Бесконтактный задатчик силы Советский патент 1986 года по МПК G01R5/00 G01L1/08 

1

Изобретение относится к измерн- тельной технике и может быть использовано в системе автоматического управления в качестве преобразоватзля сигнала, заданного в виде цифрового кода, в силу, а татоке в устройствах измерения,

Целью изобретения является повышение точности задания силы.

На чертеже приведена функциональная схема бесконтактного задатчика силы.

Бесконтактный задатчик силы содер жит ферромагнитное тело 1, расположенное в зазоре между двумя электромагнитами 2 и 3, генератор 4 импульсов, выход которого соединен с лервы мивходами управляемых делителей 5 и 6 частоты, выходы которых подсоединены к входам формирователей 7 и 8 адреса постоянных запоминающих уст- ройств (ПЗУ) 9 и 10. ПЗУ 9 (10) представляет собой матрицу ячеек памятиj, на Которой записаны коды синусоидального сигнала для одного периода. Устройство, кроме того, содержит согласующие регистры 11 и 12, входы которых связаны соответственно с выходами ПЗУ 9 и 10, а выходы - с цифровыми входами дифроаьшлоговьгх: преобразо вателей (ДАЙ) 13 и 1А.

Бесконтактный аадатчик силы вклю- чает усилители 15 и 16 мощности, вхо ды которых связаны с выходами ,ЦАП 13 и 14 соответственно, а выходы - с об мотками соответствуюш;:ях электромагни тов 2 и 3, датчики 17 и 18 индукции, выполненные в виде измерительш)1х ка- .туп1ек, расположены в. зазорах между полюсом соответствующего электромагнита 2, 3 и ферромагнитным телом 1 демодуляторы 19 и 20 датчиков индук ций, входы которых соединены с выходами датчиков 17 и 18 индукции., а вы ходы - с первыми входами сз т-гматоров 21 и 2, вторые входы которьгх связаны с источником 23 опорного напряжения, а выходы подключены ко входам соответствующих интеграторов 24 и 25 Вьосоды интеграторов соединены со вхо дами опорного напряжения ЦА.П 13 и 14 Блоки 26 и 27 суммирования кодов сое динены с цифровыми вxoдa -l I управляемых делителей 5 и 6 частоты. Причем блок 26 (27) суммирования кода пост- ;роен таким образом, что при нии .операции сложения (вычитания) двух Кодов первое слагаемое (умень

2575242

шаемое) является величиной постоян-. ной, равной заданному начальному коду а, заложенному уже в самом блоке, а второе слагаемое (вычитаемое) являетс, ся величиной изменяемой - это задаваемый код а«, поступающий со входа устройства.

При этом последовательно соединенные ЦАП 13, 14, усилители 15 и 16

Ш мощности, электромагниты 2 и 3, датчики 17 и 18 индукции, находящиеся в полях электромагнитов 2 и 3, демодуляторы 19 и 20, сумматоры 21 и 22, а также интеграторы 24 и 25, подключен 5 ные каждый ко входу опорного напряжения срответствующего ЦДЛ 13 и 14, образуют два замкнутых контура регули- рования величины индукции в зазорах между ферромагнитным телом 1 и элек20 тромагнитами 2 и 3.

Бесконтактный задатчик силы работает .следующим образом.

Генератор 4 импульсов вьфабатывает последовательность и тульсов, посту25 пающих на входы, 1 д фровых делителей

частоты 5 и 6, на управляющие входы которьгх подается код с выходов блока 26 и 27 суммирования кода.

Причем в обоих блоках записа-н на30 гальный код а, который присутствует

на их выходах, когда входной код а равен нулю. Если же он не равен нулю выходной код блока 26 суммирования кодов равен , а блока 27 - 35 Указанные коды поступают на ун- равляющие входы травляе. делителей 5 и 6 частоты, и частота импульсов на их вькодах обратно пропорциональна управляющему коду.

С выхода управляемого делителя 5 (6) частоты импульсы с частотой о), обратно пропорциональной управляющему коду, поступают на блок формирования адресов, управляющего выборкой

цифровых, кодов из ячеек памяти ПЗУ 9 (10). Формирователь адресов выполнен в .виде двоичного счетчика, состо- яние которого является адресом для ПЗУ В ячейках .ПЗУ последовательно

50 записаны значения синусоидального сигнала на интервале периода. Поскольку двоичный счетчик формирователя 7 (8) адресов после заполнения вновь переходит к исходному состоя55.нию, то выборка значений синусоиды из ПЗУ будет продолжаться непрерывно. Точность ее воспроизведения будет зависеть от числа ячеек памяти ПЗУ и

максимального значения кода, формируемого двоичным счетчиком формирователя 7 (8) адресов. Частота формируемой таким образом синусоиды оказыва тся пропорциональной частоте (J импульсов, поступающих с выхода управляемого делителя 5 (6) частоты. Преобразование числовых значений синусоиды, получаемых на выходе ПЗУ, в аналоговый сигнал производится ЦАП 13 (14). Для его согласования с выходом ПЗУ установлен согласующий регистр 11 (12), выполненный в виде линейки триггеров, работающих как повторители кодов, вырабатываемых ПЗУ, без синхронизации. Амплитуда (масштаб) вькодного сигнала ДАЛ 13 (14) определтется опорным напряжением, подаваемым на ЦАП. Поскольку опорное напряжение ЦАП подается с интегратора 24 (25), то сигнал щ выходе ЦАП 13 (14) будет модулирован по амплитуде напряжением, снимаемым с интегратора 24 (25). Таким образом, с выхода ЦАП 13 (14) на вход усилителя 15 (16) мощности будет подаваться синусоидальный сигнал с частотой, обратно пропорциональной входному аэ, и амплитудой, модулированной напряжением, снимаемым с выхода интегратора 24 (25). Усиленный по мощности в усилителе 15 (16) мощности сигнал поступает на обмотку электромагнита 2 (3) и вызьтает изменение индукции в зазоре между электромагнитом 2 (3) и ферромагнитным телом 1, Соответственно изменяется сигнал, снимаемый с выхода измерительной катушки датчика 17 (18) индукции, и сигнал Одл, с выхода демодулятора 19 (20).

Сигнал, наводимый переменным магнитным полем в измерительной катушке 17 (18) Датчика индукции, равен

и.

- «3 -if-,

(1)

ПК - dt

где W - количество витков измерительной катушки;

S - площадь полюса электромагнита, охватываемая измерительной катушкойJ50 В - величина индукции в зазоре, Учитывая, что характер изменения индукции в зазоре синусоидальньй и описывается вьфажением

55

В B(t). sincotj (2) где B(t) - амплитуда колебаний индукции в зазоре

СО - частота кааебаний индукции в зазоре, можно записать

Цц (t) sinco t +G3B(t) X X cosUt .(3)

В установившемся режиме В (t) О,

20

5 10f5

25

35

40

45

50

55

Uy uWSB(t).cos CJt.

(4)

Напряжение на выходе демодулятора 19 (20) будет определяться выражением

ид„ kuB(t),(5)

где k - некоторый постоянный коэффициент (коэффициент усиления демодулятора).

Выражение для индукции в зазоре будет иметь вид

.B(t) -1-и,-1- --1--и,,.т,(б),

где Т - период сииусо1вдального сигнала

С демодулятора 19 (20) снимается постоянное напряжение, подаваемое на первый вход сумматора 21 (22).На второй его вход подается постоянное напряжение U с источника 23 опорного напряжения. На выходе су матора 21 (22) присутствует напряжение рассогласования uU Ид, - Ug, которое подается на интегратор 24 (25) и далее на вход опорного напряжения ЦДЛ 13 (14), модулируя по амплитуде синусоидальный сигнал таким образом, что усиленный в усилителе мощности j15 (16), он вызывает такое изменение тока электромагнита 2 (3) и соответственно- такое изменение н1здукц11и в зазоре,, чтобы напряжение расслогласо- вання ди на выходе сумматоров 21 (22) стало равным нулю. При этом идд1 1), Следовательно, замкнутые контуры регулирования величины индукцш отрабатывают сигнал B(t) в соответствии с формулой (6) и напряжение U , снимаемое с демодуляторов . 19,20j будет поддерживаться постоянным и равным напряжению источника 23 опорного на- напряжения Ug, а величина индукции в зазорах B(t) будет пропорциональна, измененрпо периода Т синусоидальных сигналов, снимаемых с ЦАП 13 и 14,

На ферромагнитное тело 1 будет действовать разность сил F и F,j,, развиваемых соответственно электромагнитами 2 и 3

iF F, - F,j k (Б2 - В|),

(7)

f

В,где k - коэффициент пропорциональности}

величина индукции в зазоре между электромагнитом 2 и ферромагнитным телом величина индукции в зазоре между электромагнитом 3 h ферромагнитным телом« Поскольку частота синусоидальных сигналов, снимаемых с ЦАП 13 и 14, обратно пропорциональна входному коду, то при отсутствии задаваемого кода а, на входах блоков 26 и 27 сумми- ров .ния кодов с их выходов снимается одинаковый код а и, следовательно, периоды Т, и Т синусоидальных сигналов на выходах ЦДЛ 13 и 14 будут равны, а следовательно, равны и индукции В, и В, т, е. сила, действующая на ферромагнитное тело 1,, будет равна нулю.

При подаче на входы блоков 26 и 27 суммирования кодов задаваемого кода а происходит изменение периодов синусоидальных сигналов, снимаемых с выходов: ЦАП 13 ,и 14, и выражение для силы uF, действугоп1,ей на ферромагнитное тело, можно записать как

iF и(Бд + В) - (Б„ - йВ)2

4kB.,uB,

(8)

° 35

где. В - индукция в зазорах, обусловленная подачей на входы счетчиков импульсов кода а, В - изменение индукции в зазорах, обусловленное изменением кода, подаваемого на вхо- , дь1 счетчиков импульсов. Изменение величины индукции в зазорах Q &В для обоих зазоров будет одинаковой и, пропорциональной UТ - изменению периодов синусоидальных сигналов, снимаемых с ЦАП 13, 14. Изменение периода (йТ) сигнала, снимаемого с ЦАП 13 можно записать

45

i.T Т,

- Т, - (а„ - а)

(9)

Изменение периода сигнала, снимаемо- го с ЦАП 14,

ДТ . Т - Т„ . k(a + а,) - а, k.a,. . (10)

Периоды синусоидальньт сигналов, снимаемых с ЦАП 13 и 14, будут изменяться одинаково и пропорци(нально задаваемому коду а-j,,

Выражение (8) можно преобразовать к виду

uF 4 , .

Таким образом, задавая код а, можно задавать силу AF, действующую на ферромагнитное тело 1.

В бесконтактном задатчике силы используются замкнутые контуры регулирования величины индукции в зазорах,

т. е. злектромагнитный преобразова-/ тель, являющийся нелинейным звеном, охвачен обратной связью. Точность всего устройства-определяется точностью элементов, входящих в замкнутые контуры регулирования величины индук- иди в зазорах. Из этих элементов наибольшую погрешность будут вносить демодуляторы, погрешность которых составляет порядка 0,01%, Остальные элементы, входящие в замкнутые контуры регулирования величины индукции в зазорах, имеют значительно меньшую погрешность. Следовательно погрешность задания силы в предлагаемом устройстве будет порядка 0,01%. В предлагаемом устройстве в качестве входной величины используется код, задать который можно с любой, наперед заданной точностью, что также определяет повышение точности устройства.

5

Q

5

5

Таким образом, бесконтактный за- датчик силы позволяет повысить точность задания силы ориентировочно на 10%, Кроме того, использование в качестве исходной величины кода позволяет наиболее эффективно использовать бесконтактный задатчик силы в комплексе с цифровой вычислительной маши- пой.

Ф ,о р м у л а изобретения

Бесконтактный задатчик силы, содержащий ферромагнитное тело, расположенное в зазоре между электромагнитами, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности задания, силы, введены два тичных канала управления, каждый из которых содержит последовательно соединенные формирователь адреса, запоминающее устройство, согласуюпшй регистр, цпфроаналоговый преобразователь и усилитель мощности на выходе канала, генератор импульсов, два управляемых делителя частоты, блок суммирования и блок вычита1- ия кодов.

7 12575248 , .

датчики индукции в зазоре между каж-частоты, выходы которых подключены к

дым электромагнитом и.ферромагнитнымвходам соответствуюощх каналов управтелом, источник опорного напряженияления, выходы каналов управления иоди два канала обратной связи, содержа-ключены к соответствующим электромаг-

щке каждый последовательно соеди1;ен- китам, вход каждого канала обратной

ные демодулятор, сумматор и интегра-связи подключен к датчику индукодт,

тор, причем генератор импульсов сое-а выход - к входу опорного напряжения

динен с входами зшравпяемых делите-цифроаналогового преобразователя кажлей частоты, вход устройства черездого канала управления, источник

блок суммирования кодов и блок вычи-ю опорного напряжения соединен с другитания кодов соединен с управляющимими входами сумматоров обоих каналов

входами двух управляемых делителейобратной связи.

Изобретение относится к измерительной технике, может использоваться в системах автоматического управления в качестве преобразователя сигнала, заданного в виде цифрового кода, в силу, а также в устройствах измерения. Целью изобретения является по77 Т вышение точности задания силы. Устройство содержит ферромагнитное тело 1, расположенное между двумя электромагнитами 2 и 3, генератор 4 импульсов, управляемые делители 5 и 6 частоты, формирователи 7 и 8 адреса постоянных запоминающих устройств (ПЗУ), ПЗУ 9 и 10, согласующие регистры 11 и 12, цифроанаяоговые преобразователи 13 и 14, усилители 15 и 16 мощности, датчики 17 и 18 индукции, демодуляторы 19 и 20, сумматоры 21 и 22, источник 23 опорного напряжения, интеграторы 24 и 25, блоки 26 и 27 суммирования кодов. В устройстве в качестве входной величины используется код, задать который можно с любой наперед заданной точностью, что и обеспечивает достижение поставленной цели. Предусматривается использование устройства в комплексе с цифровой вычислительной машиной. 1 ил. f fS .с S W с: ьэ ел м ел 1чЭ