Введение

Преобразователем перемещения (ПП) называется устройство, воспринимающее контролируемое входное перемещение (угловое или линейное) и преобразующее его в выходной сигнал (как правило электрический), удобный для дальнейшей обработки, преобразования и, если это необходимо, передачи по каналу связи на большие расстояния.

Значение ПП в различных областях техники в условиях современного производства достаточно велико. Они являются наиболее универсальными, поскольку используются и самостоятельно, и как составные узлы более сложных ПП (например, многих преобразователей давления, уровня расхода и температуры).

Самостоятельное значение ПП определяется в первую очередь тем, что в таких отраслях народного хозяйства, как машиностроение, точное приборостроение, производство интегральных и больших интегральных схем, робототехника и т.д., подавляющее большинство контролируемых параметров технологических процессов приходится на угловые и линейные перемещения (размеры) объекта.

Исходя из изложенного, можно сформулировать основные требования, которые предъявляются при разработке и конструировании к ПП. Это прежде всего высокая точность измерения (или контроля) перемещений, быстродействие, надежность, помехоустойчивость информативного параметра, малые нелинейные искажения и т.д., что достаточно важно в условиях производства. Наряду с отмеченными, к ПП предъявляются и такие требования, как высокая технологичность, небольшая стоимость, малые теплоотдача, габариты, масса и прочее.

В задачу данного дипломного проекта входит проектирование преобразователя перемещение-код ДКП (двухкоординатный планшет на линейном индуктосине) обеспечивающего следующие требования:

• Диапазон измерений – 300мм по каждой координате;

• Разрядность – 14 двоичных разрядов;

• Точность - 0,02мм ;

• Рабочий диапазон температур – от 0 до + 60 ⁰С;

• Осуществление запитки возбудителя, частотой F_p=3,9кГц;

• Питающее напряжение микросхем – 5В для логических ИМС, +15В для аналоговых ИМС;

• Возможность передачи данных двумя видами протоколов;

• Скорость передачи данных – 9600 бит/с.

Также в рамках дипломного проекта, следует разработать технологический процесс сборки и монтажа платы электронного блока ДКП и рассчитать себестоимость проектируемого изделия. В том числе, необходимо рассмотреть вопросы связанные с техникой безопасности и охраной здоровья рабочего на этапах сборки и настройки платы.

Специальный раздел. Устройство и принцип работы изделия.

Разработал: Сергеев В.В.

Группа: МП-51

Консультант: Недопекин К.К.

1.1 Основы теории работы индуктосина.

Индуктосин является одной из разновидностей индукционных преобразователей с электрической редукцией. В отличие от многополюсных вращающихся трансформаторов, в которых обмотки укладываются в пазах ротора и статора, и индукционных редуктосинов, в которых как первичная, так и две вторичные обмотки укладываются в пазах статора. Роторы линейных индуктосинов представляют собой катушки индуктивности, а статоры  пластины из изоляционного материала (для поворотных индуктосинов и роторы, и статоры представляют собой диски расположенные параллельно и соосно), на которых печатным способом нанесены проводящие линии  обмотки.

Электромагнитная связь между обмотками ротора и статора осуществляется через малый воздушный зазор. Обмотки ротора и статора рассчитываются таким образом, чтобы обеспечить синусоидальное изменение взаимной индуктивности между статором и ротором в зависимости от линейных перемещений с высокой точностью (0,1 %). Это достигается рациональным выбором соотношения между размерами ротора и линейными размерами проводников статора.

Фактически индуктосин является воздушным трансформатором, вследствие чего коэффициент индуктивной связи весьма низок, поэтому происходит значительное ослабление выходного сигнала даже при повышенной частоте источника питания.

Так, например, выходное напряжение индуктосина в режиме фазовращателя с двухфазным источником питания (рис. 1.1.) при воздушном зазоре 0,1 мм и при напряжении питания 36 В (10 кГц) равно 35 мВ. Такое большое ослабление сигнала по напряжению является основным недостатком индуктосинов.

Рис. 1.1. Схема индуктосина в режиме фазовращателя

с двухфазным источником питания.

К достоинствам индуктосинов следует отнести возможность печатного выполнения обмоток и вследствие этого возможность получения значительного передаточного отношения электрической редукции при сравнительно малых габаритах, благодаря чему можно существенно повышать точность преобразователя.

В идеальном случае выходная э. д. с. индуктосина должна изменяться по строго синусоидальному закону. Однако она содержит нечетные высшие пространственные гармоники, вызывающие появление дополнительной погрешности.

Известны индуктосины с различным передаточным отношением электрической редукции. Выбор числа пар полюсов зависит и от назначения прибора. Так, например, при использовании двоичного кода удобны числа пар полюсов 64, 128 и 256, при десятичной системе обмотки индуктосины должны иметь 100 – 200 пар полюсов. Имеются индуктосины с числом пар полюсов 180 и 360.

Индуктосины чаще всего используются в режиме двухфазного фазовращателя, когда на первичные обмотки подаются два синусоидальных напряжения, одинаковые по амплитуде и сдвинутые по фазе на 90 (см. рис. 1.1.).

Выражение выходного напряжения двухфазного индукционного фазовращателя может быть получено из решения уравнений для напряжений трех контуров. В идеальном случае имеем:

;

;

,

где  токи, протекающие в контурах;

zz  полные сопротивления статорных и роторной обмоток;

х,х максимальные значения сопротивлений взаимной индуктивности, изменяющихся в идеальном случае по синусоидальному закону.

Решая эту систему уравнений, находим выражение для тока .

Тогда

,

или

.

При условии, что z=z, x=x=x,получаем:

.

Отсюда видно, что в идеальном случае на выходе двухфазного фазовращателя возникает напряжение, фаза которого пропорциональна углу поворота ротора n, а амплитуда выходного напряжения не меняет своей величины.

В реальных условиях существуют отклонения от идеального случая по параметрам источника питания и индуктосина.

Для повышения точности индуктосины обычно применяются как двухканальные следящие системы (точный и грубый отсчет), однако для сохранения высокой точности преобразования при практической реализации в приборах должны быть приняты меры по уменьшению влияния паразитных сигналов, имея в виду, что выходной сигнал индуктосина исчисляется несколькими милливольтами при частоте сигнала порядка 10 кГц.