Преобразователь угла поворота в электрическоенапряжение

 

25) 661

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ЯВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублии

Зависимое от авт. свидетельства №

Кл. 21т1в, 10

Заявлено 18.Х11,1967 (№ 1204277/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

МПК Н 02k

УДК 621.314.24(088.8) Комитет ло селам изобретений и открытий ори Совете Министров

СССР

Опубликовано 10.1Х.1969. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 1.IV.1970

I « ". зivg пат унт о-. - .. ".,-снае иблиете щ М5,с, t

Автор изобретения

В. Е. Лютынский

Заявитель

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ

НАПРЯЖЕНИЕ

Предложенное устройство относится к области преобразования механических перемещений в электрические сигналы.

Известны преобразователи угла поворота в электрическое напряжение, содержащие линейные вращающиеся трансформаторы и масштабирующие устройства.

Предложенное устройство отличается тем, что в нем линейные вращающиеся трансформаторы с различными коэффициентами передачи и нулевым положением в середине диапазона укреплены на одном валу, на котором дополнительно установлен профилированный кулачок с переключателем, причем входные обмотки всех линейных вращающихся трансформ аторов и масштабирующих устройств включены параллельно и присоединены к источнику входного сигнала, а их выходные оомотки через сумматоры и коммутируемый от кулачка переключатель подключены к выходному зажиму преобразователя.

Это позволяет расширить динамический диапазон изменения переменных и уменьшить относительную погрешность преобр азования.

На фиг. 1 приведен вариант схемы преобразователя; на фиг. 2 — 4 графики разделения пределов работы преобразователя на отдельные диапазоны.

Преобразователь состоит из трех линейных вращающихся трансформаторов I — 8, цены

2 оборотов которых равны соответственно 360, 720 и 3600, переключателя 4, кулачка 5 и двух масштабнрующих устройств б и 7.

Выработка масштабного напряжения проводится в трех диапазонах 1, П и lll соответственно положениям переключателя 4: в первом диапазоне с помощью трансформатора 1, во втором и третьем — с помощью трансформаторов 2 и 3. При этом смещение

10 проводится путем сложения напряжений трансформаторов 2 и 8 с соответствующими напряжениями смещений, вырабатываемыми устройствами б и 7.

При этом коэффициенты трансформации

15 трансформаторов 1, 2 и 8 должны относиться как 1:2: 10.

На фиг. 2 по оси абсцисс отложен угол поворота, поступающий на вход схемы (а, град), по оси ординат — абсолютная погрешность

20 Л выработки масштабного напряжения, выраженная в милливольтах или в угле поворота.

В первом диапазоне она характеризуется прямой АВ, во втором — прямой CD и в третьем — прямой ЕГ. Как видно из графика, с

25 увеличением диапазона погрешность возрастает пропорционально увеличению цены оборота электромеханического преобразователя.

Прямая ОК на фиг. 2 дана для сравнения.

Это — погрешность, которая имела бы место

80 в случае выработки всей функции с помощью

251661 а„=О, à iI+i — — 1.

Откуда

0 — ае»

О К» + Ке» e»)

1-:»

30 (6) ке»вЂ”

1 —:» (1) З5

« — аел к„+ к,„а„, l

1- л (8) (2) где

60 или б5 одного электромеханического преобразователя.

На фиг. 3 по оси абсцисс отложен угол поворота, поступающий на вход схемы (а, град), по оси ординат — погрешность Л, %, выраженная в процентном отношении к текущему значению функци!и. Кривые АВ, CD u

EF характеризуют величину относительной погрешности вырабатываемой функции соответственно в I, 11 и 1!1 диапазонах. Для срав- 10 нения дана кривая ИК. Это — погрешность, которая имела бы место в случае выработки всей функции с помощью одного электромеханического преобразователя, На фиг. 4 по оси абсцисс отложена погрешность схемы Л, и/0, выраженная в процентном отношении ее к текущему значению функции, по оси ординат — коэффициент расширения т», указывающий во сколько раз пределы работы к-го диапазона превосходят 20 пределы работы (к — 1)-го диапазона. т,a f(A, %) характеризует зависимость коэффициента расширения от допустимой погрешности схемы.

Зависимость эта линейна. 25

Рассмотрим уравнения, описывающие в общем виде схему, имеющую и диапазонов:

a — ает

1. U, „,=U,» к, +к„а„ 1-;1 а — аеа

2. )- вых, = )- Вх < + кее a В2

1 —;2

1 а — ay» вых» Вх +» . Ке» е»

1 —;»

U,„— напряжение питания схемы; 1вых„ 1вых, 1выхх Uâûõ„— напряжения выхода 45

Э

1-го, 2-го, к-то, и-го диа:пазонов;

112 — отношение цен оборотов линейных электромеханических преобразователей второго и первого диапазонов;

11+а — ОТНОШЕНИЕ цЕН ОбОрОтов линейных электромеханических преобразователей и-го и первого диапазонов, 1-1 О двт идиап

11-;л ——

1-1 01 лвт 1диап к1 —: к„— масштабные коэффициенты; а„—: а,„— угол сдвига нулевого значения ЛВТ 1 к„—: кел — масштабные коэффициенты для напряжения смещения U,„, которое равно (3)

Основным условием выр аботки линейной зависимости является прохождение ее через

«О» (в данном случае), т. е. решение уравнений (1) следует показать в форме (4)

Рассмотрим уравнение (1) для первого диапазона, т. е. а — ав1 вых1 Uax К1 . Г КВ1ае1

1- так как линейный преобразователь в первом диапазоне не смещен, то (5)

Для остальных диапазонов и в общем виде из условия прохождения уравнений (1) через «О»

Теперь, подставляя (6) в (1), получим (7)

1 —;л

Напряжение же смещения UeÄ, из (6) и (3) определим как к» 1- = 1»

1:» т. е. напряжение смещения является функцией крутизны линейной зависимости и угла сдвига нулевого значения линейного преобразователя при известной цене его оборота, Погрешность устройства может быть задана одновременно как абсолютным значением (для малых а), так и относительным (для всех остальных значений а). Причем для определения погрешности пользоваться надо той зависимостью, погрешность по которой имеет большее значение.

Абсолютное значение погрешности определяется ценой оборота линейного преобразователя первого диапазона. Отсюда

Ц.О.„,, = "п б 360

Л вт

1адоп.асс — допустимая абсолютная погрешность выработки линейной зависимости;

˄— погрешность преобразователя, выраженная в угле его поворота.

251661

Абсолютная погрешность линейного преобразователя из (8) равна ц.О.,„ (9) Аналогичным образом для любого диапазона ц.О., (10) и учитывая (2) ц.о.

Пределы работы к-го диапазона будут равны

Из условия получения непрерывной линейной зависимости вытекает, что максимальный предел работы (к — 1)-ro диапазона равен минимальному пределу работы к-ro диапазона, т. е. (13) Хтах(к — 1) — mI» к > или, учитывая выражение (12), (, )+n»„I .(к 1)Ц.О.„,,=а, — сслни(1, Ц.О. „,, или

o o» = со(— 1) +

Рассмотрим теперь во сколько раз расширяются пределы работы каждого диапазона по сравнению с предыдущим: а шах к max к ок+ лин I . к лвт, а »ив атах(к-1) "min к аок алин (1 кц Олвт где т,— коэффициент, указывающий во сколько раз пределы работы к-го диапазона больше, чем (к — 1) -го.

Рассмотрим теперь относительную погрешность в начале и конце к-го диапазона д абс к 1 (16) ат!п к

Д о — абс к 100 (17) тах к

" % Относитель ая грешность соответственно в начале и в конце к-го диапазона, так как а,„,„„(аа„(при а)0), то и К H%)Дк-к%. (18)

Рассмотрим вопрос о выборе передаточных отношений и пределов работы диапазонов в функции от допустимой относительной погрешности.

О1т(п к=аок,— л„„ t1, Ц.О.„„— НИжНИй ПрЕдЕЛ, oImaxy ".ок+ лнн 11-:к . Ц.О лвт, ВЕрХНИй ПрЕдел, (12) где ал„н — угол, соответствующий положительному или отрицательному значению линейной зоны преобразователя в (12), выраженный в долях от оборота вала преобразователя.

Из формулы (18) очевидно, что максимальная погрешность в каждом диапазоне находится в его начале.

Тогда, учитывая (16), 5

А о доп о— ат>п к где А,„— допустимая максимальная относительная погрешность.

10 Учитывая (11) и (12), напишем (20) 360 ("ок — amm iI — кц.О лвт,) 15 но xm,x (,. 1) — ать, к. (см. (13) ) тогда формула

Ц.oтл / ..Л-„, 100 о, твт>

A„, о=

360 1 "о(к — I) + ax»a«(I —;(к — I) U.o.ëâx,) 20 откуда

-Адоп )а 3 6 1аб(к 1) + алин I -(к — 1) ц 0 лвт,) Ц .О лвт, вт но

Ц.О.„,,= """ 360, (см.(8)) вт

25 тогда

Адоп%3>61ао(к 1) авт+алин(1-(к — 1) А оп або 360)

11 — к—

ЗО 14оп абс 360 Лвт

А

11 —. к—

<доп аос ° 100 вт

ИЗМЕПЕНИЕ Д„п,б,, а СЛЕДОВатЕЛЬНО, И

Ц.О .., повлечет за собой лишь изменение масштабов отсчета, причем ддоп абс=З> Ц О лвт, =360 тогда при угле поворота 60 5%=1/12%, при угле поворота 30 М =1, 6%, при угле поворота 15 До 1,Зобо.

Предмет изобретения

Преобразователь угла поворота в электрическое напряжение, содержащий линейные вращающиеся трансформаторы и масштабирующие устройства, отличающийся тем, что, с

50 целью расширения динамического диапазона изменения переменных и уменьшения относительной погрешности преобразования, в нем линейные вращающиеся трансформаторы с различными коэффициентами передачи и ну55 левым положением в середине диапазона укреплены на одном валу, на котором дополнительно установлен профилированный кулачок с переключателем, причем входные обмотки всех линейных вращающихся трансформато60 ров и масштабирующих устройств включены пар аллельно и присоединены к источнику входного сигнала, а их выходные обмотки через сумматоры и коммутируемый от кулачка переключатель подключены к выходному за65 жиму преобразователя.

Составитель Ф. Б. Гулько

Редактор Л. А. Утехина Техред Т. П. Курилко Корректоры: Л. В. Анисимова и 3. И. Тарасова

Заказ 659/19 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва Ж-35, Раушская наб.. д. 4,5

Типография, пр. Сапунова, 2