , что, с целью повышения чувствительности и точности датчик снабжен цилиндрическим ротором, выполненным из диаметрально наэлектризованного электрета и подсоединяемым к контролируемому объекту в процессе измерения, и сегнетопленкой, размещенной в зазоре между секторными пластинами, а пары секторных пластин выполнены полуцилиндрическими и закреплены под углом 90° одна к другой.
Датчик ёмкостной угла поворота. Вид общий.
|
Рис 4. 1,2,3,4 - полуцилиндрические секторные пластины; 5 – сегнетоплёнка; 6 – цилиндрический ротор; 7 – электрические выводы.
Принцип действия.
В положении, указанном на чертеже (см. рис.4), линии электростатической индукции, исходящие из ротора 6, наводят на внутренней поверхности пластины 3 отрицательный заряд, а на внешней - положительный. Далее линии электростатической индукции проходят через сегнетопленку 5, расходятся по пластинам 1 и 2 и через пластину 4 возвращаются в ротор 6. Диэлектрическая проницаемость сегнетопленки 5 будет при этом минимальной, минимальной будет и емкость всего датчика между выводами 7. При повороте ротора 6 на 90° поток линий электростатической индукции сразу разводится и замыкается через пластины 3 и 4. Емкость датчикабудет минимальной. Датчик может быть включен в любую измерительную схему - потенциометрическую, мостовую, генераторную и т.д.
Вывод: Изобретение относится к контрольно - измерительной технике и может быть использовано для измерения угла поворота объектов. Недостатками этого датчика являются низкая чувствительность и невысокая точность, обусловленная влиянием изменения величины зазора между пластинами. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности. Поставленная цель достигается тем, что датчик снабжен цилиндрическим ротором, выполненным из диаметрально наэлектризованного электрета и подсоединяемым к контролируемому объекту в процессе измерения, и сегнетопленкой, размещенной в зазоре между секторными пластинами, а пары секторных пластин выполнены полуцилиндрическими и закреплены под углом 90° одна к другой.
2.5 Датчик бесконтактный реверсивный угла поворота
Формула изобретения.
Бесконтактный реверсивный датчик угла поворота [5], содержащий сельсины, работающие в режиме трансформатора, один из которых жестко связан с контролируемым валом, вентили и фильтры, отличающийся тем , что, с целью измерения знакопеременного угла поворота вала и увеличения надежности работы, датчик снабжен логическими схемами «И», «НЕ», триггером, пороговыми устройствами и времязадерживающей и формирующей цепочкой, валы роторов сельсинов жестко связаны между собой и повернуты один относительно другого на некоторый угол, обмотки возбуждения сельсинов подключены к источнику питания, соответствующие фазовые выходы роторных обмоток каждого сельсина соединены через последовательно включенные вентили, фильтры и пороговые устройства с одними входами схем «И» и через схемы «НЕ» подключены к другим входам этих же схем «И», выходы которых непосредственно и через схему «НЕ» подключены к входам триггера, а выход одного из пороговых устройств - к входу времязадерживающей и формирующей цепочки.
Датчик бесконтактный реверсивный угла поворота. Схема функциональная.
Рис.5 1 – сельсин; 2,8 – выпрямительный мост; 3,9 - фильтр; 4,10 – пороговое устройство; 5,11 – вход схем «И»; 6,12 – вход схем «НЕ»; 7 – ротор сельсины; 13 – времязадерживающая и формирующая цепочка; 14 – триггер; 15 – вход триггера.
Принцип действия.
При вращении ротора сельсина 1 (см. рис.5) выходной сигнал с его фазовой обмотки представляет собой переменное напряжение с частотой питающей сети, амплитуда которого изменяется от нуля до максимума и является синусоидальной функцией угла поворота ротора. Выходной сигнал сельсина 1 преобразуется выпрямительным мостом 2 и фильтром 3 в соответствующий пульсирующий сигнал, период пульсации которого зависит от угловой скорости ротора. Сигнал с выхода фильтра 3 поступает на пороговое устройство 4 и преобразуется в прямоугольные импульсы. Аналогично формируются прямоугольные импульсы из выходного сигнала, снимаемого с фазовых обмоток ротора сельсина 7. При вращении контролируемого вала, например, в левую сторону схема работает следующим образом.
При наличии сигнала на выходе порогового устройства 4 и при отсутствии сигнала на выходе порогового устройства 10 схема 5 вырабатывает импульс, который переключает триггер 14, при этом на выходе 17 появляется сигнал, характеризующий данное направление вращения контролируемого вала. С запаздыванием по отношению к фронту импульсного сигнала на выходе времязадерживающей и формирующей цепочки 13 вырабатывается импульс, характеризующий с принятой дискретностью произведенный угол поворота вала. Импульсы на выходе 16 вырабатываются с запаздыванием по отношению к фронту импульсного сигнала, характеризующего направление вращения вала, что обеспечивает надежное определение направления вращения и величину угла поворота последнего по числу импульсов. При противоположном направлении вращения контролируемого вала аналогично работают элементы 7 —15, в результате чего на выходе 18 вырабатывается сигнал данного направления вращения вала, а на выходе 16 вырабатываются импульсы, число которых пропорционально произведенному углу поворота. В этом случае так же, как и при рассмотренном направлении вращения контролируемого вала, вначале вырабатывается сигнал на выходе 18, который характеризует направление вращения вала, а затем вырабатываются импульсы на выходе 16.
Вывод: Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения углов поворота вала в различных устройствах. Предлагаемый датчик отличается от известного тем, что он снабжен логическими схемами «И», «НЕ», триггером, пороговыми устройствами и времязадерживающей и формирующей цепочкой, валы роторов сельсинов жестко связаны между собой и повернуты один относительно другого на некоторый угол, обмотки возбуждения сельсинов подключены к источнику питания, соответствующие фазовые выходы роторных обмоток каждого сельсина соединены через последовательно включенные вентили, фильтры и пороговые устройства с одними входами схем «И» и через схемы «НЕ» подключены к другим входам этих же схем «И», выходы которых непосредственно и через схему «НЕ» — к входам триггера, а выход одного из пороговых устройств — к входу времязадерживающей и формирующей цепочки. Кроме того, роторы сельсинов могут быть сдвинуты между собой на угол j, заключенный в пределах π/2<j <π.
2.6 Датчик трансформаторный угла поворота
Формула изобретения.
Датчик трансформаторный угла поворота [6], содержащий статор с охватывающими пары смежных полюсов – секциями обмотки возбуждения и сдвинутыми относительно них на один полюс секциями измерительной обмотки, дополнительную обмотку и безобмоточный ротор с явновыраженными полюсами, отличающийся тем , что, с целью расширения функциональных возможностей, дополнительная обмотка выполнена в виде двухпоследовательно - встречно соединенных полуобмоток, одна из которых размещена на четных полюсах статора, другая - на нечетных полюсах статора, датчик снабжен регулируемым резистивным элементом, подключенным к выводам полуобмоток.
Датчик трансформаторный угла поворота.
а
б
Рис.6 а - схема подключения трансформатора; б - схема датчика общая; 1 – кольцевой ферромагнитный статор; 2-5 – пазы; 6-9 – четные и нечетные полюса; 10 – обмотка возбуждения; 11 – измерительная обмотка; 12 – сопротивление нагрузки; 13,14 – дополнительные полуобмотки; 15 – регулируемый резисторный элемент; 16 – переключатель; 17 – резистор; 18 - безобмоточный ферромагнитный ротор.
Принцип действия.
В исходном состоянии переключатель находится в нейтральном положении, электрическая цепь дополнительных полуобмоток разомкнётся и они не будут влиять на работу датчика.
Ротор расположен в исходном положении симметрично относительно полюсов 6, 9 и 7, 8 и перекрывает их одинаковые площади, что приводит к равенству противоположных по фазе ЭДС, наводимых в секциях измерительной обмотки, и соответствует нулевому выходному сигналу датчика.
При угловом перемещении ротора изменяется соотношение площадей, перекрываемых ротором полюсов статора, что приводит к изменению величины магнитных потоков, пересекающих секции измерительной обмотки и наводимых в них ЭДС. В результате на выходе датчика (сопротивление 12) появляется сигнал переменного тока, модуль которого пропорционален величине углового перемещения, а фаза соответствует знаку углового перемещения.
В крайних положениях переключателя одна из дополнительных полуобмоток подключается к переменному резистору резистивного элемента.
Изобретение относится к измерительной технике. Недостатком этого датчика является отсутствие возможностей регулировки положения нуля характеристики преобразования.. Недостатком этого датчика являются ограниченные функциональные возможности, не позволяющие плавно регулировать положение нуля его xхарактеристики преобразования.
3. Технико-экономический анализ
Наиболее важными технико-экономическими показателями для датчиков являются простота в изготовлении, невысокая себестоимость и в тоже время надёжность, качество измерения, точность, быстродействие.
Из шести представленных датчиков наиболее сложным по конструкции является датчик угла, так как при его изготовлении необходима высочайшая точность, остальные довольно просты в изготовлении. В финансовом же отношении все они не дорогие.
По чувствительности и точности датчики можно условно разделить на две группы: высокочувствительные и малочувствительные. К первой группе относятся датчики с электронным преобразованием снимаемого сигнала, такие как трансформаторный датчик угла поворота с цилиндрическим ротором (А.С. № 1281876). Ко второй – датчики, реагирующие на изменение магнитного поля, но не имеющие дополнительных устройств, повышающих точность показаний, такие как индукционный бесконтактный датчик угла поворота с цилиндрическим ротором (А.С. № 2029230), индукционный бесконтактный датчик угла поворота (А.С. № 2029231), датчик ёмкостной угла поворота (А.С. № 905630), датчик бесконтактный реверсивный угла поворота (А.С. № 380944), датчик трансформаторный угла поворота (А.С. № 587318). Сфера применения всех датчиков – это автоматические системы контроля в приборостроении и машиностроении, но области разные. К примеру, в областях высоких технологий, где необходима высочайшая точность показаний, необходимо использовать высокочувствительные датчики, наиболее подходят подобные датчику А.С. № 1281876, так как он надёжен, прост в эксплуатации, точен в измерении.
Список использованной литературы
1. Р. К. Памфилов. Датчик индукционный бесконтактный угла поворота, А. С. № 2029231. Бюллетень «Открытия и изобретения» №39 1989 год.
2. Р. К. Памфилов. Датчик индукционный бесконтактный угла поворота, А. С. № 2029230. Бюллетень «Открытия и изобретения» №42 1995 год.