Преобразователь угла поворота вала в напряжение

/04, 1978 о ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТИРЫТИ САНИЕ ИЭОБ К АВТОРСКОМУ СВ(56) 1, Авторское свид РУ 475647, кл,08 С 92. Авторское свидетВ 750536, кл. й 08 С 9(54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В НАПРЯЖЕНИЕ, содержащийтрансдюрматор, первичная обмоткакоторого соединена с двумя обмотками сельсина, третья обмотка которогосоединена с первым выводом первогорезистора Аазосдвигающей цепи, выводы вторичной обмотки трансдзорматорасоединены со входами регуляторауровня сигнала, один из выводов вторичной обмотки трансФорматора соединен через конденсатор с шиной нулевого потенциала, которая соединенасо средним выводом первичной обмоткитрансформатора, обмотка питания сельсина соединена со входом нуль-органа, выходы которого через первыйпереключатель соединены со входом порогового детектора, выход которогочерез блок задержки соединен со входом первого элемента проверки масштаба преобразования и с первым входомэлемента памяти, выход регуляторауровня сигнала через послеловательносоединенные избирательный фильтр,анализатор знака и блок выделения,ЯО 1124360 фронта импульса подключен ко входу второго элемента проверки масштаба преобразования и ко второму входу элемента памяти, выходы которого через второй переключатель подключены к первому входу первого ключа, второй вход которого соединен с выходом источника эталонного напряжения, а выход покдлючен ко входу интегратора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены второй резистор фазосдвигающей цепи, второй ключ, элемент знакового согласования м дулятор длительности импульса, генератор импульсов, дифференциальный Ф усилитель и интегрирующий преобрае зователь периода сети в напряжение, выход анализатора знака соединен через интегрирующий преобразователь периода сети в напряжение с неинвертирующим входом дидйеренциального усилителя, инвертирующий вход которо. ш,а го соединен с источником эталонного напряжения, а выход - с первым входоме модулятора длительности импульса, , р второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход соединен через элемент знакового согласования с управляющим входом второго ключа, управляющие входы которого соединены с выводами второго резистора фазосдвигающей цепи, первый вывод которого соединен со вторым выводом первого резистора азо- юффф сдвигающей цепи, а второй - с одним из выводов вторичной обмотки трансдюрматора.9 11Изобретение относится к автомати-. ке и может найти применение в тех нике электропривода как элемент ав- . торегулирования.Область преимущественного применения - технологический контроль положения реакторных стержней ядерных установок.Известен преобразователь угла поворота вала в напряжение, содержащий согласующие усилители, выходы которых подключены к двум выходам элемента сравнения и через резисторы - ко входам Ьазосдвигающего усилителя, выходы которого подключены к усилитеЛю-ограничителю, третий вход элемента сравнения соединен с входом Формирователя импульсов, подключенного через трансформатор к ротору сельсина-датчика, второй выход Формирователя импульсов подключен ко входу триггера, выход элемента сравнения через триггер соединен соответственно со вторым и третьим переключателями, соединеннымн со входами Фазосдвнгающего усилителя ЯНедостатком известного преобразователя является наличие погрешности из-за нестабильности частоты питания сельсина.1Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь угла поворота вала в напряжение, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого соединена с двумя обмотками сельсина, третья обмотка которого соединена с первым выводом первого резистора, выводы вторичной обмотки трансФорматора соединены с выводами регулятора, один из выводов вторичной обмотки трансФорматора соединен через емкость с обшей шиной, которая соединена со средним выводом первичной обмотки трансФорматора, обмотка .питания еельсина соединена со входом, 1нуль-органа,.выходы которого через первый переключатель соединены со входом порогового детектора, выход которого через блок задержки соединен со входом первого элемента проверки масштаба преобразования и с первым входом элемента памяти, выход регулятора уровня сигнала через последовательно соединенные избиратель" ный Фильтр, анализатор знака и блок вццеления фронта импульса подключен ко входу второго элемента проверки масштаба преобразования и ко второму входу элемента памяти, выходы ко 24360 2 торого через второй переключатель подключены к первому входу ключа, второй вход которого соединен с выходом источника эталонного напряжения а выход подключен к входу интегратора 2.Недостатком известного преобразователя является наличие погрешности из-за нестабильности частоты питания сельсина. 5 Отклонение частоты сети на отдельных промышленных объектах между пиками ее нагрузки и спада достигает+5 от среднего значения. Это приводит к отличию масштаба составляющихвекторов синуса и косинуса.Целью изобретения является повышение точности преобразователя засчет устранения погрешностей, связанных с нестабильностью частоты питающей сельсии-датчик сети.Поставленная цель достигаетсятем, что в преобразователь угла поворота вала в напряжение, содержащийтрансФорматор, первичная обмоткакоторого соединена. с двумя обмоткамисельсина, третья обмотка которогосоединена с первым выводом первогорезистора Фазосдвигающей цени, выводы вторичной обмотки трансформатора соединены с входами регуляторауровня сигнала, один иэ выводов вторичной обмотки трансФорматора соединен через конденсатор е шиной нуле.вого потенциала, которая соединенасо средним выводом первичной обмоткитрансформатора, обмотка питаниясельснна соединена со входом нульоргана выходы которого через первьйпереключатель соединены со входомг40 порогового детектора, выход которого через блок задержки соединен совходом первого элемента проверкимасштаба преобразования н с первымвходом элемента памяти, выход регу лятора уровня сигнала через последовательно соединенные избирательныйФильтр, анализатор знака и блок выделения Фронта импульса подключен ковходу второго элемента проверки масш таба преобразования и ко второмувходу элемента памяти, выходы которого через второй переключатель подключены к первому входу первого ключа, второй вход которого соединен 55 с выходом источника эталонного напряжения, а выход подключен ко входу,интегратора, введены второй резисторФазосдвигающей цепи, второй ключ,1124360 45 3элемент знакового согласования, мо .дулятор длительности импульса, генератор импульсов, дифференциальныйусилитель и интегрирующий преобразователь периода сети в напряжение,выход анализатора знака соединен через интегрирующий преобразовательпериода сети в напряжение с неинвертирующим входом дифференциальногоусилителя, инвертирующий вход кото Орого соединен с источником эталонного напряжения, а выход - с первымвходом, модулятора длительности импульса, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов,а выход соединен через элемент знакового согласования с управляющимвходом второго ключа, управляющиевходы которого соединены с выводамивторого резистора фазосдвигающейцепи, первый вывод которого соединенсо вторым выводом первого резисторафазосдвигающей цепи, а второй - содним из выводов вторичной обмоткитрансформатора,25На чертеже приведена блок-схемапреобразователя угла поворота валав напряжение.Преобразователь угла поворотавала в напряжение содержит сельсин1, трансформатор 2, конденсатор 3и резистор 4 фазосдвигающей цепи,регулятор 5 уровня сигнала (потенциометр выравнивания коэффициентов сложения действительного.и квадратурного сигналов), избирательный фильтр6, анализатор 7 знака, блок 8 выделения фронта импульса, элемент 9памяти (триггер), элемент 10 проверки масштаба преобразования, нульорган 11 (пиковый трансформатор),46первый переключатель 12 (переключатель фиксированного смещения), пороговый детектор 13, блок 14 задержки,второй переключатель 15 (переключатель реверса), ключ 16, источник17 эталонного напряжения, интегратор18 (масштабный интегрирующий усилитель), резистор 19 фазосдвигающейцепи, ключ 20, элемент 21 знаковогосогласования, модулятор 22 длитель 50ности импульса, генератор 23 импуль, сов, ди 4 ерищкальный усилитель 24,интегрирукфЮий преобразователь 25периода сети в напряжение.55 Преобразователь угла поворота вала в напряжение работает следующим образом. 4На резистор 4 и трансформатор 2 подают сигналы 3-секционной обмотки сельсина 1 или уравновешенных синхрон ных сельсинных передач. При помощи трансформатора 2 с отводом от средней точки первичной обмотки эти сигналы приводятся к виду двух сигналов взаимно перпендикулярных направлений: По сигналу одного направления введен фазовый сдвиг. Активное сопротивление резисторй 4 фазосдвигающей цепи выбрано много большим, чем емкостное сопротивление на частоте питающей сети конденсатора 3 фазосдвигающей цепи, При этом фазовый сдвиг этого сигнала на частоте питающей сети близок к 90 О. Второй сигнал передается трансформатором 2. Коэффициенты передачи сигнала интегрирующей цепи и сигнала, передаваемого без фазового сдвига трансформатором 2, выравниваются регулятором 5.На емкости 3 векторное напряжение равно 1 = -1 щ соб(С 05 И 1, а второе векторное напряжение на выходной обмотке трансформатора 2 равно О = ЦэпЩ 1 ои . Сложение этих вектор ных напряжений выполнено путем носледовательного соединения источников этих напряжений, В результате сложения обоих векторов получается третий вектор вида О 1 = - Ощ соб (СД + И ) с постоянной амплитудой и фазовым сдвигом, определенным угловым положением ротора сельсина 1.По действительной составляющей (без фазового сдвига) проходят помехи высших гармоник, вызванные напряженным магнитным режимом сердечника сельсина 1, по квадратурной составляющей эти помехи подавляются фазосдвигающей цепью (резисторы 4 и 19). Сигнал результирующего вектора в реальных условиях включает искаже ния высших гармоник, прошедших по действительной составляющей, перемещаемые по фазе в зависимости от положения ротора сельсина 1. Эти искажения выравниваются избирательным фильтром 6. Отфильтрованный сигнал полученного напряжения с фазовым сдвигом по частоте питающей сети, олределевным угловым положением ротора сельсииа 1, представляется логическим сигналом анализатора 7 знака, выделяется один из фронтов этого сигнала блоком 8 и подается на вход триггера 9. Триггер 9 фиксирует изменением своего состояния прохожде60 6менты 10 проверки масштаба представляют кнопки, при их нажатии входытриггера 9 установки в состояниел, 0 или 1 замыкаются на шину нулево го потенциала, фиксируя е го в этихсостояниях и обеспечивая имитациюначала и конца диапазона измерения .Начало диапазона характеризуетсянулевым коэффициентом з апол н е ния импульсов триггера 9, а конец - единич ным значением .Кроме того, с выхода анализаторазнака 7 прямоугольные импульсы с ч ас.то той, питающей сельсин 1, и о с туп ают на ин тегрир ующий преобразователь2 5 периода питающей сети в напр яжение, Е го выходное напряжение, пр опорционально е периоду колебаний сетивида 1 Н) = 1 с 1 (Я); Тсд = где12 гиО И) - выходное напряжение; Т - период сети 1 - коэффициент соответствия, я - частота сети, подаетсяна неинвертирующий вход дифференциального усилителя 24, а на его инвертирующий вход поступает постояннаявеличина источника 17 эталонногонапряжения.С выхода дифференциального усилителя 24 напряжение подается на входуправления модулятора 22 длительности импульса, на его второй входпоступают импульсы генератора 23 импульсовЭти импульсы при помощи элемента21 знакового согласования, напримерв виде логического инвертора, приводятся к виду сигнала пауз, с тем же временным соотношением т опт)где Ц 1,Т) - напряжение на выходе дифференциального усилителя,"- период колебаний генератора 23 импульсов,- время межимнульсных пауз,Этот сигнал подается на вход управления ключа 20, который открытимпульсами и заперт в течение межимпульсных пауз. Когда дополнительныйключ 20 открыт, его сопротивлениепренебрежимо мало, оно шунтирует резистор 19 фазосдвигающей цепи. Призапертом состоянии дополнительногоключа 20 в схеме участвует сопротивление резистора 19 полностью. В схеме с основным резистором 4 и конденсатором 3 фазосдвигающей цепи длясигнала низкой частоты сети, питаю 3 11243ние этого импульса, например сбросом,в нулевое состояние. Сигнал опорнойфазы питающей сети через нуль-орган11, формирующий импульс при сменезнака напряжения сети поступает навход порогового детектора 13, отбирающего импульс одного знака, который задерживается блоком 14 задержки с регулируемой установкой временизадержки, Время задержки устанавливается с возможностью ее вариациив пределах половины периода питающей сети,:перекрытие второй половиныпериода питающей сети достигаетсяпри помощи переключателя 12 фикси-.рованного смещения. Задержанный импульс поступает на другой вход триггера 9 и возводит его в единичноесостояние, в котором он находитсядо поступления импульса смены знака.Импульсы выхода триггера 9 с частотой сети поступают на вход управления ключа 16, который на время импульса триггера 9 в пределах периода питающей сети, пропорциональное 25угловому положению ротора сельсина1 в пределах оборота, подключаетисточник 17 ко входу интегратора 18,который усредняет эти импульсы,коэффициент передачи которого заданотношением величин сопротивлениярезисторов на входе и в цепи обратной связи, таким образом, что изменение положения Ч ротора сельсина 1в пределах 0-360 отвечает линейномуизменению выходного сигнала в преде 35лах стандартного диапазона. Преобразователь работает также в обращенном режиме, когда за нуль отсчетапринято время смены знака результи 40рующего модуля с переменным фаэовымсдвигом и отсчитывается относительно .него несоответствие фазы сети. Вэтом случае переключатель 15 реверсапереводится в другое положение,45переключая прямой выход триггера 9на инверсный.При реальных измерениях не всегдаимеется возможность симитироватьначальное или конечное значение диапазона; в этом случае по прикраще 50нию определяют положение переключателя 15 реверса, а затем выставляютнапряжение на выходе преобразователя переключателем 12 смещения иустановкой блока 14 задержки по со 55ответствию его текущему значениюуглового положения ротора сельсина 1или синхронно следящих систем. Эле1 11щей сельсин 1, эквивалентное сопротивление дополнительного резистора19 и ключа 20 изменяется в пределахО с 9с 8 З, Через параметры управляющего ключа 20 импульсного сигнайа1это эквивалентное сопротивление выражено в виде КЗ = 1 П /Т, Йа , где1 - эквивалентное сопротивление резистора 19 ключа 20- сопротивф аление резистора 19,Для устранения погрешности преобразователя, связанной с нестабильностью частоты напряжения, питающейсельсин 1 сети, необходимо обеспечить постоянный и независимый отчастоты коэффициент передачи Фазосдвигающей цепи, который обеспечивается при условииХс- = содай,где Х - сопротивление конденсатораС3, представляющее линейнуюфункцию от периода колебаний сети,1 п - полное активное сопротивление резистора 4 фазосдвигающей цепи и резистора 19,которое при помощи интеГрирующегопреобразователя 25 периода сети внапряжение, дифференциального усилителя 24, генератора 23 импульсов,модулятора 22 длительности импульса,элемент 21 знакового согласованияи ключа 20 с резистором 19 Фазосдвигающей цепи выражено так же как иХс в виде линейной от периода сетиО Эгде 9 - сопротивление резисторафазосдвигающей цепи," - эквивалентное сопротивлениеключа 20 резистора 19 вФазосдвигающей цепи,Полное активное сопротивлениефазосдвигающей цепи также выраженов виде" "оф "а в Тчерез управляющий сигнал ключа 20. Непосредственно через частоту сети полное активное сопротивле-.24360ние фазосдвигающей цепи выражено в видеКй +К,Рай-С 1,где 1, коэффициент усиления диАференциального усилителя 24,- постоянная величина, эквивалентная периоду опорнойчастоты сети,Эта Функция относительно длительности периода, так же как и сопротивление конденсатора 3 Х представляет линейную Функцию периода Тпри выборе 18 /8 о ъ 2 ЬТ/Т,При выборе коэффициента нужногоусиления дифференциального усилителя 24 достигается пропорциональностьфункций Х и 1 н для заданного диапазона возможных отклонений частотысети, питающей сельсин 1, т,е, коэф,фициент передачи фазосдвигающей цепичастотонезависим, а погрешности преобразователя за счет нестабильностичастоты питающей сети исключены.25 При этом выполняются равенства аХс 1 т ьй й Коэффициент усиления дидхЪеренциаль ного усилителя 24 равен 1 о)( ф - ."а В результате исключения ошибки вмасштабе мнимого модуля при отклоне 35нии частоты питающей сети существенно повышается точность, линейностьи стабильность характеристики преобразователя угла поворота вала внапряжение.Предлагаемое устройство может найти широкое применение как средствоконтроля положения стержней управления ядерного реактора в системах 45контроля состояния топливных элементов в ядерной энергетике, повышаяточность оценки их состояния, чтопозволяет более полно использоватьядерное топливо, а это, в свою очередь, может принести существенную 50экономию за счет выработки дополнительноной энергии на сэкономленном сырье1124360 Составитель А.Сидоренкоактор С.Тимохина Техред Т,Фанта Корректор О,Тигор Зака ко и ская Филиал ППП "Патент", г; Ужгород, ул. Проектная, 4 87/41 Тираж 568 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Рауш