книги / Метрология, стандартизация и сертификация. Методы и средства измерения физических величин

асимметрии нулевых точек, ЭДС квадратурной обмотки, остаточной ЭДС, разности коэффициентов трансформации.

Погрешность отображения (%)

8=_ ^ й « _ .1оо,

и

^выхтах

где ДС/вых - отклонение выходного напряжения от расчетного, вычисляется как полусумма абсолютных значений максимальной положительной и максимальной отрицательной погрешностей.

Асимметрию нулевых точек (Дао) определяют при питании ВТ со стороны каждой из первичных обмоток. Асимметрия нулевых точек оце­ нивается полусуммой абсолютных значений максимального положитель­ ного и максимального отрицательного отклонений ротора от углов, крат­ ных 90°, когда ЭДС вторичных обмоток положительны (/Гост)-

На рис. 3.1 показана схема включения ВТ в синусно-косинусном ре­ жиме. Деление СКВТ по классам точности приведено в табл. 3.1, где

больший коэффициент трансформации между обмоткой возбуждения и вторичными обмотками, nmin- меньший коэффициент трансформации.

Рис. 3.1. Схема включения ВТ

всинусно-косинусном режиме

Врежиме СКВТ используются главным образом двухполюсные датики. Точностные и массогабаритные показатели различных типов СКВТ казаны в табл. 3.2, где 0 Н- наружный диаметр корпуса, m - масса, кг

Рис. 3.2. Схема включения ВТ в линейном режиме

3.2. Индуктосины

Вращающийся (поворотный) индуктосин представляет собой два диска из электроизоляционного материала с печатными обмотками. Один из дисков (ротор) соединен с контролируемым валом, другой (статор) за­ креплен. Диски расположены соосно и параллельно. На смежные поверх­ ности дисков наносятся печатные обмотки. Электромагнитная связь между обмотками осуществляется за счет потока, проходящего через воздушный зазор.

Основным достоинством индуктосина является его высокая точ­ ность, достигающая единиц угловых секунд. Точность обеспечивается бла­ годаря увеличению числа пар полюсов. Главный недостаток - низкий уро­ вень выходного сигнала. Если у многополюсного ВТ классической конст­ рукции п = 0,2 0,8, то у индуктосина п = 0,1 • 10'3

Параметры индуктосинов серии ИГГУ приведены в табл. 3.5.

Таблица 3.5

3.3. Редуктосины

Индукционный редуктосин представляет собой многополюсный бес­ контактный ВТ, состоящий из статора с большим числом зубцов, собран­ ного из пластин электротехнической стали, и ротора, выполненного в виде зубчатого колеса из электротехнической стали. В пазы статора укладыва­ ются три обмотки - возбуждения/ синусная b и косинусная а. При пита­ нии обмотки возбуждения переменным током в обмотках а и b наводятся

ЭДС, амплитуды которых при повороте ротора изменяются с периодично­ стью, кратной числу его зубцов. Конструктивно, меняя ширину зубцов и

скос пазов, добиваются, чтобы ЭДС во вторичных обмотках изменялась по синусоидальному и косинусоидальному закону. Достоинствами редуктосинов являются бесконтакгность, высокая надежность, удобство компо­ новки. Редуктосин БСКТ-128 имеет следующие параметры: Un = 36 В ;/п =

частота тока питания; t/вых max - максимальное выходное напряжение, Р -

число пар полюсов).

3.4. Цифровые преобразователи угла

Цифровые преобразователи угла (ЦПУ), преобразуя угол поворота в цифровой код, осуществляют связь объектов с системами управления, со­ держащими ЦВМ. От качества ЦПУ зависят уровень технических характе­ ристик и эффективность функционирования этих систем.

Современные ЦПУ развиваются в двух принципиально различных направлениях. В ЦПУ первого направления квантуется сам измеряемый угол, в ЦПУ второго направления - промежуточная аналоговая величина, например амплитуда или фаза переменного напряжения, которая предва­ рительно меняется, как и угол поворота ротора.

ЦПУ с непосредственным преобразованием угла в код по структуре построения подразделяются на ЦПУ с пространственным кодированием и ЦПУ с временным кодированием.

ЦПУ с пространственным кодированием обеспечивает высокое бы­ стродействие при значительной скорости вращения измеряемого вала, ус­ тойчивость к воздействию внешних дестабилизирующих факторов и физи­ ческий способ считывания информации. К недостаткам таких ЦПУ можно отнести невысокую точность преобразования. ЦПУ с временным кодиро­ ванием более точны, но имеют низкое быстродействие. Поэтому разрабо­ таны ЦПУ с пространственно-временным кодированием. Сочетание обоих принципов позволяет создавать ЦПУ с высокой разрешающей способно­ стью и высоким быстродействием (8 - 1 5 двоичных разрядов при быстро­ действии 10 мкс, при этом диаметр электромеханической части составляет 20 - 80 мм).

Наиболее перспективными методами физического считывания ин­ формации в этих преобразователях являются:

1.Фотоэлектрический. Он обеспечивает самую высокую разрешаю­ щую способность, высокое быстродействие, но очень дорог и сложен.

2.Электромагнитный. Он имеет меньшую разрешающую способ­ ность, но позволяет создавать ЦПУ с большим быстродействием и высо­ кой скоростью вращения вала, высокой надежностью и устойчивостью к воздействию внешних факторов.

3.Электроакустический. Он имеет такую же разрешающую способ­ ность, как электромагнитный метод, но меньшее быстродействие.

4.Контактный. Характеризуется невысокой разрешающей способно­ стью, низкой скоростью вращения вала, но позволяет создавать самые про­

стые и дешевые ЦПУ.

Новые возможности открываются при использовании считывающих элементов с интегральным эффектом, создании двухотсчетных структур с использованием двухканальных СКВТ (типа СКВТ 6445), разработке функциональных ЦПУ, на выходе которых получают коды синуса угла, косинуса угла и измеряемого угла.

ЦПУ второго направления - с косвенным преобразованием угла в код - можно подразделить на три вида: ЦПУ с масштабным преобразова­ нием угла, преобразователи угол - параметр - код и интерполяционные ЦПУ

В ЦПУ с масштабным преобразованием угла получение значитель­ ной разрешающей способности, соответствующей 1 2 - 1 4 двоичным раз­ рядам и более, достигается благодаря применению высокоточного повы­ шающего механического редуктора на входе низкоточного многооборот­ ного ЦПУ, построенного на основе пространственного кодирования.

Преобразователи угол - параметр - код занимают в настоящее время одно из главных мест среди всех видов ЦПУ При высокой разрешающей способности они позволяют наиболее легко выполнять многоканальное преобразование, весьма просто пространственно разделить датчик и элек­ тронную схему. Хотя преобразование информации в этих ЦПУ осуществ­ ляется по громоздкому алгоритму, они в целом технологичны. Недостат­ ками этих ЦПУ являются громоздкость структуры и низкое быстродейст­ вие. ЦПУ с промежуточным преобразованием угла в фазу наиболее про­ сты, но требуют прецизионного питания для датчиков, стабильного по час­ тоте, амплитуде и клирфактору напряжения или точных и стабильных фа­ зосдвигающих цепей. ЦПУ с промежуточным преобразованием угла в ам­ плитуду сигнала менее критичны к источнику питания датчика, но имеют более прецизионную электронную схему.

Появление и развитие интерполяционных ЦПУ связано с необходи­ мостью повышения точности преобразования и упрощения технологии их изготовления. Отличительной особенностью этих ЦПУ является то, что в них старшие разряды кода организуются пространственным кодированием, а младшие - путем интерполяции наименьшего физического кванта мето­ дами временного кодирования. В качестве промежуточного параметра применяется фаза или амплитуда переменного напряжения.

С целью получения однозначного результата измерения и оптимиза­ ции процесса преобразования по точности в структуру ЦПУ включают микропроцессоры. На их основе созданы ЦПУ с квадратурной цифровой фильтрацией, ЦПУ следящего уравновешивания и др.

Новым методом физического считывания, а точнее преобразования угла поворота в код, является цифровой угломер на основе лазера. Поворот одного из отражателей вокруг оси, перпендикулярной плоскости диспер­ сии, приводит к изменению угла падения светового пучка на дисперсион­ ный элемент и, следовательно, к перестройке длины волны. Таким обра­ зом, перестраиваемый лазер можно рассматривать как преобразователь угол - код.

Вработе [3] предложен преобразователь в виде кодового диска и го­ ловки звукоснимателя. На диске 0 300 мм можно записать 1800 различных значений угловой величины - до 11 двоичных разрядов, погрешность пре­ образования 0,03 %. Можно записать коды и кодоречевые сигналы.

Втабл. 3.6 приведены технические данные цифровых преобразова­ телей угла, выпускаемых серийно в Российской Федерации.

За рубежом уделяют большое внимание разработке цифровых пре­ образователей угла. Например, в США разработкой и производством ЦПУ занимаются около 30 фирм. ЦПУ выпускаются в гибридно-модульном ис­ полнении (SRDC). По функциям SRDC подразделяются в основном на 4 группы: одноотсчетные с выходами в двоичном и двоично-десятичном ко­ дах; двухотсчетные с выходом в двоичном коде; многоканальные.

Высокая точность датчиков СКВТ (±0,005 %) считается достигнутой. Связь SRDC с датчиком трансформаторная. Двоично-десятичный код слу­ жит для индикации угла поворота.

В табл. 3.7 приводятся основные технические характеристики SRDC ряда фирм.

Библиографический список

1.Курсов М.Е. Цифровой преобразователь с квадратурной фильтра­ цией сигналов датчика угла // Измерительная техника. 1991. № 4. С. 19.

2.Курсов М.Е. Цифровая и аналоговая обработка и формирование сигналов передачи и приема информации. М., 1989.

3.Приборы и системы управления. 1975. № 3, 4, 9; 1976. № 8; 1978.

№3, 5, 9, 10, И, 12; 1982. № 5, 8, 10: 1985. № 1: 1987. №5; 1991. №4.

4.Кравченко В.И. Преобразователь угол - код на основе перестраи­ ваемого лазера // Измерительная техника. 1991. № 1. С. 13.

5.Домрачев В.Г Цифровые преобразователи угла. М., 1984.

6.Домрачев В.Г. Малогабаритный фотоэлектрический цифровой преобразователь угла // Измерительная техника. 1986. № 6. С. 18.

7.Соломенцев Ю.М. Управление гибкими производственными сис­

темами. М., 1988.

8. Электромеханические преобразователи угла с электрической ре­ дукцией / Под ред. А.А. Ахметжанова. М., 1978.