RU2079808C1

RU2079808C1 - Resistive position pickup

Info

Publication number: RU2079808C1
Authority: RU
Inventors: А.А. Федосов
Original assignee: Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.акад.С.П.Королева
Priority date: 1992-01-13
Filing date: 1992-01-13
Publication date: 1997-05-20

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: invention is related to field of measurement of nonelectric value by electric method. It can be used in the capacity of converter of mechanical movement to electric signal. Resistive position pickups has differential amplifier 7, pulse counter 8 coupled to it, two isolated windings 1-2 and 3-4. Turns of one winding are positioned on coil form between turns of the other winding. Contact element 5 of pickup is attached to mobile element 6. EFFECT: simplified design, enhanced functional reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области измерения электрическими методами неэлектрических величин и может быть использовано в качестве преобразователя механического перемещения подвижного органа (или угла поворота) в электрический сигнал. The invention relates to the field of measurement of non-electrical quantities by electrical methods and can be used as a converter for the mechanical movement of a moving body (or angle of rotation) into an electrical signal.

Известные датчики положения обычно содержат обмотку, расположенную на каркасе, подвижный орган с токосъемником, скользящим по обмотке, и щетки, обеспечивающие электрический контакт с токосъемной лентой (или осью) [1]
Однако эти датчики конструктивно достаточно сложны, их подвижный контакт должен иметь дополнительный вывод и, кроме того, имеют низкую точность, поскольку их выходной сигнал зависит как от напряжения их питания, так и от сопротивления нагрузки.Known position sensors typically comprise a winding located on the frame, a movable member with a current collector sliding along the winding, and brushes that provide electrical contact with the current collector tape (or axis) [1]
However, these sensors are structurally quite complex, their movable contact must have an additional output and, in addition, have low accuracy, since their output signal depends on both their supply voltage and the load resistance.

Наиболее близким по техническому решению и назначению (прототипом) может быть признан резистивный датчик положения, содержащий каркас, две изолированные друг от друга обмотки, и подвижный относительно обмоток контактный элемент, причем выводы первой и второй обмоток связаны с напряжением питания датчика [2]
Однако этот датчик, как и любой потенциометрический датчик, обладает пониженной точностью при работе на нагрузку с конечным сопротивлением, причем, чем сопротивление нагрузки меньше, тем погрешность измерения больше. Точность измерения зависит также от стабильности источника питания, к которому подключается электрический вход датчика. Кроме того этот датчик имеет выходной сигнал в виде постоянного напряжения, что исключает использование его в цифровых системах, т.е. сужает область его использования.The closest in technical solution and purpose (prototype) can be recognized as a resistive position sensor containing a frame, two windings isolated from each other, and a contact element movable relative to the windings, the terminals of the first and second windings being connected to the sensor supply voltage [2]
However, this sensor, like any potentiometric sensor, has reduced accuracy when working on a load with a finite resistance, and the smaller the load resistance, the greater the measurement error. The measurement accuracy also depends on the stability of the power source to which the electrical input of the sensor is connected. In addition, this sensor has an output signal in the form of a constant voltage, which excludes its use in digital systems, i.e. narrows the scope of its use.

Задача изобретения увеличение точности измерения и расширение области применения путем обеспечения цифрового выхода и полного исключения влияния напряжения питания и сопротивления нагрузки на точность датчика. The objective of the invention is to increase the measurement accuracy and expand the scope by providing a digital output and completely eliminating the influence of supply voltage and load resistance on the accuracy of the sensor.

Эта задача решается тем, что резистивный датчик положения, содержащий каркас с двумя изолированными друг от друга обмотками, и подвижный относительно обмоток контактный элемент, причем первый вывод первой обмотки и второй вывод второй обмотки связаны с источником напряжения питания датчика, дополнительно снабжен дифференциальным усилителем и связанным с ним счетчиком импульсов, витки второй обмотки размещены между витками первой обмотки, входы дифференциального усилителя связаны со вторым выводом первой обмотки и первым выводом второй обмотки, а контактный элемент выполнен замыкающим не более одного витка обмотки. This problem is solved in that a resistive position sensor comprising a frame with two windings isolated from each other, and a contact element movable relative to the windings, the first terminal of the first winding and the second terminal of the second winding connected to the sensor voltage supply, is additionally equipped with a differential amplifier and connected with it a pulse counter, the turns of the second winding are placed between the turns of the first winding, the inputs of the differential amplifier are connected to the second output of the first winding and the first output of the second oh winding, and the contact element is made closing no more than one turn of the winding.

Конструкция линейного датчика в части резистивных обмоток и его полная электрическая схема приведены на фиг.1 и на фиг.2. The design of the linear sensor in part of the resistive windings and its complete electrical circuit are shown in figure 1 and figure 2.

Первая обмотка датчика с выводами 1 2 и вторая обмотка с выводами 3 4 намотаны на каркас одновременно и за счет изоляции (или принудительного шага намотки) не имеют между собой гальванической связи. Датчик содержит контактный элемент 5, закрепленный на подвижном органе 6 (механический вход датчика) и имеющий электрическую связь с витками обеих обмоток. Ширина электрического контактного элемента 5 такова, что он замыкает не более одного витка обмотки, т. е. замыкает только соседние витки разных обмоток или имеет контакт только с одним витком одной из обмоток (показано на фиг.1 сплошными и пунктирными линиями). The first winding of the sensor with conclusions 1 2 and the second winding with conclusions 3 4 are wound on the frame at the same time and due to isolation (or forced winding step) do not have a galvanic connection between each other. The sensor contains a contact element 5, mounted on a movable body 6 (mechanical input of the sensor) and having electrical connection with the turns of both windings. The width of the electrical contact element 5 is such that it closes no more than one turn of the winding, that is, it closes only adjacent turns of different windings or has contact with only one turn of one of the windings (shown in Fig. 1 by solid and dashed lines).

На фиг. 2 приведена схема датчика, где выводы 1 и 4 обмоток связаны с источником напряжения E и общей шиной, датчика, а выход счетчика 8 образует выход устройства. Отдельные резисторы на фиг.2 представляют собой эквивалентные сопротивления каждого витка обмоток 1 2 и 3 4. Выводы 2 и 3 обмоток связаны со входами дифференциального усилителя 7, выход которого связан со счетным входом C счетчика импульсов 8. In FIG. 2 shows the sensor circuit, where the conclusions 1 and 4 of the windings are connected to the voltage source E and the common bus of the sensor, and the output of the counter 8 forms the output of the device. The individual resistors in FIG. 2 are the equivalent resistances of each turn of the windings 1 2 and 3 4. The terminals 2 and 3 of the windings are connected to the inputs of the differential amplifier 7, the output of which is connected to the counting input C of the pulse counter 8.

Рассмотрим работу датчика. Consider the operation of the sensor.

Подвижный контактный элемент 5 (фиг.1), перемещаясь вдоль обмоток 1 2 и 3 4, одновременно замыкает и размыкает те или иные витки обеих обмоток (фи. 2), начиная с крайних витков, расположенных у выводов 2 и 4, и кончая витками, расположенными у выводов 1 и 3. С выводов 2 и 3 обмоток снимается сигнал на вход дифференциального усилителя, при этом его значение становится равным нулю при замкнутых соседних витках первой и второй обмоток (положение контактного элемента 5 отмечено сплошными линиями на фиг. 1 и фиг.2) или принимает максимальное значение при разомкнутых витках первой и второй обмоток (положение контактного элемента отмечено пунктирными линиями). The movable contact element 5 (Fig. 1), moving along the windings 1 2 and 3 4, simultaneously closes and opens certain turns of both windings (fi. 2), starting from the extreme turns located at terminals 2 and 4, and ending with turns located at pins 1 and 3. From pins 2 and 3 of the windings, a signal is input to the input of the differential amplifier, while its value becomes equal to zero with closed adjacent turns of the first and second windings (the position of the contact element 5 is indicated by solid lines in Fig. 1 and Fig. .2) or takes maximum value at once bent turns of the first and second windings (the position of the contact element is indicated by dashed lines).

Если принять коэффициент усиления дифференциального усилителя равным единице, то его выходное напряжение, в первом случае равное нуля, а во втором напряжению E, может быть принято равным логическому нулю и логической единице соответственно. If we take the gain of a differential amplifier equal to unity, then its output voltage, in the first case equal to zero, and in the second voltage E, can be taken equal to logical zero and logical unit, respectively.

Таким образом, по мере перемещения контактного элемента 5 доль обмоток датчика на выходе резистивного элемента (выводы 3 и 2) и выходе дифференциального усилителя формируются логические импульсы, количество которых подсчитывает счетчик 8, причем количество импульсов, подсчитанное счетчиком, строго пропорционально перемещению контактного элемента 5. При этом не имеет значения ни входное сопротивление дифференциального усилителя, ни точность напряжение E питания датчика. Последнее обстоятельство позволяет использовать более простой источник питания. Thus, as the contact element 5 moves along the sensor windings at the output of the resistive element (pins 3 and 2) and the differential amplifier output, logical pulses are formed, the number of which is counted by the counter 8, and the number of pulses counted by the counter is strictly proportional to the movement of the contact element 5. In this case, neither the input impedance of the differential amplifier nor the accuracy of the voltage E of the sensor supply matters. The latter circumstance allows the use of a simpler power source.

Перед началом каждого измерения необходимо производить сброс счетчика 8 по входу R. Before each measurement, it is necessary to reset the counter 8 at input R.

Признаки, отличающие предположенное устройство от прототипа, позволяют сделать вывод о соответствии предложенного устройства критерию "новизна". Что касается дифференциального усилителя, счетчика, то они, как таковые, известны, однако только их совокупность совместно с признаками известного устройства дают положительный эффект, заключающийся в обеспечении цифрового выхода с точностью, не зависящей от сопротивления нагрузки (входного сопротивления дифференциального усилителя) и стабильности источника питания, к которому подключается датчик, т.е. с предельно возможной точностью, определяемой только точностью изготовления самого датчика. Сказанное безусловно расширяет область применения датчика. The signs that distinguish the proposed device from the prototype allow us to conclude that the proposed device meets the criterion of "novelty." As for the differential amplifier, the counter, they are known as such, however, only their combination, together with the features of the known device, have a positive effect, which consists in providing a digital output with an accuracy independent of the load resistance (input resistance of the differential amplifier) and source stability power supply to which the sensor is connected, i.e. with the maximum possible accuracy, determined only by the accuracy of the sensor itself. The above certainly expands the scope of the sensor.

Все это подтверждает существенные отличия предложенного устройства. All this confirms the significant differences of the proposed device.

Литература
1. К. Кабеш. Прецизионные потенциометры для автоматизации. М. "энергия", 1969 г.Literature
1. K. Kabesh. Precision potentiometers for automation. M. "energy", 1969

2. Авторское свидетельство N 1359657 (прототип). 2. Copyright certificate N 1359657 (prototype).

Claims

A resistive position sensor comprising a frame with two windings isolated from each other and a contact element movable relative to the windings, the first terminal of the first winding and the second terminal of the second winding being connected to a voltage source, characterized in that it is equipped with a differential amplifier and an associated pulse counter , the turns of the second winding are placed between the turns of the first winding, the inputs of the differential amplifier are connected to the second terminal of the first winding and the first terminal of the second winding, and the contact element full closing no more than one turn of the winding.