Устройство для алгебраического суммирования углов поворота осей с неограниченным вращением Советский патент 1939 года по МПК H02K24/00 

Существующие способы суммирования показаний в устройствах для телеметрии в большинстве случаев требуют для каждого слагаемого на передающей стороне наличия специального устройства, преобразующего измеряемую величину во вспомогательную элек- трическую величину, причем больщей частью суммирование этих величин обладает принципиальной погрешностью.

Непосредственное суммирование моментов вращения путем укрепления дисков нескольких счетчиков на одной оси или суммирование скоростей вращения путем приведения во вращение коллектора прерывателя одним измерителем, а щетки - другим, обладают общим недостатком - необходимостью располагать измерители в одном кожухе. Кроме того, при суммировании моментов счетчиков существует принципиальная погрешность суммирования, значительная сложность регулировки и неудобство в эксплоатацИи из-за связанности систем. Возможность суммирования скоростей вращения ограничивается лишь двумя слагаемыми.

Коммутационное суммирующее устройство, являющееся предметом авторского свидетельства № 48810, отличается чрезвычайной простотой (для двух величин), дает точные результаты и не требует территориального сближения измерителей. Но это устройство уже при сложении трех величин требует усложнения коммутаторов и дает значительные колебания мгновенной величины .суммы при правильном среднем ее значении. Эти колебания мгновенной величины суммы вызывают соответствующие колебания стрелки указательного прибора. Увеличение числа слагаемых выше трех, при непосредственном суммировании в коммутационной цепи, требует еще большего усложнения коммутаторов и вызывает такие колебания мгновенного значения суммы, которые заставляют вовсе от него отказаться.

Разработанный и применяемый механич ский метод суммирования импульсов с помощью ряда щестеренок особой формы, хотя и свободен от недостатков упомянутых выще систем, но осуществляется в виде довольно сложного в механическом отношении аппарата, не позволяющего к тому же производить алгебраическое суммирование.

Предлагаемое устройства для суммирования поворота осей свободно от недостатков перечисленных выше устройств.

Как и в устройстве по авторскому свидетельству № 48810, в предлагаемом устройстве применены коммутаторы со щетками, связанными с вращающимися осями. Пластины каждого коммутатора соединены со щетками следующего, а последний коммутатор соединен с указывающим сумму прибором. Однако, в отличие от устройства по авторскому свидетельству № 48810, в новом устройстве коммутаторы выполнены в виде кольцевых равномерно распределенных сопротивлений и каждый из них, независимо от числа слагаемых, снабжен тремя щетками, соединенными с тремя точками предыдущего коммутатора, делящими его па равные части.

На фиг. 1 прилагаемого чертежа изображена схема устройства; на фиг. 2 - схема включения вместо моторчика поляризованного реле; фиг. 3-вариант устройства с сокращенным числом коммутаторов; на фиг. 4 - одна из возможных конструкций коммутатора.

Ось каждого из измерителей I, II, III связана со щетками, скользящими вокруг круглого равномерно распределенного неподвижного сопротивления (фиг. 3). Измеритель / вращает диаметрально расположенные щетки А н В, соединенные с полюсами источника постоянного тока, вокруг сопротивления /, которое имеет три равноотстоящих вывода //, 12 и 13. Эти выводы соединены со щетками Л , В и С , вращаемыми измерителем // вокруг сопротивления 2. Сопротивление 2 также имеет три равноотстоящих вывода 21, 22 и 25, соединенные со щетками А, В С, вращаемыми -измерителем /// вокруг сопротивления 5. Выводы 31, 32 и 55 сопротивления 5 присоединены к йыводам а, 6 и с якоря синхронного моторчика М, обмотки которого соединены в треугольник.

На фиг. 1 для примера изображены три измерителя. Теоретически число .слагаемых может быть любым.

Действие устройства заключается в следующем. При вращении щеток А и В по сопротивлению / потенциа.т точек И, 12 -R 13 изменяется синусоидально отставанием один от другого на 120°,

. е. образуя подобие нормальной трехфазной системы. Также очевидно изменяется потенциал на щетках А , В и С при неподвижных измерителях // и /Я на точках 21, 22, 23, на щетках А, В, С, на точках 31, 32, 33 и, наконец, на выводах а, 6 и с якоря моторчика М. В результате этого якорь моторчика М бует поворачиваться на тот же угол, что и измеритель /. Вследствие того, что круглые сопротивления намотаны равномерно, поворот моторчика будет также осуществляться плавно. При непрерывном вращении измерителя / моторчик М будет вращаться синхронно и синфазно с ним.

Е|гли представить себе, что измеритель / неподвижен, а вращается один измеритель // или один измеритель П1, то легко видеть, что и в этом случае моторчик будет вращаться синхронно и синфазно с измерителем. Если же будут вращаться одновременно два измерителя, например, / и II, то на перемещение потенциала по щеткам А , В и С будет накладываться перемещение самих щеток по сопротивлению 2, в результате чего перемещение потенциала по точкам 21, 22, и 23 будет равно сумме перемещений измерителей / и // и моторчик М повернется на угол, равный сумме углов поворота этих изме рителей. Очевидно, что если направление вращения измерителей будет противоположно, то моторчик повернется на угол, равный разности углов поворота измерителей. При одновременном вращении трех или более измерителей система будет действовать соверщенно аналогично и моторчик будет поворачиваться на угол, равный алгебраической сумме углов поворота измерителей, т. е. вращаться со скоростью, равной алгебраической сумме скоростей вращения измерителей. Направление вращения моторчика определяется знаком суммы.

В том случае, когда необходимо получить не суммарный уголповорота или скорость вращения, а суммарное число или .частоту импульсов, вместо моторчика может быть включено поляризованное реле (как это показано на фиг. 2).

Теоретически описываемое устройство может действовать при любом числе слагаемых. Однако при большом их числе падение напряжения в сопрО

тивлениях может оказаться,столь большим, что потребуется слишком высокая чувствительность мотора. Число слагаемых при том же числе сопротивлений может быть легко увеличено вдвое, если не делать у сопротивлений жестких отпаек, а заменить их щетками, приводимыми во вращение от другого измерителя (фиг. 3). В этом случае для сложения щетки должны вращаться в противоположные стороны, а для вычитания - в одном и том же направлении. Можно также значительно увеличить общее число слагаемых, если разбить их на несколько групп, а затем с помощью такого же устройства суммировать скорости вращения моторов отдельных групп.

Если круглое сопротивление устанавливается в счетчике, оно должно быть возможно меньшего диаметра, чтобы не нагружать систему счетчика бо тьшим моментом трения.

Для уменьшения диаметра контактное устройство может быть выполнено в виде многопластинчатого коллектора, между пластинами которого включены секции сопротивления. Многопластинчатый коллектор малого диаметра легко осуществить из ряда серебряных проволочек, укрепленных в двух шайбах и представляющих собой в собранном виде подобие миниатюрного «беличьего колеса (фиг. 4). Круглое сопротивление может быть также керамическим, графитовым или из иного материала.

Синхронный моторчик может быть выполнен конструктивно по типу магнито-электрического счетчика амперчасов постоянного тока. Дисковый якорь такого счетчика имеет обычно трехсекционную обмотку. Достаточно концы обмотки вывести вместо трехпластинчатого коллектора на три кольца, чтобы он мог служить суммирующим моторчиком в предлагаемой системе. Разумеется, могут быть построены синхронные моторчики и иных конструкций.

Как следует из всего сказанного, описанное устройство обладает следующими положительными свойствами:

1.Суммирование алгебраическое с выраженными знаком суммы.

2.Число слагаемых теоретически неограниченно. Практически ограничивается .лишь чувствительностью суммирующего моторчика.

3; Погрешность суммирования равна нулю вследствие фазности поворота и синхронности вращения моторчика.

4.Угол поворота суммирующего органа изменяется плавно. При постоянных скоростях измерителей мгновенная величина суммарной скорости в любой момент времени постоянна. В варианте с поляризованным реле оно работает равномерно.

5.Контактные устройства для всех измерителей, независимо от их числа, одинаковы.

6.Измерители могут располагаться на любом расстоянии друг от друга и от суммирующего моторчика и связываются между собой и с моторчиком, независимо от числа слагаемых, тремя проводами.

Предлагаемое устройство предназначено, главным образом, для применения в устройствах для телеметрии, в частности для передачи на расстояние суммарной мощности. В этом случае в каждом счетчике устанавливают круглое сопротивление, вокруг которого расположены щетки, приводимые во вращение подвижным элементом счетчика. Так как скорость подвижного элемента счетчика пропорциональна измеряемой мощности, то скорость суммирующего моторчика будет пропорциональна суммарной мощности. Для получения местных показаний или для передачи по методу интенсивности ось моторчика можно связать с небольшим генератором постоянного тока. Для передачи по частотно-импульсному методу па ось моторчика достаточно посадить прерыватель, либо просто заменить моторчик поляризованным реле.

Область применения устройства не ограничивается телеметрией. Оно может применяться также в устройствах автоматики в тех случаях, когда требуется получение суммы или разности каких-либо величин.

Предмет изобретения.

1. Устройство для алгебраического суммирования углов поворота осей с неограниченным вращением, основанное на применении коммутаторов со щетнами, связанными с вращающимися осями, причем пластины каждого коммутатора соединены со щетками следующего, а последний коммутатор связан с указывающим сумму прибором, отличающееся тем, что коммутаторы выполнены в виде кольцевых равномерно распределенных сопротивлений и каждый из них, независимо от числа слагаемых, снабжен тремя щетками, соединенными с тремя точками предыдущего коммутатора, делящими его на равные части, за исключением первого коммутатора, две диаметрально расположенные щеткн которого соединены с источником постоянного тока.

2. Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся тем, что коммутаторы состоят из стержней, расположенных между изолирующими кольцами

по образующим цилиндра, икаждая- пара соседних стержней соединена друг с другом сопротивлениями, образующими общее кольцевое сопротивление.

3.Применение в устройстве по п. I и 2, в качестве указывающего сумму прибора, синхронного двигателя с постоянным магнитом и трехфазной обмоткой ротора, например, магнитоэлектрического счетчика количества электричества с трехсекционной обмоткой якоря, выведенной вместо коллектора на три кольца.

4.В устройстве по пп. 1 и 2, при использовании его для суммирования числа оборотов осей, применение счетчика с пол5 ризованным электромагнитом, присоединенным к двум диаметрально расположенным пластинам последнего коммутатора.

0 фиг S фигт4