- •Содержание Введение
- •Тема 1. Основные свойства элементов систем автоматического управления
- •1.1 Классификация элементов систем
- •1.2 Статические свойства элементов
- •1.3 Динамические свойства элементов
- •1.4 Энергетические свойства элементов
- •Тема 2. Электрический контакт
- •2.1 Сопротивление контакта
- •2.2 Основы расчета и проектирования электрических контактов
- •2.3 Конструирование неподвижных контактов.
- •2.4 Конструирование разрывных контактов.
- •2.5 Искрогашение
- •Тема 3. Датчики перемещения
- •3.1 Потенциометрический датчик перемещения
- •3.1.1 Конструкция потенциометрических датчиков перемещения
- •3.1.2 Расчет потенциометрического датчика.
- •3.1.3 Функциональные потенциометры.
- •3.1.4 Динамические свойства потенциометрических датчиков
- •Тема 4. Электромагнитные датчики перемещения
- •4.1 Однотактный индуктивный датчик перемещения
- •4.2 Двухтактный индуктивный датчик перемещения
- •4.3 Трансформаторные (индукционные) датчики
- •4.4 Индукционные рамочные датчики перемещений
- •Тема 5. Емкостный датчик перемещения
- •Тема 6. Оптоэлектронный аналоговый датчик перемещения
- •Тема 7. Датчики с неограниченным перемещением
- •7.1 Амплитудный режим работы сквт
- •7.2 Фазовый режим работы сквт
- •7.3 Электрическая редукция
- •7.4 Индуктосин
- •Тема 8. Оптоэлектронные дискретные датчики перемещения.
- •8.1 Оптико-электронный датчик перемещения накапливающего типа (инкрементный энкодер)
- •8.2 Интерференционный датчик перемещения
- •8.3 Оптико-электронный датчик перемещения считывающего типа (абсолютный энкодер)
- •Тема 9. Определение углового положения летательных аппаратов
- •Тема 10. Датчики скорости перемещения
- •10.1 Дифференцирование сигнала по перемещению
- •10.2 Центробежный датчик скорости вращения
- •10.3 Электромагнитные датчики скорости перемещения
- •10.4 Тахогенераторы постоянного тока
- •10.5 Синхронные тахогенераторы.
- •10.6 Асинхронный тахогенератор
- •Тема 11. Измерение угловых скоростей летательного аппарата
- •Тема 12. Измерение линейной скорости движения летательных аппаратов
- •12.1 Измерение путевой скорости с помощью эффекта Доплера
- •12.2 Корреляционно-экстремальная система навигации
- •Тема 13. Измерение линейных ускорений
- •Тема 14. Измерение угловых ускорений
- •Тема 15. Датчики усилия
- •15.1 Магнитоупругие датчики усилия
- •15.2 Пьезоэлектрические датчики усилия
- •15.3 Тензорезисторы
- •Тема 16. Датчики крутящего момента
- •Заключение
- •Список литературы
Тема 7. Датчики с неограниченным перемещением
Рассмотренные выше потенциометрические и индуктивные и другие датчики в силу особенностей конструкции и схемы включения предназначены для измерения ограниченных перемещений. Статические характеристики этих датчиков определены на ограниченном интервале, как по величине входных перемещений, так и по диапазону изменения выходной величины.
Для измерения неограниченных перемещений необходимо использовать статические характеристики ограниченные только по выходной величине. Наибольшее применение нашли характеристики синусоидального или кусочно-линейного вида, показанные на рис 64.
Рис. 64
Виды статических характеристик при неограниченных перемещениях.
Одним из широко используемых датчиков с неограниченным угловым перемещением является синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ)./1,Стр.93-94/
Рис. 65.
Конструкция СКВТ.
Вращающийся трансформатор – электрическая машина, предназначенная для преобразования механического перемещения (угла поворота ротора) в электрический сигнал.
Конструктивно вращающиеся трансформаторы весьма разнообразны, однако в настоящее время наибольшее распространение получили двухполюсные вращающиеся трансформаторы, аналогичные двухфазным асинхронным двигателям с контактными кольцами. Пакеты статора и ротора таких вращающихся трансформаторов изготавливаются из тщательно изолированных друг от друга листов электротехнической стали. В полузакрытых пазах статора и ротора располагаются двухфазные обмотки, оси которых сдвинуты на 900 относительно друг друга. Они имеют одинаковое число витков, одинаковые активные и реактивные сопротивления. Две роторные обмотки также смещены друг относительно друга на 900 и выполнены одинаковыми.
У большинства вращающихся трансформаторов концы обмоток ротора выводятся к контактным кольцам, по которым скользят щетки. Кольца и щетки обычно изготавливаются из сплавов серебра. В некоторых вращающихся трансформаторах, предназначенных для работы с ограниченным углом поворота ротора, кольца и щетки заменяют гибкими спиральными пружинами (токоподводами) из латуни или бронзы.
Особенностью вращающихся трансформаторов является то, что у них взаимоиндуктивность между первичными (статора) и вторичными (ротора) обмотками при повороте изменяется по синусоидальному (или косинусоидальному) в зависимости от угла, что обеспечивает такой же закон изменение амплитуды ЭДС вторичных обмоток.
При использовании СКВТ возможны два способа получения информации об угловом положении вала – амплитудный режим и фазовый режим.
7.1 Амплитудный режим работы сквт
В амплитудном режиме работы питание переменным током подается только на одну статорную обмотку, исполняющую роль обмотки возбуждения. Вторая статорная обмотка остается разомкнутой или замыкается накоротко для симметрирования потока в магнитной системе СКВТ (рис.66).
Рис.66
Обмотки СКВТ в амплитудном режиме работы.
В магнитной системе СКВТ создается пульсирующее магнитное поле, вектор которого всегда направлен по оси обмотки возбуждения. В роторных обмотках, расположенных под девяносто градусов друг к другу будут генерироваться два синфазных напряжения, амплитуды которых будут пропорциональны синусу и косинусу угла поворота ротора.
(46)
Графики изменения амплитуды этих сигналов показаны на рис.67. Отметим, что отрицательному значению амплитуды соответствует изменение фазы сигнала на 1800.
Рис. 67
Сигналы с роторных обмоток СКВТ в амплитудном режиме.
Для получения значения угла поворота с использованием аналоговой вычислительной техники приходится создавать сложные схемы, с помощью которых путем сравнения величин и знаков сигналов US и UC определяется сектор величиной 450, в котором лежит искомый угол, и вычисляется значение угла в пределах этого сектора по эмпирической формуле
, (47)
которая дает погрешность порядка 1%, если φ не превышает 450.
Зная сектор, в котором находится искомый угол и вычисленное значение φ, можно определить истинное значение угла поворота вала.
При создании современных систем, в которых применяется цифровая техника (микропроцессоры или микроконтроллеры) рационально использовать программный метод определения угла поворота вала. Для этого значения сигналов US и UC оцифровываются с помощью АЦП и передаются в микропроцессор или микроконтроллер, в котором по программе вычисляется значение угла φ с использованием стандартной функции арктангенса.
Поскольку функция tg(φ) имеет период 1800, а не 3600 как Sin(φ) и Cos(φ), может возникнуть необходимость скорректировать полученное значение угла φ, прибавив ±1800. Для этого в программе должна быть предусмотрена соответствующая процедура.
Рассмотренные способы определения угла поворота вала СКВТ работают в пределах одного оборота (±1800). Рационально дополнить эти алгоритмы средствами подсчета полных оборотов вала, фиксируя переход измеренного значения угла через границу 00-3600 или ±1800, и добавляя (или вычитая) единицу в специальный регистр (счетчик). Это позволит с высокой точностью регистрировать угол поворота вала при большом числе оборотов.