Датчик угла поворота

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное  автономное образовательное учреждение  
высшего профессионального образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ  
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»

КУРСОВАЯ РАБОТА (ПРОЕКТ)  
ЗАЩИЩЕНА С ОЦЕНКОЙ

РУКОВОДИТЕЛЬ

проф., д.т.н.				В.В.Румянцев
должность, уч. степень, звание		подпись, дата		инициалы, фамилия

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 
К КУРСОВОЙ РАБОТЕ (ПРОЕКТУ)

 

 

 

ДАТЧИК УГЛА ПОВОРОТА.

по дисциплине: ТЕОРИЯ И РАСЧЕТ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И ПРИБОРОВ.

РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ(А)

СТУДЕНТ(КА) ГР.
			подпись, дата		инициалы, фамилия

Санкт-Петербург 2013

Содержание

 

 

Введение…………………………………………………...………………………3

Глава 1. Описание конструкции  датчиков…………………………………........4

1.1.Датчик индукционный  бесконтактный угла поворота…………...………...4

1.2.Датчик индукционный  бесконтактный угла поворота 

с цилиндрическим ротором…………………………………...………………….5

1.3.Датчик трансформаторный  угла поворота 

с цилиндрическим ротором……………………………………...……………….6

1.4.Датчик ёмкостной угла поворота…………………………………………….7

1.5.Датчик бесконтактный  реверсивный угла поворота…………...…………...9

1.6.Датчик трансформаторный  угла поворота……………………..…………..11

Глава 2. Технико-экономический анализ………………………………………13

Заключение……………………………………………………………………….14

Список используемой литературы……………………………………………...15

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Промышленная электроника  используется в различных отраслях народного хозяйства, науки и  техники. Наряду с тенденцией автоматизации  технологических и производственных процессов на базе вычислительной техники, современная промышленная электроника  стала наиболее распространённой.

Базовой системой любой современной  автоматической системы управления производственным процессом , является система автоматического контроля, позволяющая получать измерительную информацию о режимных параметрах процессов

Научной основой систем автоматического  контроля являются различные принципы измерений параметров технологических  процессов, а технической базой  этих систем служат средства измерений  и преобразований соответствующих  параметров, устройства для автоматизации  производственных процессов, содержащие в себе ряд элементов, служащих для  измерения параметров процесса. Этим элементом автоматической системы  является датчик.

В настоящее время датчики  разрабатываются во многих исследовательских  и опытно-конструкторских организациях. Множество специалистов, в своей  работе, сталкивается с выбором конкретных датчиков.

Разнообразие технологических  процессов приводит к необходимости  иметь широкий выбор датчиков, которые должны соответствовать  требованиям, характерным для всех устройств автоматики.

Они должны иметь: высокую  чувствительность, точность, быстродействие, надёжность, прочность, сравнительно малые  размеры и т.д.

Данная курсовая работа включает в себя обзор шести датчиков угла поворота.

Цель этой курсовой работы - приобретение умения пользоваться патентной литературой, делая сравнительный анализ, давая экономическую оценку, навыков по оформлению технической литературы, а также приобретение способности анализировать процессы, происходящие в элементах устройства.

 

 

 

Глава 1. Описание конструкции датчиков.

1.1. Датчик индукционный бесконтактный угла поворота.

Формула изобретения.

1. Индукционный бесконтактный датчик угла поворота , содержащий ферромагнитный статор с пазами на его внутренней поверхности, размещённую в паре его диаметрально расположенных пазов обмотку возбуждения, размещённую в его других пазах выходную обмотку и двухполюсный ферромагнитный ротор с длиной Т полюсной дуги, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путём изменения вида его выходной характеристики в функции угла поворота ротора, пазы для размещения выходной обмотки расположены с угловым смещением ± относительно диаметрально расположенных пазов с обмоткой возбуждения. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения выходной характеристики в виде симметричной треугольной зависимости, полюсная дуга Т= /₂, а угловое смещение = /₂.

Датчик индукционный бесконтактный. Вид общий.

1 - ферромагнитный статор;

2 - двухполюсный ферромагнитный ротор;

3-5 и 3-5 - пазы;

6, 6 - обмотка возбуждения;

7, 7 - выходная обмотка; 

Т - ширина полюсной дуги; 

- угловое смещение пазов  выходной обмотки относительно  диаметрально расположенных пазов  с обмоткой возбуждения; 

- угол поворота ротора.

3. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения выходной характеристики в виде пилообразной зависимости с зоной нечувствительности G, полюсная дуга Т= /₂, а угловое смещение =0,5(/₂-G).

4. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения выходной характеристики в виде трапецеидальной зависимости с длиной B плоского горизонтального участка, полюсная дуга Т=B +/₂, а угловое смещение = /₂.

Принцип действия.

При подключении обмотки  возбуждения к источнику переменного  напряжения начинает вращаться двухполюсный ферромагнитный ротор, который вызывает магнитную индукцию. С выходной обмотки снимают выходное напряжение(U_вых.), которое зависит от угла поворота ротора, а также определяется конструктивными параметрами Т, .

Вывод: Изобретение относится к измерительно-преобразовательной технике, а именно к индукционным датчикам угла, выходное напряжение которых изменяется по требуемому закону при повороте ротора, и может найти применение в качестве первичных датчиков информации в аналоговых и дискретных системах. Данный датчик очень прост по конструкции и способен показывать разные выходные характеристики (треугольная, пилообразная и трапецеидальная зависимости). Датчик имеет относительную дешевизну при изготовлении. Выходное напряжение изменяется при повороте на угол = /₂.

1.2. Датчик индукционный бесконтактный угла поворота с цилиндрическим ротором.

Формула изобретения.

Индукционный бесконтактный датчик угла поворота, содержащий ферромагнитный ротор с Ш - образным поперечным сечением, размещённые на его среднем стержне две соединённые последовательно согласно катушки, образующие выходную обмотку, и явнополюсный ферромагнитный ротор, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, ротор выполнен цилиндрическим, полюса образуют на его поверхности выступ в виде одного витка винтовой спирали, статор установлен так, что его продольная ось симметрии, проходящая вдоль среднего стержня, параллельна оси ротора, а его длина равна удвоенной ширине полюсного выступа.

Датчик индукционный бесконтактный угла поворота с цилиндрическим ротором. Вид общий.

1 - статор;

2 - ротор; 

3 - выступ ротора;

4 - первичная обмотка; 

5 - вторичная обмотка; 

6 - паз статора; 

- длина полюса; 

- ширина полюса; 

- угол поворота ротора;

Щ - переменное напряжение;

U_вых. - выходное напряжение.

Принцип действия.

К источнику переменного  напряжения подключается статор (см. рис.2). При этом соединённый с ним  ротор начинает поворачиваться на угол . В результате возникает магнитная индукция, которая вызывает в выходной обмотке статора ЭДС (выходное напряжение). Если статор в равной мере перекрывает парные части выходной обмотки, то U_вых.= 0. Рабочий диапазон углов поворота ротора равен

Вывод: Изобретение относится к измерительно-преобразовательной технике, а именно к индукционным бесконтактным датчикам угла, предназначенным для преобразователя угла поворота ротора в электрическое напряжение, и может найти применение в качестве первичного датчика информации в аналоговых и дискретных (цифровых) системах. Датчик прост по конструкции и производству. Он относительно дешёвый. Парные части выходной обмотки соединены встречно. Один оборот ротора соответствует одному шагу винтового выступа, а распределение магнитной индукции зависит от угла поворота ротора.

1.3. Датчик трансформаторный угла поворота с цилиндрическим ротором.

Формула изобретения.

Трансформаторный датчик угла поворота , содержащий ферромагнитный цилиндрический ротор, ферромагнитный статор, выполненный в виде полного цилиндра с торцевыми крышками, и размещённые на нём обмотки возбуждения и измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путём увеличения чувствительности, он снабжён двумя парами пластин, выполненных из немагнитного материала с высокой электропроводностью, одна из пар размещена на внутренних поверхностях крышек статора симметрично относительно поперечной оси датчика, другая - на основаниях ротора диаметрально противоположно относительно продольной оси датчика, а обмотки возбуждения и измерения размещены в кольцевых пазах торцовых крышек статора.

Датчик трансформаторный с цилиндрическим ротором. Вид общий.

1 - торцевая крышка;

2 - ферромагнитный цилиндрический ротор;

3 - ферромагнитный статор;

5,8,11,12 - экранирующие пластины;

6 - вал; 

9,10 - обмотки возбуждения; 

4,7 - обмотки измерения;

Принцип действия.

К источнику переменного  напряжения подключается статор (см. рис.3). При этом соединённый с ним  ротор, находящийся на вале, начинает поворачиваться. В результате этого  возникает магнитная индукция в  обмотках возбуждения, которая фиксируется  обмотками измерения. При повороте ротора на один градус, датчик фиксирует  изменения магнитной индукции, тем  самым показывает этот поворот.

Вывод: Данный датчик относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения угла поворота путём увеличения чувствительности за счёт повышения градиента магнитной проницаемости измерительной цепи трансформаторного датчика угла поворота, и может быть использован для различных механизмов, где требуется определить точное значение угла поворота. Также он может быть использован для контроля возвратно-вращательных движений. Конструкция данного датчика очень проста, что делает его конкурентно способным среди других датчиков такого типа. Он относительно дешёвый в производстве, так как материалы, из которых он изготовлен, легко сделать.

1.4. Датчик ёмкостной угла поворота.

Формула изобретения.

Емкостной датчик угла поворота , содержащий пары секторных пластин, разделенных зазором, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности датчик снабжен цилиндрическим ротором, выполненным из диаметрально наэлектризованного электрета и подсоединяемым к контролируемому объекту в процессе измерения, и сегнетопленкой, размещенной в зазоре между секторными пластинами, а пары секторных пластин выполнены полуцилиндрическими и закреплены под углом 90 одна к другой.

Датчик ёмкостной угла поворота. Вид общий.

1,2,3,4 - полуцилиндрические  секторные пластины;

 

5 - сегнетоплёнка;

 

6 - цилиндрический ротор; 

 

7 - электрические выводы.

Принцип действия.

В положении, указанном на чертеже линии электростатической индукции, исходящие из ротора 6, наводят  на внутренней поверхности пластины 3 отрицательный заряд, а на внешней - положительный. Далее линии электростатической индукции проходят через сегнетопленку 5, расходятся по пластинам 1 и 2 и через пластину 4 возвращаются в ротор 6. Диэлектрическая проницаемость сегнетопленки 5 будет при этом минимальной, минимальной будет и емкость всего датчика между выводами 7. При повороте ротора 6 на 90° поток линий электростатической индукции сразу разводится и замыкается через пластины 3 и 4. Емкость датчика будет минимальной. Датчик может быть включен в любую измерительную схему - потенциометрическую, мостовую, генераторную и т.д.