Аналоговые датчики угла поворота

Аналоговые датчики угла поворота пригодны для из­мерений больших углов до 360°и выше.

В качестве чувствительных элементов в датчиках угла используются резисторы с подвижным контактом, из­готовленные из тонкого провода (рис.9,а) в сочета­нии со схемой измерения сопротивления.

В пассивных датчиках индуктивного и емкостного типов, а также в активных и пассивных фотоэлектриче­ских датчиках вид характеристики задается фигурной шайбой, выполненной в виде спирали Архимеда, или круглой шайбой, насаженной на ось с эксцентриситетом (рис.9,б). Сельсиновые системы измеряют и передают, на расстояние углы поворота360° с малой абсолютной погрешностьюF = ±0,1°.

Рис. 9. Аналоговые датчики угла поворота:

а - датчик из микропровода с подвижным контактом; б - датчик с фигурной шайбой и индуктивным L, емкостным С или фотоэлектри­ческим Р чувствительными элементами.

Рис.10. Аналоговые датчики малых углов поворота с индуктивным (а), емкостным (б) или электролитическим (в) чувствительными элементами.

Аналоговые датчики угла при малых значениях измеряемого угла содержат индуктивный пассивный чувствительный элемент - дифференциальный дроссель (рис.10,а) или емкостный пассивный элемента дифферен­циальный конденсатор (рис.106*) или электролитиче­ский чувствительный элемент с дифференциальными со­противлениями, образованными плоскими электродами в устройстве, показанном на рис.10,б. Они измеряют углы не более ±45° и служат для передачи на расстоя­ние отклонений стрелок измерительных приборов.

Датчики наклона измеряют очень малые изменения угла относительно вертикали (порядка нескольких гра­дусов). [ 2]

Цифровые датчики угла поворота

Датчики угла поворота, включая кодирующие (рис. 11 и 12), особенно распространены при измерениях в условиях производства, например в станках с программным и цифровым управлением.

Датчики угла поворота выпускаются серийно в разных исполнениях (рис. 11, а - в). Шайба с выступами (рис. 11,0) является чувствительным элементом бесконтактного пассивного индуктивного датчика, содер­жащего отдельный дроссель, включенный в высокочастотный колебательный контур или в мост с несущей частотой. Они служат для статико-динамических измерений угла. Активные датчики с ин­дукционной катушкой Е (рис. 11,б) служат для дина­мических измерений в течение длительного времени.

Рис. 11. Датчики угла поворота со ступенчатым изменением сиг­нала:

а - с зубчатой шайбой и пассивным дросселем L или активной индукцион­ной катушкой Е; б - с шайбой с постоянными магнитами и датчиком Холла Н; в - с шайбой с прорезями, световым лучом и активным или пассивным фотоэлектрическим чувствительным элементом, например фотодиодом Р.

Рис. 12. Устройство для кодирования угла, большего 360°, с коди­рующими шайбами, разделенными на 16 частей и редукторами Р б передаточным числом 16: 1.

Устройства с диском или барабаном, на котором раз­мещены постоянные магниты (рис. 11,б), и датчиком Холла Н или полупроводниковой пластин­кой, сопротивление которой зависит от индукции магнит­ного поля, служат для статико-динамических измерений угла.

Датчики с шайбами, имеющими отверстия или щели (или же с барабанами, отражающими свет растром), имеют источники света в виде ламп тлеющего разряда или диодов из арсенида галлия и чувствительные элементы, например кремниевые диоды или фототранзисторы. При использовании фотоэлектрических датчиков от объекта измерений не потребляется энергии.

Фотоэлектрические датчики угла поворота с двум сдвинутыми по фазе выходными напряжениями при 5000 делениях (20000 ступеней на 360°) имеют абсолютное разрешение по углу Q=360/200000,018°1,08’ или же относительное разрешение Q=0,05 промилле на 360°.

Кодирующие датчики угла поворота имеют круглую шайбу с контактными щетками или же с магнитной или фотоэлектрической измерительной системой. В таких датчиках, например с 10 дорожками достигается абсолютное разрешение по углу Q=360/2100,35°21’. При 13 дорожках получается абсолютное разрешениеQ=360/81920,0439°2,64’. Достижимо максимальное, количество ступеней J=214.

Для увеличения разрешения по углу необходимо повышать количество дорожек на шайбе, закрепленной непосредственно на объекте измерений, или использовать редуктор. Если приводить во вращение кодирующую шайбу через передаточные шестеренки (рис, 12), то можно как угодно расширить диапазон измерений угла по­ворота. При передаточном числе до 105 достигается 106 ступеней измерений. [ 2]