МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ ДАТЧИК УГЛА
MULTI-STAGE ANGLE SENSOR

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам измерения углов поворота, и может быть использовано в устройствах автоматики для получения напряжений, пропорциональных углу поворота.
Для измерения углов поворота в устройствах автоматики могут использоваться вращающиеся трансформаторы (Н.И. Волков, В.П. Миловзоров. Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1986, с.198). Однако такие трансформаторы позволяют получить линейную зависимость выходного напряжения лишь при изменении угла в ограниченных пределах.
Наиболее близким к предлагаемому является многоступенчатый датчик угла, включающий вращающийся трансформатор, содержащий ротор и статор в виде первой ступени датчика, в котором введено дополнительно не менее одной ступени, каждая из которых содержит ротор и статор, причем статор первой ступени жестко связан с основанием, а ротор последней ступени жестко связан с осью датчика, статор каждой последующей ступени и ротор каждой предыдущей ступени жестко связаны между собой и установлены подвижно относительно оси датчика, на роторе каждой, кроме первой, ступени установлен упор, расположенный между двумя упорами, установленными на статоре этой же ступени, а выходные обмотки всех ступеней соединены последовательно (Многоступенчатый датчик угла. Патент РФ №2379627 от 13.10.2008, МПК G01B 7/30).
Существенным недостатком такого датчика является ступенчатый вид выходной характеристики, обусловленный поочередным включением в работу ступеней датчика по мере увеличения угла поворота его оси относительно основания. Это ведет к уменьшению точности измерения углов, особенно при увеличении диапазона их измерения.
Технической задачей изобретения является повышение точности измерения углов поворота.
Указанная задача достигается тем, что согласно изобретению в многоступенчатом датчике угла упоры установлены на роторе и статоре всех ступеней, а между упором ротора каждой ступени и упорами статора этой же ступени установлены пружины.
Существенным отличием предлагаемого технического решения является установка упоров на роторе и статоре всех ступеней и пружин между упором ротора каждой ступени и упорами статора этой же ступени.
На чертеже показан многоступенчатый датчик угла, содержащий две ступени. Датчик угла содержит статор 1 первой ступени, жестко связанный с основанием 2, ротор 3 первой ступени, жестко связанный со статором 4 последующей ступени, ротор 5 последующей ступени, жестко связанный с осью 6 датчика, упор 7, установленный на роторе 5 последующей ступени и расположенный между упорами 8 и 9, установленными на статоре 4 этой же ступени датчика, упор 11, установленный на роторе 3 первой ступени и расположенный между упорами 10 и 12, установленными на статоре 1 первой ступени. Между упором 11 ротора 3 и упорами 10 и 12 статора 1 установлены пружины 13 и 14, между упором 7 ротора 5 и упорами 8 и 9 статора 4 установлены пружины 15 и 16.
Поворот оси 6 датчика относительно основания 2 вызывает поворот ротора 5 относительно статора 4 и через пружины 15 и 16 поворот ротора 3 (вместе со статором 4) относительно статора 1. Связь обеих роторов 3 и 5 с пружинами 15, 16 и 13, 14 соответственно через упоры 7-9 и 10-12 обеспечивает одновременный поворот роторов 3 и 5 обеих ступеней датчика относительно их статоров 1 и 4 соответственно. При этом угол поворота ротора относительно статора каждой ступени будет во столько раз меньше угла поворота оси 6 датчика относительно основания 2, сколько ступеней имеет датчик.
У вращающихся трансформаторов - чем меньше угол поворота, тем выше точность его измерения. В прототипе максимальные углы поворота роторов ступеней датчика относительно их статоров достигались последовательно при достижении упором ротора упора статора. В предлагаемом устройстве это будет происходить только при максимальном угле поворота обеих ступеней. При промежуточных значениях углов поворота благодаря установке пружин ни один из роторов не достигнет максимального угла отклонения относительно статора своей ступени. Меньшие углы поворота будут измеряться и с большей точностью. Следовательно, если точность измерения угла поворота каждой ступени датчика повышается, то и точность измерения угла поворота оси датчика относительно основания датчиком предлагаемой конструкции повышается. При этом устраняется и ступенчатость выходной характеристики по сравнению с прототипом, вызываемая поэтапным включением в работу ступеней датчика без пружинных связей.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить точность измерения углов поворота без ограничения на диапазон их измерений. Кроме того, при заданной точности измерения данная конструкция датчика может потребовать меньшего количества ступеней датчика по сравнению с прототипом.