Индукционный датчик угловых перемещений Советский патент 1992 года по МПК G01B7/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для измерения перемещений подвижных частей станков с помощью преобразователей перемещения индукционного типа.

Известен датчик угловых перемещений. содержащий подвижную и неподвижную части, на обращенных поверхностях которых расположены однослойные двухфазные многополюсные обмотки типа меандр, которые подключены к источнику возбуждения.

Недостатком такого устройства является его ограниченная точность из-за секционирования каждой из фаз обмоток.

Наиболее близким к изобретению является датчик угловых перемещений, содержащий дисковые основания, установленные с возможностью вращения одного относительно другого, размещенные на взаимно обращенных торцовых поверхностях соответствующего основания обмотку возбуждения и измерительную обмотку, обе обмотки выполнены двухфазными в виде плоских многополюсных меандров с периодом Т, активные проводники которых расположены по радиусу и размещены в двух слоях с расстоянием Д между слоями, и подкпюченные к фазам обмотки возбуждения два источника питания переменного тока.

|

Јь 4 К

Достоинством известного устройства является уменьшенное значение погрешности, обусловленное непрерывным расположением проводников каждой из фаз за счет двухслойной конструкции. Однако технология изготовления двухслойных обмоток не позволяет обеспечить фиксированный про- странственнцй сдвиг между фазами каждой обмотки 90 эл.град, с точностью, обеспечиваемой в однослойном варианте. Кроме этого, расстояние А между слоями вносит неидентичность в коэффициент взаимоиндукции между обмотками возбуждения и выходной измерительной обмоткой.

Цель изобретения - повышение точности за счет выбора соотношения между длинами активных проводников обмоток разных фаз, пропорционального расстоянию между слоями Д а также за счет допу- щения возможности произвольного пространственного расположения одной фазы относительно другой благодаря соответствующему выбору параметров источников переменного тока.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике угловых перемещений, содержащим дисковые основания) установленные с возможностью вращения одного относительно другого, размещенные на обращенных одна к другой торцовых поверхностях оснований соответственно обмотку возбуждения и измерител ьную обмотку, обе обмотки выполнены двухфазными в виде плоских многополюсных меандров с периодом Т, активные проводники которых расположены по радиусу и размещены в двух слоях с расстоянием А между слоями, и подключенные к фазам обмотки возбуждения два источника переменного тока. Фазы обеих обмоток размещены в слоях с пространственным сдвигом / между ними, выбираемым в диапазонах 0 /3 90 или 90 fi 180 зл.град., а источники питания переменного тока выполнены регулируемыми по фазе с максимальным диапазоном регулирования, равным я - /.

Кроме того в датчике угловых перемещений длины li и 12 активных проводников соответственно первой и второй фаз измерительной обмотки связаны соотношением И 12 ехр (2 л А /Т), а амплитудьисточ- ников переменного тока отличаются в ехр (2 я А /Т) раз.

На фиг. 1 показано сечение предложенного датчика; на фиг. 2 - обмотки возбуждения; на фиг. 3 - измерительные обмотки датчика.

Датчик содержит дисковые основания 1 и 2. которые могут быть выполнены из изоляционного или проводящего материала и установлены с возможностью относительного вращения. На обращенных одна к другой торцовых поверхностях диска 1 и диска

2 размещены соответственно обмотка возбуждения и измерительная обмотка с расстоянием д между ними. Обе обмотки выполнены двухфазными в виде плоских многополюсных меандров с периодом Т. Ак0 тивные проводники обеих обмоток расположены по радиусу. Фаза 3 и фаза 4 обмотки возбуждения размещены в разных слоях с расстоянием А между ними. Пространственный сдвиг между фазами 3 и 4 в слоях

5 равен / . Значение угла /3 определяется технологией изготовления и может выбираться в диапазонах; 0 /3 90 и 90 / 180 эл.град. К проводникам фазы 3 подключен регулируемый источник 5 перемен0 ного тока, а к проводникам фазы 4 - регулируемый источник 6 переменного тока. Максимальный диапазон регулирования фаз обоих источников равен л- ft , а амплитуды источников отличаются в ехр (2 як

5 чД /т) раз. Фаза 7 и фаза 8 измерительной обмотки размещены так же, как фаза 3 и фаза 4 в разных слоях с расстоянием А между ними и пространственным сдвигом /3 , но длины И активных проводников фазы

0 7 отличаются от длин 2 активных проводников фазы 8 и связаны соотношением И 2 ехр (2 я А /Т).

Датчик угловых перемещений работает Следующим образом.

5Синусоидальные токи I im sin()nl2m

sin ( d) t + 1/1), где im - амплитуды токов питания; со - круговая частота питания; t - время; ij) - величина сдвига фазы, равная я - {3 , на которую отрегулированы источники питания, формируются на выходах источников 5 и 6 переменного тока соответственно и протекают по проводникам фаз 3 и 4 обмотки возбуждения, В результате этого на одной из фаз, например 7, измерительной обмогки наводится ЭДС, равная

е А m sinpatsin(ft t + Ц) ) + sin (pr/t + /3) sin ш t, (1)

где А - коэффициент пропорциональности;

а -текущее значение углового положения между дисками 1 и 2;

р - число пар полюсов каждой обмотки обратно пропорциональное значение пери- ода Т.

Поскольку при одинаковых амплитуда токов Im в фазах обмотки возбуждения и пренебрежимо малом расстоянии А между

слоями, выражение (1) может быть представлено в виде

e A-lm-sinfl-sin(), (2)

то линейность фазы выходной ЭДС на выводах измерительной обмотки, влияющая на точность измерения, не нарушается при расширении допуска на пространственный сдвиг ft обмоток в слоях .Это обуславливает повышение точности датчика.

При учете реальной величины расстояния между слоями и различного значения амплитуд hm и l2m источников 5 и 6 в ехр (2 яД /Т) раз ЭДС И первой фазы 7 измерительной обмотки будет равна

а обеспечение равенства амплитуд ЭДС первой и второй фаз измерительной обмотки достигается выбором соответствующего соотношения длин проводников фаз этой

обмотки, связанных с расстоянием между ее слоями.

При этом регулируемым может быть выполнен как один из источников питания, так и оба в зависимости от применяемого типа

источника питания. Например, может быть использован источник питания типа ГЗ-39, имеющий два выхода с квадратурными по фазе напряжениями регулируемой амплитуды, либо два источника типа ЗГ с синхронизируемыми входами, позволяющими регулировать как фазу, так и амплитуду его выходного напряжения.

Формула изобретения

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности индукционного датчика угловых перемещений. Датчик содержит подвижную и неподвижную части ,на взаимно обращенных торцовых поверхностях которых расположены двухфазные двухслойные с расстоянием Д между слоями обмотки возбуждения и измерительная типа меандр имеющие период Т. Фазы каждой из этих обмоток размещены с произвольным пространственным сдвигом в-, выбираемым в диапазоне 90° /3 180Ь и 0 / 90° Источники питания, подключенные к фазам обмотки возбуждения, выполнены регулируемыми по Фазе с максимальной величиной регулирования ( л - / ) Благодаря тому, что длина h активных проводников одной фазы измерительной обмотки отличается от длины 2 активных проводников второй фазы, а амплитуды источников питания также различны обеспечивается равенство амплитуд ЭДС, наводимых в фазах измерительной обмотки, что повышает точность измерения угловых перемещений 1 з п ф-лы Зил. сл с

ei C. И lim-exp -2 я(д+ Д) / Т .sin{p а+ /3 ) . sin У t + С 11 « l2m п ( д + 2Д ) /Т sin pa «sin(o t+ ty ), (3).

где С - коэффициент пропорциональности.

Из выражения (3) следует, что с учетом указанного соотношения токов коэффициенты при тригонометрических функциях в обоих слагаемых равны между собой, что обеспечивает линейность изменения фазы ЭДС ei на выводах первой фазы измерительной обмотки 7.

Соответственно, ЭЛС 62 второй фазы 8 измерительной обмотки будет равна

62 С 12 lim л (д - 2Д )/Т. sin(p a + 2/ ) t + C-b 12т ехр -2я ((5+ + 3 Д )/Т. sin (р а + 2 /3).sin (a) t + ). (4)

При приведенном соотношении между длинами f 1 и 2 активных пров одников фаз 7 и 8 измерительной обмотки амплитуды ЭДС ei и 62 будут равны, что повышает точность датчика угловых перемещений.

Таким образом, благодаря тому, что об- мотки датчика расположены в разных слоях, обеспечение линейности изменения фаз выходных ЭДС датчика возможно при соответствующем выборе амплитуд токов питания,

1.Индукционный датчик угловых перемещений, содержащий два дисковых основания, установленных с возможностью вращения одного относительно другого, размещенные на обращенных одна к другой торцовых поверхностях основания соответственно обмотку возбуждения и измерительную обмотку, обе обмотки выполнены двухфазными в виде плоских многополюсных меандров с периодом Т. активные проводники которых расположены по радиусу и размещены в двух слоях с расстоянием Д между слоями, и подключенные к фазам обмотки возбуждения два источника питания переменного тока, отличающийся тем. что, с целью повышения точности, фазы обеих обмоток размещены а соответствующих слоях с пространственных сдвигом / между ними, выбираемым в диапазонах 0 ft 90 или 90 р 180 эл.град., а источники питания выполнены регулируемыми по фазе с максимальным диапазоном регулирования я - /.2.Датчик по п. 1,отличающийся тем, что длины И и 12 активных проводников соответственно первой и второй фаз измерительной обмотки связаны соотношением 11 12 exj(2 л Д /Т), а амплитуды источников питания различаются в ехр(2 я Д /Т) раз.

т

Ш

Sf,

Я

V

5

f

ф

d%

5

д

f

Фиг.{

5

Фиг, 2.

I

л