Двухфазный емкостной преобразователь угла

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Ювао ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Ахметжанов А.А Высокоточные системы передачи угла автоматических устройств. М., 1975, с. 53-58.2. Авторское свидетельство СССР М 598109, кл. О 08 С 9/02, 19783, Авторское свидетельство СССР У 636468. кл. 6 01 В 7/00, 1978.(54)(57) .ЦВУХФАЗНЫЙ ЕМКОСТНОЙ ПРЕОБ РАЗОВАТЕЛЬ УГЛА, содержащий трансформатор питания, первый усилитель, первый дифференциальный конденсатор, образованный питающим и токосъемным электродами, расположенными на .неподвижных диэлектрических дисках с размещенным между ними подвижным .экранирующим диском-электродом, причем первый выход трансформатора питания соединен с питающим электродом первого дифференциального конденсатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей преобразователя и повышения его точности, в преобразователе трансформатор питания выполнен со средней точкой, пер:вый дифференциальный конденсатор с дополнительными питающими и токо- съемными электродами, введены вторые усилитель и дифференциальный конденсатор, образованный питающими и токосъемными электродами, питающие .электроды расположены на том же диэлектрическом диске, где расположены питающие электроды первого.дифференциального конденсатора, причем питающие электроды первого дифференциального конденсатора размещены в.ЯО 1030825 А двух противоположных квадрантах диэлектрического диска и образованыи 2 + 2 металлизированными секторами, а питающие электроды второго дифференциального конденсатора размещены в двух других противоположных квадрантах диэлектрического диска и образованы 2" металлизированными секторами, при этом для И1 угловые размеры первыхфи последних металли-, зированных секторов в квадрантах питающего электрода первого дифференциального конденсатора в два раза меньше угловых размеров остальных. .металлизированных секторов обоих дифференциальных конденсаторов, при этом все металлизированные сектора ЕФпитающих электродов объединены в две кольцевые гребенки, размещенные одна вдругую, а токосъемные электро ды диФференциальных конденсаторов выполнены в виде четырех металлизированных секторов, размещенных нап- Я ротив своих питающих электродов в соответствующих квадрантах второго диэлектрического диска и отделены друг от друга заземпенным контуром, подвижный экранирующий диск-электрод имеет;2" одинаковых окон и промежутков между ними с одинаковыми угловыми размерами, равномерно распределенными по окружности подвижного диска-электрода, при этом радиальные размеры окон меньше радиальных размеров металлизированных секторов питающих и токосъемных электродов дифференциальных конденсато;" ров, второй выход трансформатора питания соединен с питающим электродом второго дифференциального конденсатора, выходы токосъемных электродов дифференциальных конденсаторов соединены с входами соответствующих усилителей.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к устройствам и элементам систем автоматического регулирования: и управОднако из-за технологических пог" решностей рабочие зазоры в каждом из дифференциальных конденсаторов получаются не равными друг другу, что приводит к погрешности в Форми.Ровании фаз напряжений. Кроме того, .необходимость обеспечения точного взаимного смещения на угол - ста;2 торйых электродов дифференциальных конденсаторов приводит к усложнению конструкции датчика из-за введения в нее механизмов подстройки.Наиболее близким к изобретению 55 60 по технической сущности является двухфазный емкостной преобразовательугла, который содержит трансформа" 65 ления, и служит для преобразованияугла поворота вала в электрическиесигналы, преимущественно с электри-ческой редукцией угла, равной И = 2для и = 2, 3, 4, 5 и т,д,Известны двухфазные емкостные пре.обраэователи угла, содержащие два 10дифференциальных конденсатора, образованные диэлектрическими статороми ротором с нанесенными на них токопроводящими полосками, являющимисяподвижными и неподвижными электродами дифференциальных конденсаторов.Электроды, расположенные на роторе,через емкостной токосъем соединеныс источником питания, а электроды,расположенные на статоре, образуют 20две параллельные цепи, выходное напряжение на одной из которых изменяется по синусоидальному, а на другойпо косинусоидальному закону в функции угла поворота Г 1,25.Недостатком такого преобразователя является его сравнительно невысокая точность, обусловленная чувствительностью датчика к изменениюзазора между подвижными и неподвижными электродами дифференциальныхконденсаторов. Изменение зазора между электродами прож:ходит вследствие эксцентриситета, эллипсности ибиений ротора относительно статора.Известен двухфазный емкостнойпреобразователь угла, содержащий двадифференциальных конденсатора, статорные электроды которых выполненыв виде полых соосных полуцилиндрови размещены с взаимным смещением на 40Кгол , а лрд ротора вны в виде полуцилиндров Тобразногосечения и размещены между стенкамийолуцилиндров. В этом преобразователе существенно уменьшено влияниерадиальных биений ротора на точностьпреобразования 1.2 3. тор питания с регулируемой и нерегу-лируемой обмотками, дифференциальный конденсатор, образованные неподвижными питающим и токосъемным электродами с размещенными между ними экранирующим электродом. Питающий электрод дифференциального конденсатора подключен к нерегулируемой обмотке трансформатора, а его токо- съемные электроды через компаратор токов и формирующий усилитель подключены к регулируемой обмотке трансФорматора. В этом емкостном преобразователе может быть достигнута более высокая точность преобразования по сравнению с предыдущими преоб . разователями, поскольку величина за зора в дифференциальном конденсаторе является постоянной и не зависящей от перемещения, а модуляция, электростатического поля в зазоре конденсатора в функции перемещения осуществляется с помощью экранирующего электрода, биения которого в значительно меньшей степени влияют на погрешность преобразования 33.Однако известный емкостной преобразователь угла обладает тем недостатком, что с его помощью формируется только одна Фаза напряжения, например синусная. Поэтому его невоз" можно испольэовать в системах дистанционной передачи угла с электрической редукцией и в измерителях рассогласования позиционных следящих систем. Для получения двух фаз нап" ряжения, - синусной и косинусной, необходимы два указанных емкостных моста, объединенных в одной конструкции и сдвинутых относительно друг друга в пространстве на угол2 В этом случае конструкция преобразователя в целом существенно усложняется и кроме того возникает дополнительная погрешность в формировании фазных напряжений, поскольку зазоры в обоих дифференциальных конденсаторах невозможно сделать равными друг дРугу, т.е, преобразователь приобретает те же недостатки, которые свойственны рассмотренному выше устройству. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повы- шение точности преобразователя.Поставленная цель достигается тем, что в двухфазном преобразователе угла, содержащем трансформатор питания, первый усилитель, первый дифференциальный конденсатор, обра" зованный питающим и токосъемным электродами, расположенными на неподвижных диэлектрических дисках с размещенным между ними подвижным экранирующим диском-электродом, причем первый выход трансформатора пи45 На Фиг. 1 а, б, в представлены электроды дифференциальных конден-. саторов двухфазного емкостного 60 преобразователя; на Фиг. 2 - преобразователь в сборе.Преобразователь содержит неподвижный статорный диэлектрический диск 1, питающие электроды 2 и 3 65 тания соединен с питающим электродомпервого дифференциального конденсатора, трансформатор питания выполненсо средней точкой, первый дифференциальный конденсатор выполнен с дополнительными питающими и токосъемными электродами; введены вторыз усилитель и дифференциальный конденсатор, образованный питающими и токосъемными электродами, питающиеэлектроды расположены на том же ди Оэлектрическом диске, где расположеныпитающие электроды первого дифференциального конденсатора, причем питающие электроды первого дифференциального конденсатора размещены в двух 15противоположных квадрантах диэлектрического диска и образованы 2" + 2металлизированнымн секторами, а пи;тающие электроды второго дифференци-ального конденсатора размещены в 20двух других противоположных квадрантах диэлектрического диска и образованы 2 металлнзированными секторами,при этом дпя и ) 1 угловые размерыпервых и последних металлизированныхсекторов в квадрантах питающего электрода первого дифференциального конден-.сатора в два раза меньше угловыхразмеров остальных металлизированныхсекторов обоих дифференциальных конденсаторов, при этом все металлизированные сектора питающих электродов объединены в две кольцевые гре"бенки, размещенные одна в другую, атокосъемные электроды дифференциаль.ных конденсаторов выполнены в видечетырех металлизированных секторов,размещенных напротив своих питающихэлектродов в соответствующих квадрантах второго. диэлектрического диска и отделены друг от друга защемденным контуром, подвижный экранирующий диск-электрод имеет 2 ц окони промежутков между ними с одинаковыми угловыми размерами, равномернораспределенными по окружности подвижного диска-электрода, при этомрадиальные размеры окон меньше радиальных размеров металлизированныхсекторов питакщих и токосъемныхэлектродов дифференциальных конденсаторов, второй выход трансформаторапитания соединен с питающим электродом второго дйфференциального конденсатора, выходы токосъемных электродов дифференциальных конденсаторов,диФференциальных конденсаторов, неподвижный статорный диэлектрический диск 4 токосъемных электродов,токосъемные электроды 5 первого дифФеренциального конденсатора, токосъемные электроды 6 второго дифференциального конденсатора, заземляемый охранный контур 7, подвижныйэкранирующий диск-электрод 8, трансФорматор 9 питания, усилители 10и 11,Изображенный на фиг, 1 в качестве примера преобразователь имеет электрическую редукцию и =. 2 д = 8 ( и =3), т.е. за один оборот ротора преобразователя на 360 огибающие напряжений, формируемых на выходах усилителей 10 и 11, совершат 8 электрических периодов колебаний; Причем один электрический период колебаний совершается при повороте ротора преобразователя на угол360О. ю2 И 360 о 2 Для того, чтобы огибающие выходных напряжений преобразователя были сдвинуты по фазе друг относительно друга на 90 эл.град, на диэлектри-, ческом диске 1 часть питающих элект-родов 2 и 3, относящаяся к первому дифференциальному конденсатору и расположенная на 1-ом и -ем квад" рантах указанного диска, содержит 2 + 2 = 10 металлизированных сектоиров, а часть питающих электродов 2 и 3, относящаяся к второму дифференциальному конденсатору и расположенная во П-ом и 1 У-ом квадрантах диска, содержит 2"28 металлизированных секторов. Угловые размеры металлизированных секторов, расположенных в начале и в конце 1-го и Н-го квадрантов, равны -ф-, т.е. они в два раза меньше угловых размеров остальных секторов, которые равС:ны . Фактические угловые размеры указанных секторов меньше на угловой размер диэлектрического промежутка У между секторами, который выбирается из условия технологической выполнимости. Все металлизированные сектора диска объединяются в две гребенки танею образом, что если выбрать за начало отсчета начало 1-го квадранта, то все нечетные сектора 1-го и П-го квадрантов объединяются в одну гребенку, например внутреннююФиг. 1 а), а все четные сектора - в наружную гребенку. В Щ-м и Я-ом квадрантах сектора объединяются наоборот. Таким, -образом, получаются питающие электроды 2 и 3 обоих дифференциальныхконденсаторов, которые подсоединяются к противоположным фазам напряже- ния питания, получаемого от обмоток трансформатора 9. Электрическое поле, создаваемое питающими электродами 2 и 3, проецируется через ок-, на экранирУющего электрода 8 на токосъемные электроды 5 и б, расположенные на втором статорном диэлектрическом диске 4 Этот диск ориентируется по отношению к диску с питаю- О щими электродами таким образом, чтобы одноименные квадранты дисков находились напротив друг друга. В этом случае 1-ые и И-и квадранты дисков образуют 1-й дифференциальный кон- р денсатор, а П-е и 1 У-е.квадранты дисков образуют 2-й дифференциальный конденсатор. Токосъемные электроды занимают все пространство квадрантов ь" для предотвращения. токов "утечки" с токосъемных электродов одного дифференциального конденсатора на токосъемные электроды другого дифФеренциального конденсатора отделены друг от друга заземленным охранным контуром 7.Экраниующий диск-электрод 8 имеет 2" = 2 = 8 окон и Столько же промежутков между ними. Угловые раз" меры окон и промежутков одинаковы исоравны - Радиальные размеры окон2диска должны выбираться меньше радиальных размеров сектора питающих и токосъемных электродов с тем, чтобы при наличии радиальных биений окна диска не выходили за пределы рабочих зон секторов питающих и токосъемных электродов, Конкретные радиальные размеры элементов электродов выбираются исходя из ожидаемых радиальньп 40 биений. Экранирующий диск-электрод 8 может быть выполнен как из металла, так и в виде металлизированного рисунка на диэлектрическом диске. В первом случае толщина его может быть 45 небольшой и соответственно увеличивается рабочая емкость конденсаторовОднако в этом случае необходимо материал диска выбирать с учетом одинаковости температурных расширений статорных и роторного дисков. Во втором. случае материал всех дисков будет одинаковым, но рабочая емкость конденсаторов будет меньше из-за увеличейия рабочего зазора на величину толщины экранирующего диска-электрода 8.Бсли совместить координатные оси дисков по фиг, 1 а, б, в и собрать преобразователь так, как показано на Фиг, 2, то в исходном положении на 60 токосъемные электроды 5 через окна экранирующего диска-электрода 8 проецируются равные площади секторов питающих электродов 2 и 3, подключенных к противоположным фазам напряжения питания, получаемого с обмо= ток трансформатора 9.Следовательно, результирующий емкостной ток в суммирующей точке усилителя 10 будет равен нулю и выходное напряжение 0(Ю также равно нулю. В то же время на токосъемные электроды б через окна экранирующего диска-электрода 8 проецируются сектора питающего электрода 3 и на выходе усилителя 11 имеет место максимум напряжения 0(М) . При вращении экранирующего электрода 8 в ту ипи иную сторону происходит изменение проецнруемых площадей питающих электродов 2 и 3 на токосъемные электроды 5 и б, что приводит к уве. личению напряжения О И)и уменьшению напряжения 0, При перемещении экранирующего электрода на угол, равный 4-, огибающие обоих напряжений ОМ)и О И) совершают один полный электрический период изменения амплитуды, При дальнейшем перемещении экранирующего электрода электрические процессы в преобразователе повторяются.Предлагаемый двухфазный преобразователь отличается от известных тем, что позволяет сформировать обе фазы напряжений при наличии только трех рабочих элементов конденсатора. Причем рабочая емкость образуется только двумя неподвижными статорными дисками, что обеспечивает одинаковость и относительную стабильность ее в обоих дифференциальных конденсаторах.Расположение рабочих элементов конденсаторов в противоположных квад рантах позволяет исключить влияние неравномерностей рабочего зазора на величину емкости конденсаторов и уменьшить влияние радиальных биений на погрешность преобразования. А при полной соосности двух из трех дисков преобразователя и при соответствующем выборе радиальных размеров электроцов данная конструкция преобразователя позволяет исключить влияние радиальных биений на погрешность преобразования. В этом случае ошибка от радиальных биений будет постоянной величиной, не зависящей от угла поворота ротора преобразователя в пределах рабочего зазора.Предлагаемый преобразователь может иметь и цилиндрическую конструкцию рабочих электродов, В этом случае радиальные биения ротора практически не вызывают появления угловой пог решности преобразования.1030825 Патент", г.Уж вни Филиал каз 5216/50 Фа 8 аж 618 Подписно л.Проектная