Индукционный датчик угла Советский патент 1982 года по МПК G01B7/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, в гироскопическом приборостроении.

Известен индукционный датчик углового перемещения, содержащий Ш-образный сердечник с размещенными на нем обмотками и поворотный якорь l .

Недостатком этого датчика является узкий диапазон линейности статичес-кой характеристики,не превышающий±7

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является индукционный датчик угла, содержащий цилиндрический статор, диаметрально размещенную на статоре сосредоточенную обмотку возбуждения, концентрично размещенный внутри статора цилиндрический ротор и диаметрально размещенную на роторе выходную обмотку 2 .

Недостатками известного датчика являются появление электродинамического момента взаимодействия между, ротором и статором при работе нагруженного датчика и искажение его выходной характеристики, которые обусловлены изменением реактивного сопротивления выходной обмотки нагруженного датчика (в общем случае изменением ф&зы выходного сигнала, в зависимости от угла поворота рото- ; ра) .

Целью изобретения является повышение точности измерения путем компенсации электродинёмического момента и улучшения линейности статической характеристики.

Поставленная цель достигаемся

10 тем, что индукционный датчик угла, содержащий цилиндрический статор, диаметрально размещенную на статоре сосредоточенную обмотку возбуждения, концентрично размещенный 15 внутри статора цилиндрический ротор и диаметрально размещенную на роторе выходную обмотку, снабжен включенным параллельно выходной обмотке варикондом, емкость которого выбра20на из соотнесения

1

С

U3CX,(l-«6)J

j Де ос

угол поворота ротора;

Э 00 круговая частота тока питания датчика;

Х - индуктивное сопротивление выходной обмотки;

Xj - индуктивное сопротивление

30 обмотки возбуждения;

Хр, - сопротивление взаимной индукции выходной обмотки и обмотки возбуждения; К - отношение числа витков вы:Кодной обмотки к числу витков обмотки возбуждений. На фиг.1 представлена принципиальная схема датчика;на фиг.2 - закон изменения емкости вариконда; HJL. фиг.З - зависимость электродинамического момента от угла поворота ротора.

Индукционный датчик угла (фиг,1) содержит статор 1, диаметрально размещенную на статоре 1 сосредоточенную обмотку 2 возбуждения, концентрично размещенный внутри статора 1 цилиндрический ротор 3 и диаметрально размещенную на роторе 3 выходную обмотку 4. Параллельно выходной обмотке 4 подключен вариконд 5, а также нагрузка 6.

Датчик работает следующим образом. . ,

При .подключении обмотки 2 возбуждения к источнику питания (не показан) возникает магнитный поток, наводящий ЭДС в выходной обмотке 4.

Фазовый сдвиг между потоком возбуждения и током выходной обмотки 4 может быть определен по формуле х.+х,,ки-)б )

COS Ч ,, ,

(,г-.,,.

(О

где Tj , г., Tjn - активные сопротивления обмоток и нагрузки.

Для получения cos (р О, что соответствует фазовому сдвигу ii/2, необходимо выполнить условие

Хц+Х,+Х,(1-об2) 0. . (2) Для выполнения условия () необходимо, чтобы емкость с вариконда 5, включенного параллельно выходной обмотке 4, изменялась в зависимости от угла поворота ротора 3 в соответствии с соотношением . J

w X4-t-X2K -fX()J где м - угол поворота ротора;

со - круговая частота тока питания датчика; Х - индуктивное сопротивление

выходной обмотки; Ху - индуктивное сопротивление

обмотки возбуждения; Х„ - сопротивление взаи1 иой индукции выходной обмотки и обмотки возбуждения. Практический подбор вариконда с требуемой зависимостью емкости не представляет трудности. При необходимости желаемая характеристика может быть получена путем соответствующего параллельного и последовательного включения нескольких варикондов

Таким образом, в описанном датчике угла обеспечивается постоянный фазовый сдвиг, равный /2, между потоком возбуждения, и током выходной обмотки, что соответствует отсутствию злектродинамического момента. При этом также снижается искажение линейности статической характеристики.

На фиг.2 представлена характеристика вариконда ВК-2 включавшегося параллельно нагрузке б величиной 10 кОм. На фиг.З представлены зависимости электродинамического момента от угла поворота 3 датчика при отсутствии (кривая А) и наличии .(кривая Б) вариконда 5. Как следует из сравнения характеристик, величина электродинамического момента при введении вариконда 5 пренебрежимо 0 мала в диапазоне углов 140°. При этом, линейность статической характеристики датчика улучшается на 5-10%. .

Формула изобретения

Индукционный датчик угла, содержащий цилиндрический статор,

30 диаметрально размещенную на статоре сосредоточенную обмотку возбуждения, концентрично размещенный внутри статора цилиндрический ротор и диаметрально размещенную на ротор

35 выходную обмотку, отличающийся тем,, что, с целью повышения . точности измерений путем компенсации электродинамического момента и ул.учшения линейности статической

40 характеристики, он снабжен подключенным параллельно выходной обмотке варикондом, емкость которого выбрана из соотношения

С 1

45 wLXf--XjK+X d-c ) где oi - угол поворота ротора;

03 - круговая частота тока питания датчика; Х - индукт.ивное сопротивление

выходной обмотки; . Ху - индуктивнее сопротивление

обмотки возбуждения; Xff,- сопротивление взаимной индукции выходной «бмотки и обмотки возбуждения;

55 к отношение числа витков выходной обмотки к числу витков обмотки возбуждения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 60 1. Авторское свидетельство СССР 389403, кл. G 01 D 5/20, 1973.

2. Одинцов А.А. Проектирование элементов гироскопических устройств М., -Высшая школа , 1962, с. 99, 65 рис.42 .а.

С

(МКф)

го jff sff ffff 70 vfs}

0i/i.f

фуг.г