Преобразователь угла поворота вала в напряжение Советский патент 1984 года по МПК G08C9/04 

Изобретение относится к автоматике и может найти применение в техг нике электропривода как элемент авторегупирования. Область преимущественного применения - технологический контроль положения реакторных стержней ядерных установок. Известен преобразователь угла поворота вала в напряжение, содержаЩН&. согласующие усилители, выходы «которых подключены к двум выходам элемента сравнения и через резисторы - ко входам фазосдвигающего усилителя, выходы которого подключетл к усипитеЛю-ограничителю, третий вход элемента сравнения соединен с входом формирователя импульсов, подключенного через трансформатор к ротору сельсина-датчика, второй выход формирователя импульсов подключен ко входу триггера, выход элемента сравнения через триггер соединен соответственно со вторым и третьим переключателями, соединенными со входами фазосдвигающего усилителя ij Недостатком известного преобразователя является наличие погрешности из-за нестабильности частоты питания сельсина. Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь угла поворота вала в напряжение, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого соединена с двумя обмотками сельсина, третья обмотка которого соединена с первым выводом первого резистора, выводы вторичной обмотки трансфеч матора соединены с вьшодами регулятора, один из выводов вторичной обмотки трансформатора соединен через емкость с обшей шиной, которая соединена со средним выводом первичной обмотки трансфо маторг, обмотка питания сельсина соединена со входоц нуль-органа, выходы которого через первый переключатель соединены со входом порогового детектора, выход которого через блок задержки соединен со входом первого элемента проверки масштаба преобразования и с перв(А4 входом элемента памяти, вькод регулятора уровня сигнала через последовательно соединенные избирательный фильтр, анализатор знака и блок ввделения фронта импульса подключен ко входу второго элемента проверки масштаба преобразования и ко второму входу элемента памяти, выходы ко10 торого через второй переключатель подключены к первому входу ключа, второй вход которого соединен с выходом источника эталонного напряжения а вькод подключен к входу интегратора 2. Недостатком известного преобразователя является наличие погрешности из-за нестабильности частоты питания сельсина. Отклонение частоты сети на отдель ных про1 ал 1ленных объектах между пиками ее нагрузки и спада достигает +5% от среднего значения. Это приводит к отличию масштаба составляющих векторов синуса и косинуса. Целью изобретения является повышание точности преобразователя за счет устранения погрешностей, связанных с нестабильностью частоты питающей сельсин-датчик сети. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в напряжение, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого соединена: с двумя обмотками сельсина, третья обмотка которого соединена с первым вьгаодом первого резистора фазосдвигакщей цепи, вывода) вторичной обмотки трансформатора соединены с входами регулятора уровни сигнала, один из выводов вторичной обмотки трансформатора соединен через конденсатор е ной нулевого потенциала, которая соединена со средним выводом первичной обмотки трансформатора, обмотка питания сельсина соединена со входом нульоргана,, выходы которого через перВЕ переключатель соединены со входом порогового детектора, выход которого через блок задержки соединен со входом первого элемента проверки масштаба преобразования и с первым входом элемента памяти, выход регулятора уровня сигнала через последовательно соединенные избирательный фильтр, анализатор знака и блок выделения импульса подключен ко входу второго элемента проверки масштаба преобразования и ко второму входу элемента памяти, выходы которого через второй переключатель подключены к первому входу первого ключа, второй вход которого соединен с выходом источника эталонного напряжения, а выход подключен ко входу интегратора, введены второй резистов фазосдвигающей цепи, второй ключ. элемент знакового согласования, модулятор длительности импульса, генератор импульсов, дифференциальный усилитель и интегрирующий преобразователь периода сети в напряжение, выход анализатора знака соединен через интегрирунядий преобразователь периода сети в напряжение с неинвертируклцим входом дифференциального усилителя, инвертирукнций вход которого соединен с источником эталонного напряжения, а выход - с первым входом, модулятора длительности импульса, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход соединен через элемент знакового согласования с управляющим входом второго ключа, управляющие входы которого соединены с выводами второго резистора фазосдвигающей цепи, первьй вывод которого соединен со вторым выводом первого резистора фазосдвиганлцей цепи, а второй - с одним из выводов вторичной обмотки тр ан сформатор а, На чертеже приведена блок-схема преобразователя угла поворота вала в напряжение. Преобразователь угла поворота вала в напряжение содержит сельсин 1, трансформатор 2, конденсатор 3 и резистор 4 фазосдвигающей цепи, регулятор 5 уровня сигнала (потенци метр выравнивания коэффициентов сло жения действительного.и квадратурного сигналов), избирательный шьт 6, анализатор 7 знака, блок 8 выделения фронта импульса, элемент 9 памяти (триггер), элемент tO провер ки масштаба преобразования, нульорган 11 (пиковый трансформатор), первый переключатель 12 (переключатель фиксированного смещения), поро говый детектор 13, блок 14 задержки второй переключатель 15 (переключатель реверса), ключ 16, источник 17эталонного напряжения, интеграто 18(масштабный интегрирующий усилитель) , резистор 19 фазосдвигакщей цепи, ключ 20, элемент 21 знакового согяасовайня, 1«)дулятор 22 длительности юшуяьса генератор 23 ташуль , сов, диффереядиальньй усилитель 24, иитегрирукярй преобразователь 25 периода сети в напряжение. Преобразователь угла поворота ва в напряжение работает следующим образок. На резистор 4 и трансформатор 2 подают сигналы 3-секционной обмотки сельсина 1 или уравновешенных синхронных сельсинных передач. При помощи трансформатора 2 с отводом от средней точки первичной обмотки эти сигналы приводятся к виду двух сигналов взаимно перпендикулярных направлений-. По сигналу одного направления введен фазовый сдвиг. Активное сопротивление резисторА 4 фазосдвигающей цепи выбрано много большим, чем емкостное сопротивление на частоте питающей сети конденсатора 3 фазосдвигающей цепи. При этом фазовый сдвиг этого J сигнала на частоте питающей сети близок к 90°. Второй сигнал передается трансформатором 2. Коэффициенты передачи сигнала интегрирукицей цепи и сигнала, передаваемого без фазового сдвига трансформатором 2, выравниваются регулятором 5. На емкости 3 векторное напряжение равно и, -U coscji Cogwi, а второе векторное напряжение на выходной обмотке трансформатора 2 равно Ujr Un,5intJ 51пы1 . Сложение этих векторных напряжений выполнено путем последовательного соединения источников этих напряжений. В результате сложе-. ния обоих векторов получается третий вектор вида Uq -UnjCo5(tf ot ) с постоянной амплитудой и фазовым сдвигом, определенным угловым положением ротора сельсина 1. По действительной составляющей (без фазового сдвига) проходят помехи высших гармоник, вызванные напряженным магнитным режимом сердечника сельсина 1, по квадратурной составляющей эти помехи подавляются фазосдвигаю1чей цепью (резисторы 4 и t9)о Сигнал результирующего вектора в реальных условиях включает искаже ния высших гармоник, прошедших по действительной составляющей, перемещаемые по фазе в зависимости от положения ротора сельсина 1. Эти кс ажения выравниваются избирательным фильтром 6. От4ильтрованный сигнал полученного напряжения с фазовым сдвигом по частоте питакяцей сети, олределен1а й4 угловым положением ротора сельсина 1, щ едставляется логическим снгиапом анализатора 7 знака, шщеляется один из фронтов этого сигнала блоком 8 и подается на вход триггера 9. Триггер 9 фиксирует иэжнеяием своего состояния прохожде5Н

ние этого импульса, например сбросом в нулевое состояние. Сигнал опорной фазы питающей сети через нуль-орган 11, формирующий импульс при смене знака напряжения сети поступает на вход порогового детектора 13, отбиракицего импульс одного знака, который задерживается блоком 14 задержки с регулируемой установкой времени задержки. Время задержки устанавливается с возможностью ее вариации в пределах половины периода питающей сети, перекрытие второй половины периода питающей сети достигается при помощи переключателя 12 фикси-рованного смещения. Задержанный импульс поступает на другой вход триггера 9 и возводит его в единичное состояние, в котором он находится до поступления импульса смены знака. Импульсы выхода триггера 9 с часто той сети поступают на вход управления ключа 16, который на время импульса триггера 9 в пределах периода питающей сети, пропорциональное угловому положению ротора сельсина 1 в пределах оборота, подключает источник 17 ко входу интегратора 18, который усредняет эти импульсы, коэффициент передачи которого задан отнощением величин сопротивления резисторов на входе и в цепи обратной связи, таким образом, что изменение положения Cf ротора сельсина 1 в пределах 0-360° отвечает линейному изменению выходного сигнала в пределах стандартного диапазона. Преобразователь работает также в обращенном режиме, когда за нуль отсчета принято время смены знака результирующего модуля с переменньгм фазовым сдвигом и отсчитывается относительно него несоответствие фазы сети. В этом случае переключатель 15 реверса переводится в другое положение, переключая прямой выход триггера 9 на инверсный.

При реальных измерениях не всегда имеется возможность симитировать начальное или конечное значение диапазона; в этом случае по прикращению определяют положение переключателя 15 реверса, а затем выставляют напряжение на выходе преобразователя переключателем 12 смещения и установкой блока 14 задержки по соответствию его тeкyI eмy значению углового положения ротора сельсина 1 или синхронно следящих систем. Эле43606

менты 10 проверки масштаба представляют кнопки, при их нажатии входы триггера 9 установки в состояние или 1 замыкаются на шину нулеJ вого потенциала, фиксируя его в этих состояниях и обеспечивая имитацию начала и конца диапазона измерения. Начало диапазона характеризуется нулевым коэффициентом заполнения имo пульсов триггера 9, а конец - единичным значением.

Кроме того, с выхода анализатора знака 7 прямоугольные импульсы с частотой, питающей сельсин 1, поступа5 ют на интегрирующий преобразователь 25 периода питающей сети в напряжение. Его выходное напряжение, пропорциональное периоду колебаний сети

вида и (-fc) kT(u))-, TCu) , где

U(t) - выходное напряжение; Т - период сети; k - коэффициент соответствия Ы - частота сети, подается на неинвертирующий вход дифферен5 циального усилителя 24, а на его инвертирующий вход поступает постоянная величина источника 17 эталонного напряжения.

С выхода дифференциального усилителя 24 напряжение подается на вход управления модулятора 22 длительности импульса, на его второй вход поступают импульсы генератора 23 импульсов.

Эти импульсы при помощи элемента 21 знакового согласования, например в виде логического инвертора, приводятся к виду сигнала пауз, с тем же временным соотношением

,-иДТ)

где и,(Т) - напряжение на выходе дифференциального усилителя; Т, - период колебаний генератора 23 импульсов, tfl - время межимпульсных пауз. Этот сигнал подается на вход управления ключа 20, который открыт импульсами и заперт в течение межимпульсньк пауз. Когда дополнительный ключ 20 открыт, его сопротивление пренебрежимо мало, оно шунтирует резистор 19 фазосдвигаюсдей цепи. При запертом состоянии дополнительного ключа 20 в схеме участвует сопротив5 ление резистора 19 полностью. В схеме с основным резистором 4 и конденсатором 3 фазосдвигающей цепи для сигнала низкой частоты сети, питаю71

щей сельсин 1, аквивалентное сопротивление дополнительного резистора 19 и ключа 20 изменяется в пределах О R 5 R 2 . Через параметры урравляющего ключа 20 импульсного сигнаЛа это эквивалентное сопротивление выражено в виде R it, /Т. Rg , где Ц - эквивалентное сопротивление резистора 19 ключа 20, Rg - сопротивление резистора 19,

Для устранения погрешности преобразователя, связанной с нестабильностью частоты напряжения, питающей сельсин 1 сети, необходимо обеспечить постоянный и независимый от частоты коэффициент передачи фазосдвигаюР1ей цепи, которьй обеспечивается при условии

- const,,

к„

где X - сопротивление конденсатора 3, представляющее линейную функцию от периода колебаний ceTHj

R - полное активное сопротивление резистора 4 фазосдвигакщей цепи и резистора 19, которое при помощи интегрирукицего преобразователя 25 периода сети в .напряжение, дифференциального усилителя 24, генератора 23 импульсов, модулятора 22 длительности импульса, элемент 21 знакового согласования и ключа 20 с резистором 19 фазосдвигающей цепи выражено так же как и Xj в виде линейной от периода сети

функции RH о Э

где йд - сопротивление резистора

фазосдвигающей цепи эквивалентное сопротивление ключа 20 резистора 19 в фазосдвигающей цепи.

Полное активное сопротивление фазосдвигающей цепи также вьфажено в виде

Rn-Ro a

через управляющий сигнал ключа 20.

Непосредственно через частоту сети полное активное сопротивлет.

43608

ние фазосднигшоп ей в виде

«п-йо х йа(т-с1,

где К, - коэффициент усиления дифференциального усилителя 24,

С постоянная величина, эквивалентная периоду опорной частоты сети.

Q Эта функция относительно длительности периода, так же как и сопротивление конденсатора 3 Xg представляет линейную функцию периода Т при выборе Rg /RO 2йТ/т. 5 При выборе коэффициента нужного усиления дифференциального усилителя 24 достигается пропорциональность функций Xj. и Рц для заданного диапазона возможных отклонений частоты Q сети, питающей сельсин 1, т.е. коэф.фициент передачи фазосдвигакмцей цепч частотонезависим, а погрешности преобразователя за счет нестабильности частоты питакщей сети исключены. 5 При этом вьтолняются равенства

т R

ьУс

V,

ч п

Коэффициент усиления дифференциальQ ного усилителя 24 равен

м

В результате исключения ойшбки в масштабе мнимого модуля при отклонении частоты питающей сети существенно повышается точность, линейность и стабильность характеристики преобразователя угла поворота вала в напряжение.

Предлагаемое устройство может широкое применение как средство контроля положения стержней управле ния ядерного реактора в системах контроля состояния топливных элементов в ядерной энергетике, повышая точность оценки их состояния, что позволяет более полно использовать ядернсе топливо, а это, в свою очередь, может принести существенную экономию эа счет выработки дополяитеш ной энергии на сэкономленном сырье

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого соединена с двумя обмотками сельсина, третья обмотка которого соединена с первым выводом первого резистора фазосдвигающей цепи, выводы вторичной обмотки трансформатора соединены со входами регулятора уровня сигнала, один из вьгаодов вторичной обмотки трансформатора соединен через конденсатор с шиной нулевого потенциала, которая соединена со средним выводом первичной обмотки трансформатора, обмотка питания сельсина соединена со входом нуль-органа, вькоды которого через первый переключатель соединены со входом по рогового детектора, выход которого через блок задержки соединен со входом первого элемента проверки масштаба преобразования и с первым входом элемента памяти, выход регулятора уровня сигнала через последовательно соединенные избирательный фильтр, анализатор знака и блок выделения фронта импульса подключен ко входу второго элемента проверки масштаба преобразования и ко второму входу элемента памяти, выходы которого через второй переключатель подключены к первому входу первого ключа, второй вход которого соединен с выходом источника эталонного напряжения, а покдлючен ко входу интегратора, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности преобразователя, в него введены второй резистор фазосдвигающей цепи, второй ключ, элемент знакового согласования модулятор длительности ш-тульса, генератор импульсов, дифференциальный усилитель и интегрирующий преобра(О зователь периода сети в напряжение, выход анализатора знака соединен через интегрирующий преобразователь периода сети в напряжение с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с источником эталонного ю напряжения, а выход - с первым входом модулятора длительности импульса, Ji 00 О) второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход соединен через элемент знакового согласования с управляющим входом второго ключа, управляющие входы которого соединены с выводами второго резистора фазосдвигающей цепи, первый вывод которого соединен со вторым выводом первого резистора фазосдвигающей цепи, а второй - с одним из выводов вторичной обмотки трансформатора.