62319 (Датчики угла поворота)

1. Введение

Промышленная электроника используется в различных отраслях народного хозяйства, науки и техники. Наряду с тенденцией автоматизации технологических и производственных процессов на базе вычислительной техники, современная промышленная электроника стала наиболее распространённой.

Базовой системой любой современной автоматической системы управления производственным процессом [4], является система автоматического контроля, позволяющая получать измерительную информацию о режимных параметрах процессов…

Научной основой систем автоматического контроля являются различные принципы измерений параметров технологических процессов, а технической базой этих систем служат средства измерений и преобразований соответствующих параметров, устройства для автоматизации производственных процессов, содержащие в себе ряд элементов, служащих для измерения параметров процесса. Этим элементом автоматической системы является датчик.

В настоящее время датчики разрабатываются во многих исследовательских и опытно-конструкторских организациях. Множество специалистов, в своей работе, сталкивается с выбором конкретных датчиков.

Разнообразие технологических процессов приводит к необходимости иметь широкий выбор датчиков, которые должны соответствовать требованиям, характерным для всех устройств автоматики. Они должны иметь: высокую чувствительность, точность, быстродействие, надёжность, прочность, сравнительно малые размеры и т.д.

Данный реферат включает в себя обзор шести датчиков угла поворота. Цель этого реферата – приобретение умения пользоваться патентной литературой, делая сравнительный анализ, давая экономическую оценку, навыков по оформлению технической литературы, а также приобретение способности анализировать процессы, происходящие в элементах устройства.

2. Описание конструкции датчиков

2.1 Датчик индукционный бесконтактный угла поворота

Формула изобретения.

1. Индукционный бесконтактный датчик угла поворота [1], содержащий ферромагнитный статор с пазами на его внутренней поверхности, размещённую в паре его диаметрально расположенных пазов обмотку возбуждения, размещённую в его других пазах выходную обмотку и двухполюсный ферромагнитный ротор с длиной Т полюсной дуги, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путём изменения вида его выходной характеристики в функции угла поворота ротора, пазы для размещения выходной обмотки расположены с угловым смещением ± относительно диаметрально расположенных пазов с обмоткой возбуждения. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения выходной характеристики в виде симметричной треугольной зависимости, полюсная дуга Т= /₂, а угловое смещение = /₂.

Датчик индукционный бесконтактный. Вид общий

Рис. 1. 1 – ферромагнитный статор; 2 – двухполюсный ферромагнитный ротор; 3-5 и 3-5 - пазы; 6, 6 - обмотка возбуждения; 7, 7 - выходная обмотка; Т – ширина полюсной дуги; - угловое смещение пазов выходной обмотки относительно диаметрально расположенных пазов с обмоткой возбуждения; - угол поворота ротора.

3. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения выходной характеристики в виде пилообразной зависимости с зоной нечувствительности G, полюсная дуга Т= /₂, а угловое смещение =0,5(/₂-G).

4. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения выходной характеристики в виде трапецеидальной зависимости с длиной B плоского горизонтального участка, полюсная дуга Т=B +/₂, а угловое смещение = /₂.

Принцип действия

При подключении обмотки возбуждения к источнику переменного напряжения (см. рис.3) начинает вращаться двухполюсный ферромагнитный ротор, который вызывает магнитную индукцию. С выходной обмотки снимают выходное напряжение(U_вых.), которое зависит от угла поворота ротора, а также определяется конструктивными параметрами Т, .

Вывод: Изобретение относится к измерительно-преобразовательной технике, а именно к индукционным датчикам угла, выходное напряжение которых изменяется по требуемому закону при повороте ротора, и может найти применение в качестве первичных датчиков информации в аналоговых и дискретных системах. Данный датчик очень прост по конструкции и способен показывать разные выходные характеристики (треугольная, пилообразная и трапецеидальная зависимости). Датчик имеет относительную дешевизну при изготовлении. Выходное напряжение изменяется при повороте на угол = /₂.

2.2 Датчик индукционный бесконтактный угла поворота с цилиндрическим ротором

Формула изобретения.

Индукционный бесконтактный датчик угла поворота [2], содержащий ферромагнитный ротор с Ш – образным поперечным сечением, размещённые на его среднем стержне две соединённые последовательно согласно катушки, образующие выходную обмотку, и явнополюсный ферромагнитный ротор, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, ротор выполнен цилиндрическим, полюса образуют на его поверхности выступ в виде одного витка винтовой спирали, статор установлен так, что его продольная ось симметрии, проходящая вдоль среднего стержня, параллельна оси ротора, а его длина равна удвоенной ширине полюсного выступа.

Датчик индукционный бесконтактный угла поворота с цилиндрическим ротором. Вид общий.

Рис. 2. 1 – статор; 2 – ротор; 3 – выступ ротора; 4 – первичная обмотка; 5 – вторичная обмотка; 6 – паз статора; - длина полюса; - ширина полюса; - угол поворота ротора; Ů - переменное напряжение; U_вых. - выходное напряжение.

Принцип действия.

К источнику переменного напряжения подключается статор (см. рис.2). При этом соединённый с ним ротор начинает поворачиваться на угол . В результате возникает магнитная индукция, которая вызывает в выходной обмотке статора ЭДС (выходное напряжение). Если статор в равной мере перекрывает парные части выходной обмотки, то U_вых.= 0. Рабочий диапазон углов поворота ротора равен

Вывод: Изобретение относится к измерительно-преобразовательной технике, а именно к индукционным бесконтактным датчикам угла, предназначенным для преобразователя угла поворота ротора в электрическое напряжение, и может найти применение в качестве первичного датчика информации в аналоговых и дискретных (цифровых) системах. Датчик прост по конструкции и производству. Он относительно дешёвый. Парные части выходной обмотки соединены встречно. Один оборот ротора соответствует одному шагу винтового выступа, а распределение магнитной индукции зависит от угла поворота ротора.

2.3 Датчик трансформаторный угла поворота с цилиндрическим ротором

Формула изобретения.

Трансформаторный датчик угла поворота [3], содержащий ферромагнитный цилиндрический ротор, ферромагнитный статор, выполненный в виде полного цилиндра с торцевыми крышками, и размещённые на нём обмотки возбуждения и измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путём увеличения чувствительности, он снабжён двумя парами пластин, выполненных из немагнитного материала с высокой электропроводностью, одна из пар размещена на внутренних поверхностях крышек статора симметрично относительно поперечной оси датчика, другая – на основаниях ротора диаметрально противоположно относительно продольной оси датчика, а обмотки возбуждения и измерения размещены в кольцевых пазах торцовых крышек статора.

Датчик трансформаторный с цилиндрическим ротором. Вид общий.

4

Р

7

8

9

10

11

12

ис. 3. 1 – торцевая крышка; 2 – ферромагнитный цилиндрический ротор; 3 – ферромагнитный статор; 5,8,11,12 – экранирующие пластины; 6 – вал; 9,10 – обмотки возбуждения; 4,7 – обмотки измерения;

Принцип действия.

К источнику переменного напряжения подключается статор (см. рис.3). При этом соединённый с ним ротор, находящийся на вале, начинает поворачиваться. В результате этого возникает магнитная индукция в обмотках возбуждения, которая фиксируется обмотками измерения. При повороте ротора на один градус, датчик фиксирует изменения магнитной индукции, тем самым показывает этот поворот.

Вывод: Данный датчик относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения угла поворота путём увеличения чувствительности за счёт повышения градиента магнитной проницаемости измерительной цепи трансформаторного датчика угла поворота, и может быть использован для различных механизмов, где требуется определить точное значение угла поворота. Также он может быть использован для контроля возвратно-вращательных движений. Конструкция данного датчика очень проста, что делает его конкурентно способным среди других датчиков такого типа. Он относительно дешёвый в производстве, так как материалы, из которых он изготовлен, легко сделать.

2.4 Датчик ёмкостной угла поворота

Формула изобретения.

Емкостной датчик угла поворота [4], содержащий пары секторных пластин, разделенных зазором, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности датчик снабжен цилиндрическим ротором, выполненным из диаметрально наэлектризованного электрета и подсоединяемым к контролируемому объекту в процессе измерения, и сегнетопленкой, размещенной в зазоре между секторными пластинами, а пары секторных пластин выполнены полуцилиндрическими и закреплены под углом 90 одна к другой.

Датчик ёмкостной угла поворота. Вид общий.

7

Рис 4. 1,2,3,4 - полуцилиндрические секторные пластины; 5 – сегнетоплёнка; 6 – цилиндрический ротор; 7 – электрические выводы.

Принцип действия.

В положении, указанном на чертеже (см. рис.4), линии электростатической индукции, исходящие из ротора 6, наводят на внутренней поверхности пластины 3 отрицательный заряд, а на внешней - положительный. Далее линии электростатической индукции проходят через сегнетопленку 5, расходятся по пластинам 1 и 2 и через пластину 4 возвращаются в ротор 6. Диэлектрическая проницаемость сегнетопленки 5 будет при этом минимальной, минимальной будет и емкость всего датчика между выводами 7. При повороте ротора 6 на 90° поток линий электростатической индукции сразу разводится и замыкается через пластины 3 и 4. Емкость датчика будет минимальной. Датчик может быть включен в любую измерительную схему - потенциометрическую, мостовую, генераторную и т.д.

Вывод: Изобретение относится к контрольно - измерительной технике и может быть использовано для измерения угла поворота объектов. Недостатками этого датчика являются низкая чувствительность и невысокая точность, обусловленная влиянием изменения величины зазора между пластинами. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности. Поставленная цель достигается тем, что датчик снабжен цилиндрическим ротором, выполненным из диаметрально наэлектризованного электрета и подсоединяемым к контролируемому объекту в процессе измерения, и сегнетопленкой, размещенной в зазоре между секторными пластинами, а пары секторных пластин выполнены полуцилиндрическими и закреплены под углом 90 одна к другой.

2.5 Датчик бесконтактный реверсивный угла поворота

Формула изобретения.

Бесконтактный реверсивный датчик угла поворота [5], содержащий сельсины, работающие в режиме трансформатора, один из которых жестко связан с контролируемым валом, вентили и фильтры, отличающийся тем, что, с целью измерения знакопеременного угла поворота вала и увеличения надежности работы, датчик снабжен логическими схемами «И», «НЕ», триггером, пороговыми устройствами и времязадерживающей и формирующей цепочкой, валы роторов сельсинов жестко связаны между собой и повернуты один относительно другого на некоторый угол, обмотки возбуждения сельсинов подключены к источнику питания, соответствующие фазовые выходы роторных обмоток каждого сельсина соединены через последовательно включенные вентили, фильтры и пороговые устройства с одними входами схем «И» и через схемы «НЕ» подключены к другим входам этих же схем «И», выходы которых непосредственно и через схему «НЕ» подключены к входам триггера, а выход одного из пороговых устройств - к входу времязадерживающей и формирующей цепочки.