книги / Основы автоматики

Рис.3.19. Схема включения дифференциального

					сельоина
ника тоже	повернется	на		угол		. Если повернуть ротор диффе­
ренциального сельсина		на		угол ^		, то на такой же дополнитель­
ный угол й3 повернутся		обмотки ротора дифференциального сель­
оина по отношению к потоку Фс						и магнитный поток статора сель­
сина-приемника. Напряжение на выходе сельсина-приемника
	I/.		=	ITain («,+ * - О
	»ЫХ			т	' 1	3 2 '
При малом	$,+ &3 ~&г
	t * , *			Vm		<ЗЛ 5>

4. Бесконтактные сельсины

Контактные сельсины не обладают достаточной надежностью ив-эа наличия скользящих контактов. Для устранения этого недо­ статка было предложено несколько конструкций бесконтактных сельсинов, одна из которых показана на рис.3.20.

В бесконтактном сельсине обмотки возбуждения и синхрониза-

Рис.3 .2 0 .Бесконтакт ный сельсин:

1 - обмотки возбуждения;

2 - обмотки синхронизации;

3 - ротор; 4 - изоляцион­ ный промежуток ротора

ции размещены на статоре. Ротор сельсина оостоит из двух магнитопроводов, разделенных изоляционным промежутком. Путь магнитного по­ тока, создаваемого обмотками воз­ буждения I , показан на рио.3.20 жирной линией.

В контактном сельсине магнит­ ный поток возбуждения поворачива­ ется, изменяя свое положение отно­ сительно обмоток синхронизации, при повороте обмотки возбуждения. В бесконтактном сельоине магнит­ ный поток возбуждения поворачи­ вается, изменяя овое положение от­ носительно обмоток оинхронизации, при повороте ротора с магнитопроводом специальной формы. В осталь­

ном работа бесконтактного сельсина не отличается от работы контактного сельсина.

Доотоинотвом бесконтактных сельсинов является их выоокая надежность, недостатком - сравнительно высокая стоимость из­ готовления.

§ 3 . 5 . ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ТИПА УГОЛ-КОД

Преобразователи типа угол-код представляют собой устрой­ ства, в которых измеряемая величина - угол поворота вала - преобразуется в цифровую форму. Информация об измеряемой ве­ личине в цифровой форме необходима для обработки ее в цифро­ вых управляющих машинах, при передаче по телеметрическим ли­ ниям и т .д .

Для представления углового перемещения в цифровой форме необходимо осуществить кодирование, т .е . выразить измеренный

угол поворота совокупностью цифр какой-либо		системы счиоления
(десятичной, восьмеричной, двоичной и	т .д .) . Целое число N
в любой системе очисления с основанием	В	можно представить
в виде

где	ап , . . . , oQ -	коэффициенты р а зр я д а ,	принимающие значения
от 0	до Д - 1 .		В= 10, ок= 0 ,1 , ... ,9
	Для десятичной	системы очисления

иN = ап•10л + ап_1Юп',+ . . . + а ( 10г + ао ю ° .

Для двоичной системы счисления					В= 2 ,	<7^=	0 ,1	и
	_	П		П-1		л 1		о
N = ап 2		+ ап - , 2		+	+ai 2		+ао 2
Очевидно, цена	р азр яд а		в о зр а с т ае т справа			н ал ево ,		причем
каждый последующий	разряд в		В	р а з	превышает предыдущий. На­
пример, числа 89 в десятичной системе счисления
		89 = 8x10 + 9x10°
и в двоичной системе счисления
89 = 1х2б + 0х25 + 1x2^ + 1х23 + 0х22 + 0x2*								+ 1 x 2 °,
или 89 в десятичной системе счисления равно						I 0 I I 0 0 I		в двоич­
ной системе счи слен ия.

Наибольшее распространение в технике получила двоичная

систем а счисления вследстви е простоты технической реализации

устройств

для

представления

числа

в двоичном

цифровом ко д е .

Процесс

преобразования

у гл а

поворота

вала

в двоичный

код

можно проиллю стрировать

на

примере

дискового

преобразователя

у го л -ко д ( р и с .3 .2 1 ) .

Это

устройство

преобразует угол поворота

вращающегося

в ал а

в

цифровой

код

с

помощью кодирующего

д и ска .

Диск

имеет

п

концентрических колец по

числу

разрядов.К оль­

ц а ,

соответствующ ие

старшему

и младшему

р азрядам ,

имеют наи­

меньший и наибольший

диаметры

со о тв етств ен н о . Каждое кольцо

р азб и в ается

на

проводящие

(белы е) и

непроводящие (черны е)

у ч аст ­

к и .

Кольцо

старш его

р азряда р азб и в ается

на 2

у ч ао т к а,

кольцо

младшего р азряда -

на 2"

у ч астк о в .

Проводящие участки

колец

соответствую т

коду

I

( ак = I ) ,

непроводящие

участки -

коду

О (

ак= 0 ) .

Если

подвести

напряжение к

проводящим

участкам ,

то с помощью токосъемных щеток (считывающего

у с т р о й с т в а ),

рас ­

положенных по радиусу диска (линии

счи ты ван ия), можно

снять

кодовый

си гн ал ,

соответствующий

определенному

углу

поворота

в а л а .

На

р и с .3 .2 1

изображен диск с

кодовой

шкалой в

четы рехраз­

рядном двоичном		к о д е . На линии считывания 00	со	щеток	снима­
е т с я	код 0000,	что со о тв етств у ет углу поворота		0 ° . При	нахож­
дении	щеток на	линии 02 с них снимается к о д ,	соответствующий
		у гл у	поворота 4 5 ° .На

линии 04	оо	щеток
снимается	к о д , со о т в ет ­
ствующий углу		ПОВОрО'
т а 9 0 °.
Нетрудно		зам ети ть ,

что рассматриваемому

преобразователю			свой ­
ствен на	ошибка		преоб­
р азо в ан и я, определяе­
мая ценой		младшего
р а зр я д а .		Величина		ошиб­
ки преобразования				опре­
д ел я ется	соотношением
6	=	-|тг »	(3.16)

гд е i)m -	максимальное значение измеряемого	у г л а ;
Л -	число разрядов кода п р ео б р азо вател я .
Т ак ,	при четы рехразрядной кодовой шкале	п реобразователя
у го л -ко д	ошибка преобразования

5 = Ш °= 22°Зо'.

24

Очевидно, что для увеличения точности преобразования необхо­

димо	увеличивать	число разрядов		п р ео б р азо вател я .
	П реобразователи у го л -ко д		с	обычной двоичной		кодовой шка­
лой	не получили	применения в	силу		свойственного	им	сущ ествен­
ного	н ед о статк а .	Легко зам ети ть ,			что для исключения		ложных

кодов при считывании необходимо, чтобы считывающее устрой ст­

во	расп олагалось	точно	по линии	считы вания. Если щетки сдвину­
ты	относительно	линии	считы вания, то при развороте диска на
выходе преобразователя			появится	значительная	числовая ошибка.
Т а к , при переходе от числа 7 к				числу 8 и з - з а	небольшого сдви га

Например, запись чиола 83 в коде Грея имеет вид

N d = 1 0 1 0 0 1 1

+ = I 0 1 0 0 1

Nс = I

I I I 0 10

Обратный переход от циклического кода к двоичному осуще­

ствляется

по схеме

с * II

V / bn- 2

ь1ъ0

+

=

Л

s ° n- ' s

0

а

/

*

х

а

ал

°n-i

°п-г

Здесь Nc =

Ъп

Ъ

1 0

....

Ь0

-

число,

записанное в

циклическом

двоичном коде,

+

- знак

логического

сложения. Например, чис-

ло 83 в коде Грея

N - ИНОЮ. При переходе к двоичному коду

по вышеприведенной схеме

получим

N = 1 1 1 1 0 1 0

+

I

О I

О

О

I

Nd =

I

0

1 0

О

I

I

Преобразователи угол-код

подразделяют

на две

большие

группы в зависимости от метода считывания измеряемой величины: а) преобразователи, работающие по принципу чтения; б) преобразователи, работающие по принципу счета.

В преобразователях первой группы угол поворота вала выда­ ется оо считывающего устройства непосредственно в двоичном коде. Для реализации этого способа считывания на валу, угол поворота которого необходимо замерить, соосно закрепляется диск или барабан с кодовой шкалой. Съем сигналов осуществля­ ется контактным, трансформаторным, индуктивным, фотоэлектри­ ческим и другими способами.

На рис.3.23 изображен преобразователь с трансформаторным съемом оигнала. Преобразование угла в код осуществляется в нем с помощью трансформатора с переменным воздушным зазором. Счи­ тывающая головка преобразователя представляет собой трансфер-

Рис.3.23. Преобразователь угол-код с трансформаторный съемом сигнала

матор о цилиндрическим сердечником I из мягкого железа,на кото­ ром размещены первичная 2 и вторичная 3 обмотки.Сигнал в ви­ де кода снимается со вторичной обмотки. Кодовая шкала наносит­ ся на диск из железа. Вырезанные участки разрядных колец соот­ ветствует коду 0, невырезанная часть колец - коду I . Если под считывающей головкой находится канавка 4 , во вторичной обмотке

наводитоя малое		напряжение
(код 0). При прохождении не-
вырезанногэ участка кольца
воздушный зазор		между сердеч­
ником и диском мал и напряже­						Выходноа
ние во	вторичной	обмотке	воз­
растает (код I ) .		Очевидно,что				цель
число	съемных головок равно				I	Ш4
числу	разрядов кодового		диска,		I1	/пт
Преимуществом преобразовате­
лей с	трансформаторным оъемоы
сигнала является		высокая	на­
дежность. Однако		низкая	точ­		Рис.3 .24 .Преобразователь угол-
ность	преобразования ( 7 - 8				код	с фотоэлектрическим съемом
разрядов) и малое отношение						сигнала
сигнала к помехе ограничивает их область применения.
Значительное		увеличение		точности преобразования			достига­
ется в	преобразователях		с фотоэлектрическим съемом				сигнала

(рис.3 .24). Кодовый диок I таких преобразователей изготовляетоя И8 оптического стекла, на поверхность которого нанооят кодовый рисунок в виде олоя металла. Непрозрачные участки диска соот­ ветствуют коду 0, прозрачные - коду I . В качестве считывающе­ го устройства используются фотоэлементы 2. Кодовый оигнал в считывающем устройстве формируется при подсвете диска от источ­ ника света направленного излучения 3. С помощью фотоэлектриче­ ских преобразователей типа угол-код можно реализовать 14 - 18разрядный код, что делает возможным получить высокую точность преобразования.

В преобразователях, работающих по методу счета, угол по­ ворота вала преобразуется в определенное количество электри­ ческих импульсов. Для этого диск или барабан, закрепляемые на валу, разделяются метками на проводящие и непроводящие участки

Рис.3.25. Фотоэлектрический преобразователь угол-чиоло импульсов

(рис.3 .25). При вращении диска в считывающем устройстве форми­ руются импульсы, число которых на угол поворота определяется плотностью нанесения меток. Съем сигнала в преобразователях этой группы может быть осуществлен так же, как и в преобразо­ вателях первой группы, т .е . контактным, фотоэлектрическим, ин­ дуктивным и другими способами.

На рис.3.26 изображен барабанный преобразователь угол-код, работающий по методу счета.Магнитный барабан 3 вращается о по­ стоянной окороотью двигателем I.Ha поверхности барабана имеютоя две дорожки 2 ,4 .На дорожке 4 нанеоена одна опорная метка 7 ,коли­ чество меток на дорожке 2 определяется требуемой точностью преобразования угла. Преобразователь имеет три еденные головки 5 ,6 ,8 . Головки 6,8 неподвижны, головка 5 соединена о валом, угол поворота которого необходимо измерить. При вращении бараба­

на в головке 8 формируемя импульоы.поступающие иа ключ.Работой ключа управляет неподвихяая головка 6 и подвижная головка 5 ,ко­ торые выдают импульсы на открытие и закрытие ключа при прохож­ дении под ними опорной метки. Число импульоов, поступивших на очетчик с момента открытия ключа до его закрытия, пропорциональ­ но углу между головками 6 и 5. Сигнал счетчика запоминается в регистре, перед очередным замером счетчик возвращается в исход­ ное нулевое положение. С помощью преобразователей, работающих по методу очета, можно добиться высокой точности преобразова­ ния, увеличивая число меток на единицу длины.

Рис.3.26. Преобразователь угол-число импульсов барабанного типа

Наибольшую плотность меток имеют фотоэлектрические преоб­ разователи, где ширина меток составляет единицы микрон. Боль­ шая точность преобразования и относительная простота конструк­ ции делают предпочтительным применение в военной технике пре­ образователей угол-код, работающих по методу очета.

§ 3 .6 . СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ДАТЧИКОВ ЛИНЕЙНЫХ И УГЛОВЫХ ПЕРШЕЩЕНИЙ

При определении целесообразности использования того или иного типа датчиков в автоматической системе необходимо про­ вести сравнительную оценку соответствия их характеристик тре­ бованиям, предъявляемым к системе в смыоле точности, надежно­ сти, экономичности, простоты реализации, функционального назна­ чения, уоловий эксплуатации и т .д .

С точки зрения надежности, чувствительности, разрешающей способности в системах военного назначения предпочтительно при-

иенение индукционных датчиков. Отсутотвие скользящих контак­ тов, прочнооть конструкции, устойчивость по отношению к меха-' ническим и тепловым перегрузкам делают этот тип датчиков доста­ точно перспективным в сравнении с потенциометрическими и оельоинными датчиками. Чувствительность некоторых видов индукцион­

ных датчиков достигает 40 мв/угл.мин	(см .табл.3 .1 ),	для дру­
гих же типов датчиков она существенно	меньше ( < 20	мв/угл.мин).

Разрешающая опоообнооть отдельных образцов индукционных датчи­ ков составляет сотые доли микрона. У потенциометрических же датчиков она ограничена диаметром обмоточного провода и в боль­ шинстве случаев ооотавляет величину, большую оотых долей милли­ метра. Существенное достоинство индукционных датчиков - малый реактивный момент, что позволяет использовать их для преобразо­ вания выходных механических перемещений маломощных измерителей, чувствительных к нагрузке.

Несмотря на очевидные преимущества индукционных датчиков, в автоматических системах широко применяются и потенциометри­ ческие датчики. Ооновное их достоинство - универсальность и проотота наотройки, отсутствие нулевого сигнала, возможность реализации сложных функциональных зависимостей и = f ( у) ,

u - f ( x ) , возможность компенсации влияния нагрузки на линей­ ность статической характеристики. Бели в индукционных датчи­ ках отклонение характеристики от линейной составляет несколько процентов, то в потенциометрических датчиках эта величина рав­ на оотым долям процента.

Цифровые датчики угол-код занимают несколько особое поло­ жение в группе рассмотренных датчиков. Внедрение их в технику автоматического управления вызвано растущими требованиями к

точности сьема угла. Если многоотсчетные сельсинные		передачи
в настоящее время	имеют предельную точность съема не	более
6 - 10 утл.мин, то	применение дисковых преобразователей позво­

ляет обеспечить точноогь сьема угла в 30 угл.сек при 16-разряд- ном кодовом диске.

§ 3 .7 . ДАТЧИКИ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ

Для измерения скорооти вращения вала применяются центробеж­ ные и гидравлические измерители скорости, а также тахогенераторы постоянного и переменного тока. В технической литературе эти устройства часто называют тахометрами.