Устройство для контроля линейности характеристик преобразователей "угол поворота в фазу Советский патент 1980 года по МПК G08C25/00 

(St) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЛИНЕЙНОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ УГОЛ ПОВОРОТА В ФАЗУ

1

Предлагаемое устройство относится к области фазоизмерительной техники и представляет собой устройство для . измерения и регистрации нелинейности характеристик двухотсчетмых преобра- 5 зователей механического угла поворота в электрический угол с электрической редукцией, выполненных на основе многополюсного поворотного трансформатора, редуктосина или индуктосина. 10

Известен способ определения фазовой нелинейности выходного напряжения фазовращателя, основанный на компенсации фазовой нелинейности методом равных интервалов. Устройство , pea- 5 лизукяцее указанный способ, содержит вспомогательный фазовращатель, электрическую машину для изменения амплитуды переменного напряжения, оптическую делительную головку, образ- 20 цовую меру фазового сдвига, рубильник и индикатор напряжения 1 .

Недостаток этого устройства заключается в необходимости установки контролируемого датчика на оптичес- 25 кую делительную головку.

Известно также устройство для проверки Линейности характеристик преобразователей угол-фаза,содержащее источник сигнала,испытуег«а1й фазовраща- 30

тель,блок сраЕгкения,регистрирукядее устройство,электродвигатель,вспомогательные фазовращатели,редуктор и муфту 2 ..

Недостатком устройства является сложная кинематическая связь электродвигателя с испытуемым преобразователем и вспомогательными фазовращателями.

В качестве прототипа выбрано наиболее близкое к изобретению по технической сущности устройство для проверки линейности характеристик преобразователей угол-фаза, содержащее источник сигнала, соединенный с испытуемым фазовращателем, м блок сравнения, подключенный к регистриругадему устройству, однополюсные модуляторы, гетеродин и делители частоты, причем источник сигнал-а через первый однополюсный модулятор, второй вход которого соединен через первый делитель частоты с выходом гетеродина и входом вспомогательного фазовращателя, соединен с первым вхо- , дом блока сравнения, второй вход которого связан с выходом второго однополюсного модулятора, первый вход которого соединен с выходом испытуемого фазовращателя, а второй

вход через делитель частоты - с выходом дополнительного фазовращателя 3 .В настоящее время в различных системах управления применяются в качестве выходных дaтtfИKOS двухотсчетные преобразователи с электрической редукцией, Обеспечение контроля параметров такого рода фазовращателей является актуальной задачей, особенно при установке последних в устройствах точной механики при отсутстви внбй111ней .связи с валом на Котором установлен фазовра 4а вль. Решение поставленной задачи в указанных условиях не может быть обеспечено путем применения прототипа предлагаемого устройства.

Цель изобретения состоит в удобстве эксплуатации путем обеспечения поверки двухотсчетных преобразователей угла поворота в фазу с электрической редукцией в составе приборов.

Это достигается тем, что в устройство, содержащее источник питания, первый выход которого соединен с конролируемым преобразователем, и блок сравнения, соединенный со входом регистрирующего блока, введены формирователь импульсов, элемент совпадения, фазосдвигающий блок и ключ.При этом второй выход источника питания стоединен с первым входом элемента совпадения, второй вход которого связан с выходом формирователя импульсов , а выход - с другим входом регистрирующего блока. Первьгй вход блока сравнения соединен с обмоткой точного отсчета контролируемого преобразователя, второй вход блока сравнения - с.выходом фазосдвигающего блока и выходом ключа. Обмотка грубого отсчета контролируемого преобразователя соединена со входами ключа, формирователя импульсов и фазосдвИгающего блока.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - кривая выходного напряжения регистрирующего блок

Первый выход источника 1.питания соединен с обмотками питания контролруемого преобразователя.2. Блок 3 сравнения соединен с первым входом регистрирукяцего блока 4, второй выход источника 1 питания - с первым входом элемента 5. совпадения, второй вход которого связан с выходом формирователя б импульсов, а выход - со вторым входом регистрирующего блока 4. Выход фазосдвигающего блока 7 подключен к второму входу блока 3 сравнения на первый вход которого подается сигнал с обмотки точного отсчет контролируемого преобразователя 2. Сигнал с грубого отсчета контролируемого преобразователя 2 поступает на вход формирователя 6 импульсов и бход фазосдвигающего блока 7, Через ключ 8 вход фазосдвигающего

блока 7 соединен с его выходом. Кон.тролируемый преобразователь 2 закре плен на валу измерительного прибора 9, на вал воздействует вращающий момент.

На фиг. 2 введены следующие обозначения:

е - кривая выходного напряжения с амплитудой Е регистрирующего блока 4 для моментов времени, синхронных с импульсами первой последователье, - кривая выходного напряжения с амплитудой Е регистрирующего блока 4 для моментов времени, синхронных с импульсами второй последовательности

Т - период вращения ротора;

Т - интервал времени между двумя отсчетами;

а - величина смещения среднего значения от нулевого уровня.

Коэффициент электрической редукции точного отсчета преобразователя райен р.На первом выходе источника 1 питания имеется сигнал частоты f,Ha втором выходе - сигнал частоты 4(р-1)

2n-lX (2п-Ч)

(р-1)т, т 1, . . . , .СХ1. В дальнейшем условимся,что .

Для измерения функции фазовой нелинейности преобразования угла поворота в фазу электрического сигнала в предлагаемом устройстве используется компенсационный метод измерениям. Сущност его заключается в том, что сдвиг фазы, вносимый одним отсчетом поверяемого преобразователя, линейно, компенсируется путем использования другого отсчета. Разностный сдвиг фаз представляет собой искомую функцию нелинейности преобразования.

Скорость, разворота ротора преобразов.ателя относительно статора vso определяет скорость развертки во времени функции нелинейности характеристики преобразователя, не влияя на вид этой функции. В предлагаемом устройстве снимается суммарная функция нелинейности двух датчиков преобразователя в виде дискретных отсчетов (один ряд отсчетов образует одну кривую, другой ряд - другую), количество точек на каясцой кривой 2(р-1).

Регистрацию результатов сравнения ,фазы сигналов датчиков грубого и точного отсчетов преобразователя производят в моменты времени совпадения импульсов напряжения, характеризирующих моменты положительного перехода через нуль напряжения датчика грубого отсчета, и импульсов напряжения на втором выходе источника питания.

Для идеального двухотсчетного преобразователя с электрической редукцией р, в режиг вращения ротора, имеется 4(р-1) пространственных углов в пределах полного оборота ротора прербразрвателя, для которых сдвиг фазы напряжениями датчиков обоих отсчетов равен п п 1,...,4. Моменты времени, соответствующие .нахождению ротора идеального преобразователя в положениях, определяемы этими про::транственными углами, фиксируются наличием импульсов напряжения на выходе элемента 5 совпадения. Условимся разделять эти импульсы на две последовательности, которые о разуются четными и нечетными импуль сами, причем некоторые импульсы первой последовательности совпадают с началом периода опорного напряжения, импульсы второй последовательности всегда сдвинуты относительно начала периода напряжения питания. Математическая модель устройства выражается вэтом случае следующими зависимостями. Для включенного положения ключи; 8 напряжения на входах блока 3 сравнения записываются в виде r O Ay3in №t + dL+4(iL) 1 e Q A2Sin uyt pdL+S(ci.)4g , (z) где dL - угол поворота ротора преобразователя;V(jL)(Jb функции нелинейности характе ристик датчиков грубого и точ ного отсчетов соответственно Ч)% - начальные фазовые сдвиги датчиков грубого и точного отсче тов соответственно. Для моментов времени, синхронных с импульсами первой последовательности ( (3) где п 0 ,1,..., 2р-3. Фаза напряжения датчика точного от счета преобразователя в момент регист рации, выраженная через функции нелинейности, определяется выражением вида п JT (d.) - (dL)f 4(dL)+4, Выходное напряжение блока 3 сравнения в момент регистрации равно |; TO I COSUE, (у; где решетчатая функция,Т-JL - коэффициент пропорциональ ности г д6 - разность фаз входных сигналов. Разность фаз можно представить в виде )()(p+l)V(dL) (б) для , ,l,..., р-2, .)4Q-()()M(A) (7) |для , ,1,.,.,р-2. Знакм функций нелинейности характеристик датчиков точного и грубого 0Оотсчетов преобразователя в моменты отсчета совпадают для первой последовательности импульсов. Тогда выражение (5) можно записать в виде e iK-COs 4Jj-{p iJy -(p)y(jjL)i()j (в) |Регистрируемая кривая е изображена на фиг. 2, причем нечетные отсчеты взяты со знаком четных. Составляющие Ч и | . (р+1) не зависят от угла поворота и вызывают смещение среднего значения от нулевого уровня. Для моментов времени, синхронных с импульсами второй временной последовательности; выражения (3)i С). (6), (7) и (8) записываются в виде ( где ,2,...,2(р-1), pd-.-(dLh fQ P J llHr-P4W-pyj,-4{.) (P)-()v(d)-ЧC(l) ; (и) 320. . , ,2,...,p-lf ,-nAe -Yo())H(dLj-4CdLkifQ-, (12) , ,2,...,p-l. Отрицательный знак перед (A)поставлен с учетом того, что функции нелинейности датчиков грубого и точного отсчетов имеют в моменты отсчета разные знаки е,± R (P+t)ЧQ-(P+1)H(Л.)-Ч(.).(Ь) Кривая е,2 выходного напряжения изображена на фиг. 2, причем нечетные отсчеты взяты со знаком четных. Обработка результатов измерения позволяет определить расхождения нулей обоих отсчетов и выделить функции нелинейности характеристик для каждого датчика в отдельности. Для определения расхождения нулей датчиков ставят ключ 8 в отключенное положение, регулировкой фазосдвигающего блока 7 компенсируют постоянную составляющую выходного напряжения егистрирующего блока 4, производят тсчет внесенного фазового сдвига, елят его величину на коэффициент лектрической редукции и получают в езультате искомую величину расхождеия нулей датчиков точного и грубого тсчетов преобразователя. Определив тношение Е находят величину амлитуды функции нелинейности датчика рубого отсчета m У.

тЧ

0.

1,5

2,5

Используя Измеренное значение Е и найденное из таблицы значение m V по формуле W 4 ir«v(p-i-t)-arcs n-- 1 С-) rV мбжйб Определить значение амплитуды функции нелинейности датчика точного отсчета m . Все искомые величины могут быть Й йШййна нё по срёдат в е н но графических функций без выполнения сложных вычислений. Положительным |а1 тШгНледует &чйтатьТ что -Ш сОдное напряжение устройства пропорционально умноженному на р значению функции нелинейности датчика грубого от ёЧШ Тчто йовШдйет ния. Если частота сигнала на втором выходе равна. 4 (р-1)опТ Йс Лу ни -отсчета возможно не каждый период питаю щего напряжения, для других возможных значений частоты указанного сигнала уменьшается количество отсчетов в секунду. Погрешность измерения предлагаемог устройства контроля определяется рабо чей частотой его элементов.Основным - ЙШбЧний-ЬМ погрешности предлагаемого устрбйст в-а контроля является конечная йЯйтёльйость импул сов на входах элемента 5 совпадения. Так, при выполнении устройства на :эЛвжентах системы Логика 2 с рабочей частотой-5 МГц длительность импульсов входах должна быть не менее 0,2 МКС. При частоте питаювдёго напряжения преобразователя около 5 кГц и коэффициенте редукции р 32, частота ййАулбсШ на втором выходе .источника -питания составит величину порядка 600 кГц. Если зона нестабильности ра боты элемента 5 совпадения 10% от дли - Тёль-ности импульсов, то ошибка в опр Т делении разности фаз сравниваемых си налов составит величину - ь , . ,,.o,..,. При величине ftdl) около 1° оишбка измерения 100%. С учетом составляющи ошибки из.мерёния, связанныхс нахождением отношения , Можно утверж дать, что ошибка измерения будет не более 5%.---, - , СуЩеетвуюпдаё методы контроля лине ности характеристик преобразователя требуют установки его на оптическую дёлител-ьную головку или наличия вспо гательного преобразователя, кинемати ески связанного с ротором контролиуемого. Предлагаемое устройство обеспечиает возможность проведения указанной оверки двухотсчетного преобразователя условиях установки его в.прибор при тсутствииjкинематической связи с роором преобразователя. Положительный эффект, достигаег ий рй йспользований предлагаемого устойства, детгоянйтельно, заключается в том, что упрощается операция поBepi H, апростота проведения ее позвояёт автОйатйзйровать процесс поверки. Путем применения регулировочных органов можно свести до минимума попОгрешности,связанные с технологическимйдопуск ами наСООСНОСТЬ и торцовое емещение ме)кду ротором и статором преобразователя. Одновременно можно судитьо степени равенства амплитуд и квадратурном смещении фазы .напряжений питания при двухфазном режиме возбуждения преобразователя. Точность поверки параметров преобразователя повышается за счёт умножения на величину р величины отклонения фазы грубого Отсчета от линейного закона., Формула изобретения . Устройство для контроля линейности характеристик преобразователей угол поворота в фазу, содержащее источник питания, первый выход которого соединен с комтролируемым преобразователем, и блок сравнения, соединенный со входом регистрирукадего блока, о тл и ч ё ё с я тем, что, с целью удобства эксплуатации, в устройство введены формирователь импульсов, элемент совпадения, фазосдвигающий , блок и ключ, второй выход источника питания соёДинён с первым входом элемента совпадения, второй вход которого соединён с выходом формирователя импульсов, а ВЫХОД - с другим входом регистрирующего блока, первый вход блока ср айнеййя соединен с обмоткой точного бгсчета контгрблируемого преобразователя, второй вход .блока, сравнения соединен с выходом фазосдвигающего блока и выходом ключа, обмотка грубого отсчета контролируемсЗго преобразователя еоединена со входами ключа. формирователя импульсов и фавосдвигающего блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

,2. Авторское свидетельство СССР 297980,кл. G 08 С 9/00, 12.а9.б9. Ч 3. Авторское свидетельство СССР 342207,кл. С. 08 С 9/04, 06.01.70 (прототип).