3.3. Эпп электромашинного типа

Не претендуя на всю полноту анализа, приведем данные об основных пара­метрах и характеристиках вращающихся трансформаторов и фазовращателей, т. е. тех видов первичных преобразователей, которые нашли наибольшее приме­нение в ЦПП типа угол — параметр — код (УПК). Для Краткости изложения эти материалы представлены в виде таблиц. Наиболее широко представлены ВТ, работающие в режимах СКВТ, ЛВТ, ВТДП, и фазовращатели. В таблицах не приведены данные по точности ВТ в режиме фазовращателя, поскольку точность фазовращателя существенно зависит от того, какой именно фазовращатель будет реализован. Если будет реализован фазовращатель с пульсирующим полем, то схема строится с использованием одинарной, двойной или мостовой RС-цеgb;

если это будет фазовращатель с круговым полем, то точность его работы будет определяться в основном параметрами источника питания.

Фазовращатели представлены в таблицах серией БИФ. Главная их особен­ность—это возможность работы на повышенных частотах напряжения возбуж­дения. Следует отметить, что эти первичные преобразователи могут работать и в режиме СКВТ. При этом погрешность отображения синусной зависимости находится на уровне 0,02—0,1.

Сельсины значительно реже используются в качестве первичных преобразо­вателей в ЦПП типа УПК. Отметим, что больше других применяются сельсины типов БД-160А, БС-155А, имеющие погрешность от 5 до 20 угл. мин, а также сельсины типов СБ-32-1В и СБ-20-1В, имеющие погрешность от 10 до 30 угл. мин. Названные сельсины предназначены для работы с частотой напря­жения возбуждения 400 Гц. Среди сельсинов с частотой 50 Гц наибольшее применение нашли сельсины типов БД—1404 и БС—1405, погрешность следова­ния которых находится в пределах от 20 до 60 угл. мин.

В табл. 3.2—3.7 представлены значения параметров и характеристик первич­ных преобразователей различных типов. При выборе того или иного типа и типономинала следует иметь в виду, что чем меньше габариты преобразователя, тем ниже его точность. Погрешность бесконтактных ВТ в среднем в 1,5—2 раза больше, чем контактных ВТ. Поэтому, применяя бесконтактные ВТ, получаем меньшую точность, но существенный выигрыш в надежности.

В таблицах для ВТ не приведены данные по частоте напряжения возбужде­ния. Для всех типов ВТ, приведенных в таблицах, основной номинальной часто­той является частота 400 Гц, при которой измерены н гарантируются все ука­занные в таблицах параметры. Рабочий диапазон частоты у некоторых ВТ (ВТ-5, 2.5ВТ)—от 380 до 1050 Гц, у таких ВТ, как 5БВТ, ВТ20, ВТП, ДСПУ, ВТ100 и ВТ71—от 380 до 4200 Гц, а у ВТ (типа 2,5БВТ—от 380 до 21000 Гц. У остальных ВТ диапазон частоты равен номинальной частоте с пятипроцент­ным двусторонним допуском. Все бескорпусные ВТ имеют плоскую конструкцию (наружный диаметр больше длины).

В табл. 3.2—3.7 используются следующие условные обозначения:

ВТ -вращающийся трансформатор СКВТ — синусно-косинусный вращающийся трансформатор

ЛВТ—линейный вращающийся трансформатор

ВТДП—Д — вращающийся трансформатор для дистанционных передач — датчик ВТДП—П — вращающийся трансформатор для дистанционных передач — при­емник

ТО — точный отсчет ГО — грубый отсчет

— напряжение возбуждения

— полное входное сопротивление холостого хода

— потребляемый ток

— коэффициент трансформации

— коэффициент несинусоидальности формы кривой выходного напря­жения

— погрешность следования трансформаторной дистанционной передачи

— погрешность отображения синусной зависимости

— погрешность отображения линейной зависимости

— асимметрия нулевых положений ротора

— неравенство коэффициентов трансформации

— остаточная ЭДС

— ЭДС квадратурной обмотки

— изменение коэффициента трансформации при изменении напряжения возбуждения

— изменение коэффициента трансформации при изменении температуры среды

— изменение нулевого положения ротора при изменении напряжения возбуждения

— изменение нулевого положения ротора при изменении температуры среды

— фазовая погрешность

— изменение фазовой погрешности при изменении напряжения возбуждения

— изменение фазовой погрешности при изменении температуры среды

3.4. РАСТРОВЫЕ ЭПП 3.4.1. ЭПП с нониусным сопряжением '

Как известно, различные типы растровых сопряжений (муаровых, нониусных и т. д.) нашли широкое применение не только в оптике, но и, в частности, в-фотоэлектрических датчиках перемещения {1, 3, 6, 8—10, И, 24} Использова­ние сопряжений зубцовых растров в ЭПП позволяет создавать конструкции первичных преобразователей перемещений, обладающие рядом преимуществ перед другими типами электромагнитных преобразователей. К таким преиму­ществам относятся прежде всего простота и технологичность электромехани­ческой части, высокая точность, надежность и быстродействие. При этом воз­можность использования средств порошковой металлургии и интегральной тех­нологии открывает перспективы серийного освоения ЭПП такого типа в различ­ных областях науки и техники.

Среди известных растровых ЭПП наибольшее применение находят преоб­разователи с нониусными и комбинационными (муаровыми) сопряжениями растров. Рассмотрим кратко оба типа этих ЭПП.

В общем случае, как было показано в предыдущей главе, нониусное со­пряжение— это совокупность двух шкал с различной ценой деления, одна из которых смещается относительно другой в процессе измерения. Эффективность ноинусных шкал обусловлена тем, что дискретность преобразования определя­ется не ценой деления шкал, а их нониусным соотношением

где С —значение-дискретности нониуса; —модуль нониусной шкалы; — цена деления опорной шкалы; —цена деления нониусной шкалы.

Модуль нониусной шкалы определяет длину шкалы, показывая, через какое целое число делений опорной шкалы размещено следующее после первого де­ление нониусной шкалы. Величина дискретности С имеет положительное зна­чение, если и отрицательное, еслипри этом модуль для обоих случаев равен единице.

В качестве примера рассмотрим принцип действия ЭПП с нониусным со­пряжением подвижных элементов [а, с, 664187 (СССР)], представленного на рис. 3.14, Он состоит из П-образного магннтопровода 2, на основании которо­го расположены входная 1 и выходная 8 обмотки. На внутренней поверхности

одного из стержней магнитопровода закреплен зубчатый сердечник 7 с до­полнительными выходными обмотками 3—5. На внутренней поверхности дру­гого стержня магнитопровода установ­лен перемещающийся зубчатый якорь 6. Зубцы якоря 6 находятся в нониусном соотношении с зубцами сердечника 7, которое для определенности выбрано равным 4/3. Обмотки 3, 4, 5 соединены с элементами сравнения CCl, CC2, ССЗ, выходы которых подключены к шиф­ратору Ш, содержащему элементы НЕ1, НЕ2, НЕЗ и И1, И2, ИЗ, на выходах которых формируется позиционный код перемещения.

Предположим, что перемещения X кодируются, начиная с положения яко­ря б, который перемещается в направ­лении, указанном стрелкой. В этом слу­чае элемент CCI производит сравнение значений выходных сигналов обмоток 3 и 4, а СС2— значений выходных сигна­лов обмоток 3 и 5. В случае превышения каждого первого из названных сигналов над вторым выходной сигнал соот­ветствующего CC_f принимает значение логической 1. Для случая, приведен­ного на рис. 3.14, на выходах СС1 и СС2 устанавливается 1, а на выходе ССЗ —0.

При перемещении якоря 6 его средний зубец приближается к среднему зубцу сердечника 7. Как только уровень сигнала в обмотке 4 превысит уровень сигнала в обмотке 3, на выходе СС1 устанавливается 0. При превышении сиг­нала с обмотки 5 над сигналом с обмотки 3 на выходе СС2 также установит­ся 0.

Из выходных сигналов CCi шифратор Ш формирует код преобразователя, который соответствующим образом изменяется при перемещении якоря 6 отно­сительно сердечника 7. В положении якоря, приведенном на рисунке, выходной код равен 001 (снизу вверх).

При дальнейшем перемещении якоря 6 и увеличении выходного сигнала обмотки 4, когда средний зубец якоря 6 находится против среднего зубца сер­дечника 7, выходной код преобразователя принимает значение 010. В положении якоря 6, при котором его зубец устанавливается против неподвижного зубца с обмоткой 5, выходной код преобразователя принимает значение 100. При пе­ремещении якоря 6 только один из элементов CCi изменяет свое состояние, чем обеспечивается однозначность отсчета в любом положении якоря 6.

С обмотки 8 при перемещении якоря 6 снимаются сигналы, амплитуды ко­торых достигают максимума, когда один из зубцов якоря устанавливается про­тив какого-либо зубца сердечника 7, т. е. когда сопротивление магнитной цепи преобразователя достигает минимальных значений. Это соответствует съему число-импульсного кода.

3.4.2. ЭПП с комбинационным сопряжением

При комбинационном (или муаровом) сопряжении растров (см. гл. 2) де­ления шкалы формируются не точками н отметками, а комбинационной поло­сой,- сформированной из совокупности таких точек. Эта особенность позволяет снизить требования к точности изготовления шкалы, так как происходит осред­нение при ее формировании.

Используя указанную особенность комбинационных шкал, можно создавать конструкции ЭПП, которые обладают высокой точностью, надежностью и тех­нологичностью. Один из вариантов построения такого преобразователя пред-, ставлен в (а. с. 769307 (СССР)]. На рис. 3.15 показан ЭПП с растровым ком­бинационным сопряжением зубцовых поверхностей, содержащий ферромагнит­ную подвижную зубчатую рейку 1 н неподвижное ферромагнитное зубчатое основание 2, на которых зубцы 3 и 4 (рис. 3.16) расположены под одинако­выми углами противоположных знаков относительно направления их взаимного перемещения. В пазах, ориентированных вдоль направления относительного пе­ремещения основания и рейки, уложены секции (попарно 5—8, 6—9 в 7—10) обмоток считывания, соединенных согласно последовательно. Секции 11 и 12 обмотки возбуждения соединены встречно последовательно, и каждая охваты­вает половину секций обмоток считывания.

Схема соединения секций обмоток возбуждения и считывания представлена на рис. 3.17. Преобразователь работает следующим образом. Магнитный поток,

создаваемый секциями 11и 12 обмотки возбуждения, выходит из одной поло­вины основания, пересекает зубчатую рейку 1 и входит во вторую половину основания 2 (см. рис. 3.15), наводя в секциях обмоток считывания ЭДС, зави­сящие от положения рейки относительно основания, так как при перемещение зубцов 3 {см. рис. 3.16) рейки 1 над зубцами 4 основания 2 из-за их встреч-ного скоса образуются зоны повышенной магнитной проводимости (на рис. 3.16 показаны штриховкой), площадь которых зависит от относительного поло­жения рейки и основания. В секциях обмоток считывания, охватывающих со­ответствующие зоны повышенной проводимости, наводятся ЭДС, модулирован­ные по амплитуде в функции перемещения, так как полосы повышенной прово­димости смещаются перпендикулярно относительно направления движения рейки.

Очевидно, что чем больше обмоток считывания, тем выше может быть раз­решающая способность и чувствитель-ность преобразователя.

Широкие возможности открываются при использования кольцевых в спи­ральных растров в ЭПП. Созданные на их основе различные конструкции элек­тромагнитных датчиков угловых переме­щений позволяют использовать пер­спективные методы интегральной техно-логин и порошковой металлургии.

На рис. 3.18 изображен общий вид ЭПП с использованием спиральных растров, где показан характер сопря­жения торцевых поверхностей статора и ротора. Преобразователь состоит из не­подвижного статора 1, на торцевой по­верхности которого выполнены кольце­вые проточки и прорезаны радиальные пазы с угловым шагом 90% в которые уложены обмотки возбуждения 2 и счи­тывания 3, изготовленные в виде секто­ров. Ротор представляет собой ферро­магнитный диск 4, жестко закрепленный на оси 5, вращающейся в подшипни­ках качении 6 На торцевой поверхно­сти диска по спирали Архимеда выполнена проточка, ширина которой равна половине шага спирали. Зазор 8 между статором и ротором регулируется при помощи поджимной гайки 7. Выводы обмоток распаиваются на контактной колодке 8. Расположение обмоток на неподвижном статоре позволило исключить необходимость в подвижных токо-проводах, снижающих надежность конструкции.

Для создания максимального рабочего потока секции обмотки возбуждения соединены последовательно и встречно. Питание осуществляется переменным током частотой, зависящей от частотных характеристик материала статора н ротора.

Магнитный поток, развиваемый обмоткой возбуждения, замыкается через зубцовый зазор и наводит ЭДС в обмотках считывания- При повороте ротора происходит изменение проводимости участка рабочего зазора, охваченного со­ответствующей обмоткой считывания, за счег изменения площади зон повышен ной проводимости, т. е. зон, в которых зуб статора находится против зуба ротора. Изменение проводимости приводит к изменению ЭДС в обмотках счи­тывания. Один период изменения выходного напряжения соответствует одному обороту ротора.

Количество обмоток может быть увеличено и выбирается в зависимости от требований к габаритным размерам, разрешающей способности, количеству про­водов между первичным преобразователем и блоком электроники и т. п.