Способ регулирования датчика угловых перемещений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 178 СПУБПИ САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМ ИДЕТЕЛ Ь СТВУ Технологическ и формовка об 25.089,00025, ВНП 1981, с, 7. я инструкция "Проверка оток статоров" ТЩ "Потенциал", Харьков,ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро по погружному электрооборудованию для буренияскважин и добычи нефти Всесоюзного научно-производственного обьединения "Потенциал"(56) Авторское свидетельство СССРМ 1439538, кл, 6 05 В 23/02, 1987. Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для определения качества и регулировки датчиков угловых перемещений,Известен датчик угловых перемещений, который включает диэлектрический статор с двухфазной и однофазной обмотками и ротор. Двухфазная обмотка статора выполнена кольцевой, однофазная - рамочной, а ротор - в виде двух рядов чередующихся ферромагнитных и немагнитных металлических секторов, тангенциально смещенных один относительно другого на 90 эл,град; В датчике с целью применения его в режиме фазовращателя или синус-косинусного поворотного трансформатора применяется синусоидальное распределение рамочной обмотки ее секционированием или синусоидальное распределение тангенциальных(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАТЧИКА УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ(57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия. Цель достигается за счет того, что гармонические входные напряжения выбирают квадратурными и подают одновременно на питающие обмотки двухфазной кольцевой обмотки статора, ротору в статоре датчика сообщают постоянную скорость вращения, а взаимное расположение витков рамочной обмотки изменяют в функции рассогласования сдвига по фазе напряжения на выходной рамочной обмотке статорэ и идеальной передаточной характеристики датчика, развернутой во времени, 4 ил. размеров секторов ротора в многополюсных датчиках, что обеспечивает высокую линейность характеристики преобразования, электрическую редукцию измеряемого угла,Датчики угловых перемещений являются основной, например; первичных преобразователей, используемых в практике бурения скважин для инклинометрии скважин и угла установки отклонителя при ори.ентировании на забое отклоняющей компоновки в процессе направленного бурения скважины, обладающих высокой точностью, частично определяемой уровнем технологии производства;Известен способ диагностики работоспособности датчиков, реализуемый в известном устройстве, с помощью которого могут быть выявлены как датчики с полной потерей работоспособности, так и датчики с. Коэффициент прямого прохождения определяется по формулевьа.ОвхТакая же последовательность операций повторяется для другой фазы входной кольцевой обмотки,В случае превышения коэффициентомпрямого прохождения заданного значения осуществляется формовка лобовых частейрамочной обмотки путем изменения взаимного расположения витков.Для этого подают стабильное напряжение рабочей частоты на одну из контролируемых фаз обмотки, а напряжение на 45 50 изменением их метрологических характеристик.Контроль датчиков осуществляется путем сравнения их выходных параметров,предполагая, что погрешности или неисправности как минимум трех датчиков не могут быть одинаковыми.Известный способ используется лишьдля контроля работоспособности и не предусматривает регулировку передаточной 10характеристики датчика, Кроме того, известный способ имеет ограниченную областьприменения, т.е. не обеспечивает индивидуальный контроль каждого датчика, и сложен в реализации. 15Известен способ регулирования датчика угловых перемещений, работающего врежиме фазовращателя, который используется в йроцессе производства блоков датчиков системы телеметрической типа СТЭ,серийно изготавливаемой на 03 СКТБПЭВНПО "Потенциал",Контроль датчика осуществляют в процессе контроля статора по коэффициентупрямого прохождения сигнала по напряжению (К) после намотки обмоток статора.Необходимая точность и повторяемостьхарактеристик статоров обеспечивается достижением минимального коэффициента пря- .мого прохождения сигнала по напряжению нарабочей частоте за счет формовки лобовых частей рамочной обмотки статора путем изменения взаимного расположения витков.Определение коэффициента прямогопрохождения осуществляется следующимобразом.На одну из фаз двухфазной кольцевойобмотки статора подают стабильное входное напряжение с рабочей частотой, а к выходной рамочной обмотке подключаютрезистор с заданным значением сопротивления,Измеряют напряжения на указанных выходной рамочной обмотке, нагруженнойна заданное сопротивление, наблюдают наосциллографе. Определяют полюс, приложение к которому пластины из немагнитного металла (медь, .латунь, алюминий),приводит к уменьшению выходного сигналас рамочной обмотки, Лобовая часть этогополюса, прилегающая к данной кольцевойобмотке, подлежит формовке, Лопаткой издиэлектрика увеличивают расстояние между витками указанной обмотки на всех одноименных полюсах (через один).Формовка осуществляется до получения минимального сигнала на выходе рамочной обмотки датчика, обеспечивающегозначение коэффициента прямого прохождения не более допустимого,Эту же операцию повторяют для другойфазы кольцевой обмотки,Предлагаемый способ позволяет корректировать погрешность датчика, в процессе контроля статора; ползьзуяськосвенным показателем - величиной коэффициента прямого прохождения сигнала понапряжениюИспользование в качестве сигнала задания для изменения взаимного расположения витков рамочной обмотки значениякоэффициента прямого прохождения, осуществление изменения расположения витков на выходной рамочной обмотке послепроведения измерений и расчета коэффициента прямого прохождения для каждой фазы двухфазной кольцевой обмотки, а такжеотсутствие контроля датчика статора в динамике по известному способу приводит к низкой точности контроля, недостаточномубыстродействию способа, что определяетбольшой процент брака и низкую производительность. Кроме того, в процессе формовки лобовых частей рамочной обмоткитолько статора не может быть использованавозможность компенсации факторов, проявляющихся в динамическом режиме и влияющих на точность, путем изменениягеометрии витков рамочной обмотки друготносительно друга, что возможно при прямых методах контроля и регулирования.Целью изобретения является повыше-ние точности и быстродействия способа регулирования,Поставленная цель достигается тем, чтов способе регулирования датчика угловыхперемещений путем подачи входных напряжений на каждую из фаз двухфазной кольцевой обмотки статора, контроля датчика повыходному сигналу рамочной обмотки статора, сравнения контролируемого сигнала сзаданным и, вслучае отклонения, формовкилобовых частей рамочной обмотки статорапосредством измерения взаимного расположения витков, в отличие от известного, перед подачей входных напряжений нэ кольцевые обмотки статора в него устанавливают ротор, в процессе вращения которого с постоянной скоростьсо, подают одновременно на обе фазы кольцевой обмотки входные квадратурные напряжения, контролируют выходной сигнал с рамочной обмотки и изменяют взаимное расположение ее витков.Вращение ротора с постоянной скоростью при подаче квадратурных входных напряжений одновременно на обе фазы двухфазной кольцевой обмотки (штатный режим работы датчика угловых перемещений в режиме фазоврасцателя) дает возможность наблюдать . передаточную характеристику датчика в функции угла поворота во всем диапазоне измеренйя угловых величин в виде непрерывной кривой, что позволяет, воздействуя на геометрию витков в процессе формования лобовых частей рамочной обмотки статора приближать полученную реальную характеристику к идеальной, компенсируя воздействием на рамочную обмотку суммарную погрешность датчика, Это позволяет в конецном итоге получить датчик с минимально возможной погрешностьсо измерений, Ни один из известных способов регулирования и контроля фазовых датчиков такой возмокности не дает, т.к. там подвергаются регулировке отдельные узлы и сводятся к минимуму влияющие факторы по одиночке, а не все вместе, что не дает возможностиполучить снижение суммарной погрешности за счет одних воздействий другими,Технические решения, имеющие аналогичную совокупность существенных признаков для решения поставленной задачи, в научной и патентной литературе не найдены.На фиг,1 приведена Функциональная схема установки для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 - временные диаграммы; на фиг,З - схемы намотки фаз кольцевой и рамочной обмоток; на фиг,4 - характер влияния на выходную крййую погрешности датчика немагнитной пластины,Датчик угловых перемещений 1, установленссьсй без наружного корпуса, приводится во вращение электродвигателем 2 с постоянной скоростью вращения ротора 3,Скорость вращения двигателя 2 выбирается, во-первых, из условия обеспечения допустимой постоянной скорости вращения ротора для данного датчика, во-вторьсх,Мто- бы, например, период вращения (время одного оборота) для достаточной точностиизмерения превышал напряжения частоты "питэсаяхотя бы в 360 раз (в этом случаеточность измерения будет составлять 1 ,).При необходимости получения более 5 точной настройки датциков это соотношение увелицивасот, Например, при частоте напряжения питания датчика - 10 кГц и квантовании измерения выходных" фазовых сдвигов в 1 О, период вращения равен 10 10010360 = 36 мсек или не более1600 об/мин. Кроме того, при выборе скорости необходимо исходить из удобства работы оператора 4 и требования получения устойчивой картины на экране осциллогра фа 5, что определяется типом выбраннойаппаратуры.Постоянная скорость вращения ротора3 датчика необходима для получения неискаженной кривой передаточной характе ристики датчика 1. В противном случае наней в момецтьс изменения скорости будут возникать перегибы кривой, что приведет к неверной оценке погрешности;Входные кольцевьсе питающие обмотки 25 6 и 6 датчика 1 подклсочаются к генераторусинус-косинусного напряжения 7 (квадратурного), а выходная рамочная обмотка 8 подключена ко входу.ассралогавого фэзометра 9. Для вклсочения датчика угловых пере мещений необходима запитка егопитасощих обмоток 6 и 6 квадратурным напряжением, амплитуда которого определяется исходя из исклвчения насыщения магнитной системы датчика с одной сторо ны,и получения достаточной амплитуды выходного сигнала (хотя бы на уровне сотен милливольт), с другой стороны, Выходной сигнал рамочной обмотки 8 имеет вид переменного нагсряжессия частоТы входйого сиг нала, причем его Фазовый сдвиготносительно лсобого из выходных напря- жений пропорциойален угловому положенисо ротора 3 датчика 1 относительно статора 10, развертка которого представле на на фиг,4. Передаточная характеристикаидеального синускосинусного поворотного -рэнсфорслэтора (СУВТ) в режиме Фазовращэтегся определяется формулой 50 р= Ка,где у - фаза выходного сигнала обмотки8;, К - коэффициент, определяемый конструкцией СКБТ и равньсй числу пар полюсов 55 11;а - угол поворота ротора СКВТ.Передаточная характеристика реального СКВТ отличается от идеальной на величияцу гсогрешности ссе)20 30 35 40 45 Аналоговый фазометр 9 производит непрерывное измерение сдвига фазы выходного напряжения рамочной обмотки 8 Охд датчика 1 относительно одного из питаю щих напряжений обмоток 6 и 6 (например, синуса идеального), поданного от генератора квадратурных напряжений 7. Выходное, напряжение Оф фазометра 9 имеет пилообразную форму; его период равен периоду . вращения ротора 3 датчика, й в каждой точке оно пропорционально фазовому сдвигу выходного напряжения датчика Овыхд отно сительно выбранного опорного, выходное напряжение фазометра 9 Оф представляет собой передаточную характеристику датчика 1, развернутую во времени за один оборот двигателя 2. Причем погрешность ддатчика 1 выражается в нелинейности формы напряжения Оф.Сигнал с выхода фазометра 9 подается на первый дифференциальный вход двухлучевого осциллографа 5.для синхронизэции начала хода луча осциллографа 5 с началом пилообразного напряжения Оф(йулевой фазовый сдвиг) на вход осциллографа 5 (внешняя синхронизация) через формирователь 12 (дифцепочка) йбдается сигнал синхронизации ОС 11 нхр в момейт йерехода текущей фазы выхода датчика 1 через О.Также синхронно с выходным напряжением фазометра 9 генератор пилообразного напряжения 13, подключенный к выходу фазометра 9, выдает пилообразное напряженйе Оэт,частотой и амплитудой равное найряжению выхода фазометра 9, т.е. кривые Оф и Оэт имеют равную частоту и амплитуду. Следовательно кривая Оэт представляет собой идеальную передаточную характеристику датчика 1, развернутую во временй за 1 оборот.Кривые Оэт и Оф отличаются друг от друга только на величину напряжения ОД, пропорцйонального погрешности датчика 1рд (т) й д(р)1.С помощью осциллографа 5 производйтся вычитание кривых Оф и Оэт, т.к, они поданы на дифференциальные входы, в результате чего на экране осциллографа 5 прорисовывается кривая напряжения Од пропорциональното погрешности датчика 1, Зная амплитуду выходного напряжения фазометра 9, которая соответствует 3600,и, измеряя на осциллографе 5 напряжение Оф, при сравнении этих величин можно определить погрешность датчика 1 в любой точке его передаточной характеристики, что и производится, например. оператором 4, который, в случае превышения погрешности датчика 1 допустимой величины, производит формовку лобовых частей ("а" на фиг.3) рамочной обмотки 8, контролируя постоян-.но погрешность д датчика 1 по осциллогра(5 фу 5, до достижения погрешности,например, минимального уровня дТаким образом образуется замкнутаясистема регулирования датчика 1 в функциипогрешности с учетом всех электрических и 10 конструктивных влияющих факторов.Формовка лобовых частей ("а" на фиг,З)рамочной обмотки 8 производится в следующем порядке.Определяют полюс 11 оамочной обмот. ки 8 (см, фиг.4), приложение к которому пла- . стины 14 из немагнитного материала (медь,алюминий и др,) приводит к уменьшению погрешности датчика 1(уменьшению напряжения Од на экране осциллографа 5) Лобовые части ("а") данного полюса подвергают формовке, т.е. лопаткой из диэлектрика изменяют расстояние между витками рамочной обмотки 8, а также одной из питающих 6 и 6, При правильной геометрии125 рамочной обмотки 8 и кольцевых обмоток 6и 6, витки которых должны быть пэраллельны, погрешность датчика 1 определяется асимметрией магнитных цепей, неравномерностью зазоров и эксцентриситетом. Это приводит к различным коэффициентам передачи от кольцевых обмоток к рамочной и по полюсам 11 и в каждой точке положения ротора 3, что приводит к погрешности датчика 1; т.к. идеальный датчик имеет равные коэффициенты передачи в любой точке. Изменение коэффициентов передачи может бьть осуществлено изменением геометрии лобовых частей обмоток 8 и 6, 6, т,е. изменением угла между витками этих обмоток. Это и выполняется оператором путем уплотнения паза витков обмотки 8, изменением конфигурации витков, увеличением расстояния между витками рамочной обмотки во всех одноименных полюсах, При этом даже незначительное изменение конфигурации лобовых частей витков обмотки 8 приводит к значительному изменению погрешности датчика 1, Формовка лобовых частей прекращает 50 ся при достижении датчиком 1 минимальной погрешности,Использование предложенного спасо; ба для регулирования датчика угловых перемещений обеспечивает повышение точности благодаря возможности формовэния лобовых частей выходной рамочной обмотки одновременно с контролем погрешности датчика в штатном режиме ра1781672 боты при наличии ротора, что позволяет компенсировать все влияющие на погрешность факторы, а также повышение быстродействия. благодаря исключению поочередного контроля фаз кольцевых обФормула изобретения . Способ регулирования датчика угловых перемещений, в соответствии с которым на каждую иэ питающих обмоток двухфазной кольцевой обмотки статора подают гармоническое входное напряжение, измеряют напряжения на одной из питающих обмоток двухфазной кольцевой обмотки статора и на выходной рамочной обмотке статора, формируют контролируемый сигнал, сравнивают его с заданным сигналом и при рассогласовании осуществляют формовку лобовых частей выходной рамочной обмотки статора посредством изменения взаимного расположения .витков рамочной обмотки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, дополнительно перед подачей входных напряжений сообщают ротору в статоре датмоток и формовки для каждого периода измерения необходимых при использовании в качестве сигнала, в функции которого производится регулировка датчика, козффици ента прямого прохождения. чика постоянную скорость вращения. допустимую для данного датчика, входные напряжения, выбирают квадратурными и их подают на питающие обмотки двухфазной кольцевой обмотки статора одновременно, а также измеряют сдвиг по фазе напряжения на выходной рамочной обмотке статора относительно напряжения на одной из питающих обмоток двухфазной кольцевой обмотки статора, причем контролируемый сигнал формируют в виде пилообразной формы, развернутой во времени с периодом, равным периоду вращения ротора в статоре датчика. и поамплитуде, пропорциональной измеренной величине сдвига по фазе, а заданный сигйал формируют в виде идеальной передаточной. характеристики датчика, развернутой во времени с тем же периодом..4 Ьа 4Составитель А. БаруТехред М,Моргентал Рректор Е. Папп кто роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 538 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж. Раушская наб., 4/5