книги / Метрология, стандартизация и сертификация. Методы и средства измерения физических величин
.pdfасимметрии 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
Е |
Е |
|
Ек% =——100%, £ к - ЭДС квадратурной обмотки, |
£ ост% = ~ 007— 100%, |
|
У f |
^выхгаах |
|
/Гост “ остаточная ЭДС в нулевых точках, Дл%= |
— ^ * 4 0 0 % , |
- |
|
Лтах |
|
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
|
|
|
|
Таблица 3.3 |
|
Параметр |
|
Класс точности |
|
|
|
0,05 |
0,1 |
0,2 |
Погрешность линейности ел, % |
±0,05 |
±0,1 |
±0,2 |
|
Осгаточная ЭДС Еост>% не более |
0,025 |
0,05 |
0,1 |
|
|
|
|
|
Таблица 3.4 |
Тип ЛВТ |
«* % |
Еост % |
0и, мм |
/77, КГ |
ВТ-2А |
±0,11 |
- |
70 |
2 |
ВТМ-Б |
±0,1 |
0,33 |
56 |
0 ,6 8 |
ВТ-5 |
±0,11 |
0,02 |
50 |
0 ,6 8 |
ВТ-5Л |
±0,05 |
0,01 |
50 |
0,6 |
5БВТ |
±0,3 |
0,1 |
50 |
0,81 |
ВТ-ЗА |
±0,11 |
- |
45 |
0,5 |
МВТ-2 |
±0,2 |
- |
38 |
0,35 |
2,5ВТ |
±0,2 |
0,2 |
25 |
0.12 |
ЗВТ-2ТВ |
±0,2 |
0,2 |
25 |
0,115 |
2,5БВТ-Л |
±0,8 |
0,3 |
25 |
- |
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
Параметры |
ИПУ-5А |
ИПУ-5АМ |
ИПУ-13 |
ИПУ-14 |
Напряжение питания, В |
5 |
5 |
4 |
4 |
Частота питания, кГц |
4 |
4 |
15,6 |
15,6 |
Потребляемый ток, А |
0,4 |
0,4 |
0,5 |
0,5 |
U m a x выхода,мВ |
2.2 |
2,7 |
12 |
10 |
Число пар полюсов Р |
256 |
180 |
128 |
128 |
Погрешность, не более |
±6" |
±4" |
±2,5" |
±2,5" |
Наружный диаметр, мм |
142 |
142 |
210 |
164 |
Осевая длина, мм |
36 |
38,5 |
45 |
36 |
Масса, кг |
1.8 |
1,8 |
2,5 |
2,0 |
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 =
= 400 Гц; Ubbtx щах = 1 |
В; Р = 64; погрешность ±0,5'; диаметр наружный |
65 мм; осевую длину |
16 мм; массу 195 г (Un - напряжение питания, / 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.
Наименование ЦПУ
ЦПУ с насыщающимися считывающими элементами Пневмоакустическнн ЦПУ
Преобразователь угла с унифицирован ным токовым выходом; угол ±90° Импульсные датчики угла поворота в системе САРТ-Р в прокатных станах Фотоэлектрический ЦПУ
Тип ЦПУ |
Разре |
|
шающая |
|
способ |
|
ность, |
|
двоичные |
МП-9-1 |
разряды |
9 |
|
МП-12-2 |
12 |
С преобра |
10 |
зователем |
|
Г1Г1А 8 |
|
квант/мм |
|
Профиль- |
|
30 |
|
УИПУ-1 |
1024 |
УИПУ-2 |
1024 |
ППК-15 |
10 |
Погреш
ность,
± угл. мин
±30
±21,5
±21,5
Допусти мая ско рость из менения угла, угл.
град/с
6000
3600
600
0 - 4000
0 - 4000
180-360
Напряже ние пита ния, В
10±0,3
10±0,3
7
10-30
±12
±24 5; 15
Диапазон
рабочих температур/С
-60 - +80 -60-+80
-40 - +55
Размеры (мм), масса
45x65
45x80
0 100x55
130x110x95
22 кг
19 кг
0,85 кг
Страна- |
Тип ЦПУ |
Разрешающая |
Погреш- |
Допусти |
Частота |
Диапазон |
производитель |
|
способность, |
ность, |
мая ско |
опорного |
рабочих |
|
|
двоичные |
± угловых |
рость из |
и входно |
температур, |
|
|
разряды |
минут |
менения |
го сигна |
°С |
|
|
|
|
угла, угл. |
ла, Гц |
|
США |
С 40/60 |
16 |
2 |
град/с |
60 |
-50 - +85 |
- |
||||||
|
168Н100 |
16 |
1±0,9 |
1800 |
50 |
-10-+70 |
|
167В100 |
19 |
0,05 |
- |
50 |
-10-+70 |
|
SDC632 |
12 |
8,5 |
14400 |
400 |
-10-+70 |
|
HSDC-360 |
16 |
0,41 |
- |
1000 |
-10-+70 |
|
SD-555 |
16 |
1 |
450 |
50 |
-10-+70 |
|
SD-560 |
19 |
0,05 |
120 |
50 |
-10-+70 |
|
2SD412 |
20 |
0,06 |
360 |
50-5000 |
-10-+70 |
|
VSD-401-SM |
14 |
4 |
1440 |
400 |
0 - +70 |
Англия |
SD1602 |
14 |
4 |
2880 |
50-2500 |
-10-+70 |
|
SD1700 |
12 |
8,5 |
12960 |
50-2500 |
-10-+70 |
Размеры, мм
79x66x20
79x66x20
79x66x20
79x66x10
132x90x20
101x76x10
1П1*76*10/U
V А VА 66x91x20/ / wЛГ\ . ,ОА
79x66x20
79x66x20
79x66x10