角度與角位移測(cè)量傳感器

第一頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日角度與角位移測(cè)量傳感器1光電編碼器1.2第5章角度與角位移測(cè)量傳感器感應(yīng)同步器5.15.2自整角機(jī)5.4角度與角位移測(cè)量傳感器性能比較5.5旋轉(zhuǎn)變壓器1.25.3第二頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/312角位移測(cè)量技術(shù)是幾何量測(cè)量技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中具有廣泛的應(yīng)用和重要的作用。如：飛機(jī)、艦船、火箭、飛船常用慣性導(dǎo)航儀表來(lái)保證航行方向角的準(zhǔn)確性；彈道式導(dǎo)彈的發(fā)射需要掌握發(fā)射點(diǎn)和落點(diǎn)的方位角；火炮以對(duì)其垂直角和水平角的控制，保證命中目標(biāo)。

第三頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/3135.1感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器是一種電磁感應(yīng)式多級(jí)位置傳感器，它的工作原理是利用兩個(gè)平面形繞組的互感隨位置不同而發(fā)生變化。由于它的多級(jí)結(jié)構(gòu)，能夠在電與磁兩方面對(duì)誤差起到補(bǔ)償作用，所以感應(yīng)同步器具有很高的精度。由于測(cè)量對(duì)象的不同，感應(yīng)同步器根據(jù)它不同的運(yùn)動(dòng)方式，可以分為圓感應(yīng)同步器和長(zhǎng)感應(yīng)同步器。圓感應(yīng)同步器用于檢測(cè)角度和角位移，長(zhǎng)感應(yīng)同步器用來(lái)檢測(cè)直線位移。第四頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/314感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)與工作原理1.感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器和直線式感應(yīng)同步器在結(jié)構(gòu)上都由兩部分構(gòu)成，即固定部分和運(yùn)動(dòng)部分。旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器構(gòu)成部分稱(chēng)為定子和轉(zhuǎn)子，直線式感應(yīng)同步器稱(chēng)為定尺和滑尺。

第五頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/315如圖5-1所示，它由定尺和滑尺組成。定尺為連續(xù)繞組，定尺兩相鄰導(dǎo)片間的間距稱(chēng)為節(jié)距，用字母τ表示，二倍節(jié)距稱(chēng)為一個(gè)周期。因此，對(duì)于電角度來(lái)說(shuō)，τ相當(dāng)于180o?；呤欠侄卫@組，兩段繞組分別為正弦繞組us，余弦繞組uc，正弦繞組和余弦繞組之間錯(cuò)開(kāi)90o相角，即相差1/4周期。感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)與工作原理第六頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/316感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)與工作原理2.感應(yīng)同步器工作原理

感應(yīng)同步器的工作原理是基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)激磁繞組用一定頻率的正弦電壓激磁時(shí)，將產(chǎn)生同頻率的交變磁通，感應(yīng)繞組與這個(gè)交變磁通耦合，便產(chǎn)生同頻率的交變電勢(shì)。這個(gè)電勢(shì)的幅值與激磁頻率、耦合長(zhǎng)度、激磁電流、兩繞組間隙、兩繞組的相對(duì)位置等多因素有關(guān)。第七頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/317定尺繞組中感應(yīng)電勢(shì)的變化第八頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/3183.電氣參數(shù)及特點(diǎn)（1）精度精度是根據(jù)基本誤差的大小確定的。感應(yīng)同步器的基本誤差包括零位誤差和電氣誤差兩種。由于感應(yīng)同步器是線性感應(yīng)元件，它的磁路和電路都不會(huì)飽和，因此，無(wú)論是連續(xù)繞組勵(lì)磁，還是分段繞組勵(lì)滋，其誤差部是一樣。按照誤差產(chǎn)生的原因來(lái)說(shuō)，可分成三大類(lèi)：原理性誤差、工藝性誤差和條件性誤差。原理性誤差是由于設(shè)計(jì)的不完善而固有的，例如諧波磁場(chǎng)和諧波磁動(dòng)勢(shì)的存在而產(chǎn)生的誤差。工藝性誤差是由于工藝不完善、產(chǎn)生的幾何尺寸精度不夠?qū)е碌恼`差，例如刻線不準(zhǔn)，表面不平、不均勻等等。條件性誤差是由于測(cè)試或運(yùn)行時(shí)外界條件不當(dāng)而引起的。第九頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/3193.電氣參數(shù)及特點(diǎn)（2）阻抗

圖5-3（a）所示為感應(yīng)同步器的等效電路。由于感應(yīng)同步器磁路基板的磁導(dǎo)率很低，幾乎和空氣的磁導(dǎo)率一樣，整個(gè)磁路的磁導(dǎo)率很小，因此在通常的激磁信號(hào)頻率f＝2～10kHz的頻率范圍內(nèi)，繞組的感抗遠(yuǎn)小于電阻，大約感抗只有電阻的2％。這樣，初級(jí)勵(lì)磁電壓絕大部分都落在電阻上，用來(lái)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的僅是很小的一部分。因而，初級(jí)勵(lì)磁電流與次級(jí)電流近乎同相，而次級(jí)輸出電動(dòng)勢(shì)和初級(jí)勵(lì)磁電壓的相位移角度幾乎相差90o。感應(yīng)同步器中各向量之間的關(guān)系如圖5-3（b）所示。第十頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31103.電氣參數(shù)及特點(diǎn)圖5-3感應(yīng)同步器向量圖

可見(jiàn)，感應(yīng)同步器的阻抗主要是電阻，阻抗的絕對(duì)值也很小，一般在幾歐姆到幾十歐姆。對(duì)于感應(yīng)同步器，只需要測(cè)量?jī)蓚€(gè)阻抗：定子開(kāi)路阻抗Zs和轉(zhuǎn)子開(kāi)路阻抗Zr,實(shí)際上，感應(yīng)同步器的運(yùn)行相當(dāng)于開(kāi)路狀態(tài)。第十一頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31113.電氣參數(shù)及特點(diǎn)（3）勵(lì)磁電壓感應(yīng)同步器的勵(lì)磁電壓一般都較低，大約為零點(diǎn)幾伏至幾伏。因?yàn)槔@組導(dǎo)體截面很小，勵(lì)磁電流一般為0.1～0.5A。勵(lì)磁電源頻率一般為2～10kHz。（4）輸出電壓

由于感應(yīng)同步器轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙很大，初、次級(jí)兩邊的耦合相當(dāng)松。通常以輸出最大電壓U2m和電壓傳送比VTR表征輸出電壓的大小。由于感應(yīng)同步器轉(zhuǎn)子和定子之間的耦合較松，所以最大輸出電壓U2m通常在幾毫伏到十幾毫伏之間。感應(yīng)同步器在規(guī)定間隙條件下，激磁電壓的基波分量與最大空載輸出地基波分量之比稱(chēng)為電壓傳送比。它變化范圍很大，通常在幾十到幾百之間。第十二頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31123.電氣參數(shù)及特點(diǎn)（5）零位及零位電壓

感應(yīng)同步器的零位定義為：兩相繞組單相激磁，連續(xù)繞組輸出，或者連續(xù)繞組激磁，兩相繞組輸出時(shí)，其輸出電壓的基波同相分量為零時(shí)，兩相繞組和連續(xù)繞組之間的相對(duì)位置。感應(yīng)同步器處于零位時(shí)的輸出電壓稱(chēng)為零位電壓。第十三頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31135.1.2感應(yīng)同步器信號(hào)處理對(duì)感應(yīng)同步器的信號(hào)處理，根據(jù)工作要求和精度的不同有鑒相型、鑒幅型、幅相型等。下面介紹鑒相型和鑒幅型兩種方法。1.鑒相型鑒相型是根據(jù)感應(yīng)電勢(shì)的相位來(lái)鑒別位移量。如果在滑尺的正弦繞組和余弦繞組上分別供給頻率相同，相位相差90o的交流勵(lì)磁電壓，即（5-1）（5-2）第十四頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31145.1.2感應(yīng)同步器信號(hào)處理式中，Um為勵(lì)磁電壓峰值。兩個(gè)勵(lì)磁電壓在定尺繞組上感應(yīng)出電勢(shì)分別為（5-3）（5-4）

式中，W為二倍節(jié)距；

x為定尺與滑尺相對(duì)位移。第十五頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31155.1.2感應(yīng)同步器信號(hào)處理疊加后，在定尺繞組上總的感應(yīng)電勢(shì)為（5-5）式中，θx=2πx/W稱(chēng)為感應(yīng)電勢(shì)的相位角，它在一個(gè)周期內(nèi)與定尺和滑尺的相對(duì)位移x有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。由此可見(jiàn)，通過(guò)鑒別感應(yīng)電勢(shì)的相位，可以測(cè)出定尺與滑尺之間的相對(duì)位移。第十六頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31165.1.2感應(yīng)同步器信號(hào)處理2.

鑒幅型如果滑尺上正弦繞組和余弦繞組供以同頻、同相但幅值不等的交流激磁電壓，則可根據(jù)感應(yīng)電勢(shì)振幅來(lái)鑒別信號(hào)位移量，稱(chēng)為鑒幅型。當(dāng)加到滑尺繞組的勵(lì)磁電壓為（5-6）

（5-7）

第十七頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31175.1.2感應(yīng)同步器信號(hào)處理它們?cè)诙ǔ呃@組上感應(yīng)電勢(shì)為（5-8）

（5-9）

定尺繞組上總的感應(yīng)電勢(shì)為（5-10）第十八頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31185.1.2感應(yīng)同步器信號(hào)處理利用函數(shù)變壓器使勵(lì)磁電壓幅值為（5-11）（5-12）式中，θd為勵(lì)磁電壓的電相角，則感應(yīng)電勢(shì)可寫(xiě)成（5-13）

可見(jiàn)，感應(yīng)同步器定尺繞組上感應(yīng)電勢(shì)與定尺和滑尺間的相對(duì)位移角θx與勵(lì)磁電壓角之差相關(guān)聯(lián)。第十九頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31195.1.2感應(yīng)同步器信號(hào)處理

設(shè)在原始狀態(tài)時(shí)，θd＝θx。當(dāng)位移增量Δx較小時(shí)，其感應(yīng)電勢(shì)增量為

（5-14）上式說(shuō)明，位移增量Δx較小時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)增量Δe與Δx成正比。通過(guò)鑒別Δe即可測(cè)出Δx的大小。第二十頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31205.1.3感應(yīng)同步器應(yīng)用

圖5-4測(cè)試臺(tái)水平傾角位置控制系統(tǒng)

第二十一頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31215.1.3感應(yīng)同步器應(yīng)用圖5-5旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器及其數(shù)顯系統(tǒng)原理第二十二頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31225.2光電編碼器光電編碼器作為一種高精度的角度測(cè)量的傳感器，它是集光、機(jī)、電、精密技術(shù)與一體的高技術(shù)結(jié)晶。通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，可將傳輸給軸的機(jī)械量、旋轉(zhuǎn)位移等參量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量輸出。它具有體積小、重量輕、功能全、頻率高、分辨率高、可靠性好、耗能低、堅(jiān)固耐用等特點(diǎn)。目前，作為傳感元件它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于天文望遠(yuǎn)鏡、軍事雷達(dá)、定向陀螺儀、機(jī)器人及精密轉(zhuǎn)臺(tái)等系統(tǒng)中。第二十三頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31235.2.1光電編碼器原理與分類(lèi)圖5-6光電編碼器結(jié)構(gòu)原理

第二十四頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31245.2.1光電編碼器原理與分類(lèi)1.

增量型光電編碼器增量型編碼器在碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)對(duì)狹縫遮擋和透過(guò)光產(chǎn)生的光脈沖計(jì)數(shù)來(lái)測(cè)量碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。通常，增量型編碼器的碼盤(pán)另外增加一個(gè)碼道用于產(chǎn)生定位或零位信號(hào)，通過(guò)零位信號(hào)及碼道輸出的脈沖數(shù)就可以判斷碼盤(pán)當(dāng)前的位置。增量型編碼器的分辨率以碼盤(pán)上光柵的線數(shù)或每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（CPR）表示，即碼盤(pán)每旋轉(zhuǎn)一周，光電檢測(cè)器產(chǎn)生的計(jì)數(shù)脈沖數(shù)。第二十五頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31255.2.1光電編碼器原理與分類(lèi)2.絕對(duì)型光電編碼器

圖5-7絕對(duì)編碼器碼盤(pán)

第二十六頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31265.2.2光電編碼器主要參數(shù)光電編碼器主要技術(shù)參數(shù)如下（1）輸出脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)編碼器的軸旋轉(zhuǎn)一圈所輸出的脈沖數(shù)。（2）最高頻率響應(yīng)在1秒內(nèi)能響應(yīng)的最大脈沖數(shù)。（3）最高轉(zhuǎn)速可響應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速，在此轉(zhuǎn)速下發(fā)生的脈沖能夠被響應(yīng)。第二十七頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31275.2.2光電編碼器主要參數(shù)（4）信號(hào)輸出方式1）電壓輸出由共射級(jí)晶體管電路輸出，其輸出電壓隨輸出電流變化有所變化。2）集電極開(kāi)路輸出直接從晶體管的集電極輸出，使用時(shí)需要外加電源。3）推挽輸出當(dāng)輸出信號(hào)“1”時(shí)，上端晶體管導(dǎo)通，下端晶體管截止；當(dāng)輸出信號(hào)“0”時(shí)，上端晶體管截止，下端晶體管導(dǎo)通。推挽輸出方式能夠增加輸出驅(qū)動(dòng)能力，可以增加信號(hào)的傳輸距離。第二十八頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31285.2.2光電編碼器主要參數(shù)4）線驅(qū)動(dòng)輸出按照RS-422A標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳送電路，可使用雙絞線電纜進(jìn)行長(zhǎng)距離傳送。（5）軸允許負(fù)荷表示可加在軸上的最大負(fù)荷，有徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷兩種。徑向負(fù)荷對(duì)于軸來(lái)說(shuō)是垂直方向的受力，與偏心、偏角等有關(guān)。軸向負(fù)荷對(duì)于軸來(lái)說(shuō)是水平方向的受力，與推、拉軸的力有關(guān)。這兩個(gè)力的大小，影響軸的機(jī)械壽命。第二十九頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31295.2.3光電編碼器應(yīng)用圖5-8Z電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周的相位分解圖

圖5-9電腦繡花機(jī)控制信號(hào)產(chǎn)生電路第三十頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31305.3旋轉(zhuǎn)變壓器5.3.1旋轉(zhuǎn)變壓器基本原理1.正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器第三十一頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31315.3旋轉(zhuǎn)變壓器

圖5-11正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的原理結(jié)構(gòu)第三十二頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31325.3.2旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理把旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的這兩相載有位置信息的電壓變換成為可識(shí)別的角度數(shù)據(jù)的操作，稱(chēng)為軸角變換，也叫作位模轉(zhuǎn)換。旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的是兩相調(diào)幅的正弦波，其中能夠描述角度信息的物理量是幅值和相位。依據(jù)檢測(cè)信息形式的不同，把旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)的處理方式分成鑒相和鑒幅兩種類(lèi)型。第三十三頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31335.3.2旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理1.鑒相式鑒相式工作方式是一種根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器定子繞組中感應(yīng)電勢(shì)的相位來(lái)確定轉(zhuǎn)子角度的檢測(cè)方式。這種測(cè)角方式是在旋轉(zhuǎn)變壓器的正余弦輸出端接入一個(gè)相移相加器，將正弦或余弦輸出信號(hào)中的一路相移π/2的電角度，再和剩余的另一路相加，對(duì)相加后的函數(shù)進(jìn)行檢測(cè)得到轉(zhuǎn)子的磁極位置。第三十四頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31345.3.2旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理第三十五頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31355.3.2旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理2.鑒幅式圖5-14鑒幅式工作方式原理框圖第三十六頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31365.3.2旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)處理3.旋轉(zhuǎn)變壓器─數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器（RDC）為了方便與計(jì)算機(jī)接口的需要，經(jīng)常通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器－數(shù)字轉(zhuǎn)換器將旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的含有軸角量的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。AD2S80A是AD公司生產(chǎn)的專(zhuān)用的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，一方面，它能夠提供高精度的數(shù)字信號(hào)輸出，供計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用，另外它還有模擬速度輸出信號(hào)，可供用戶(hù)作為速度反饋信號(hào)使用。它是一種特殊的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)軸角位移和角速度。它具有精度高、分辨率可變、單片高度集成等優(yōu)點(diǎn)，可用于自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器的數(shù)字轉(zhuǎn)換。第三十七頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31375.3.3旋轉(zhuǎn)變壓器應(yīng)用1.旋轉(zhuǎn)變壓器應(yīng)用于數(shù)字炮控伺服系統(tǒng)圖5-21數(shù)字炮控伺服系統(tǒng)的半自動(dòng)工作模式的原理框圖

第三十八頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31385.3.3旋轉(zhuǎn)變壓器應(yīng)用2.基于旋轉(zhuǎn)變壓器反饋的運(yùn)動(dòng)控制器第三十九頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31395.4自整角機(jī)自整角機(jī)是一種將轉(zhuǎn)角變換成電壓信號(hào)，或?qū)㈦妷盒盘?hào)變換成轉(zhuǎn)角，通過(guò)兩個(gè)或兩個(gè)以上的組合使用，以實(shí)現(xiàn)角度的傳輸、變換和接收。在現(xiàn)代技術(shù)領(lǐng)域的各個(gè)部門(mén)中，自整角機(jī)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制等方面。由包括自整角機(jī)在內(nèi)所組成的同步聯(lián)接系統(tǒng)，是以電信號(hào)為聯(lián)系，使遠(yuǎn)距離的兩根或多根機(jī)械轉(zhuǎn)軸能夠精確地保持相同的轉(zhuǎn)角變化，或者同步旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)角度位置的遠(yuǎn)距離傳輸、變換和指示。第四十頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/3140自整角機(jī)工作原理1.結(jié)構(gòu)與原理自整角機(jī)一般采用三相繞組方式，基本結(jié)構(gòu)包括一個(gè)轉(zhuǎn)子和一個(gè)或者三個(gè)能夠旋轉(zhuǎn)的定子線圈繞組。一個(gè)基本的自整角機(jī)控制發(fā)送器結(jié)構(gòu)如圖5-23所示。三個(gè)定子繞組a、b和c是結(jié)構(gòu)完全相同的三組繞組，沿定子內(nèi)圓均勻分布，空間互查120o，成Y型排列。定子繞組又稱(chēng)為三相對(duì)稱(chēng)整步繞組。轉(zhuǎn)子繞組通常通過(guò)集電環(huán)和電刷從Rl和R2端引出。

圖5-23自整角機(jī)控制發(fā)送器結(jié)構(gòu)

第四十一頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/3141自整角機(jī)工作原理2.工作方式

自整角機(jī)根據(jù)運(yùn)行方式不同，分為力矩式自整角機(jī)和控制式自整角機(jī)。力矩式自整角機(jī)可以遠(yuǎn)距離傳輸角度信號(hào)，主要用于自動(dòng)指示系統(tǒng)；控制式自整角機(jī)主要用于隨動(dòng)系統(tǒng)，作為檢測(cè)元件，將轉(zhuǎn)角信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。第四十二頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/3142自整角機(jī)工作原理（1）力矩式自整角機(jī)在力矩式自整角機(jī)系統(tǒng)中，接收方機(jī)械軸角位置的跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)是由自整角機(jī)自身產(chǎn)生的力矩實(shí)現(xiàn)的，見(jiàn)圖5-24。發(fā)送方的自整角機(jī)稱(chēng)作力矩式自整角發(fā)送機(jī)，而接收方的自整角機(jī)稱(chēng)作力矩式自整角接收機(jī)。發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的原端為單相繞組，由交流電源供電激磁，負(fù)端為三相繞組，端點(diǎn)依次互相聯(lián)接。當(dāng)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)某一角度時(shí)，其定子繞組輸出一個(gè)相應(yīng)的電壓，使接收機(jī)的轉(zhuǎn)子沿同一方向偏轉(zhuǎn)同一角度。當(dāng)發(fā)送機(jī)的轉(zhuǎn)子以某一速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，接收機(jī)的轉(zhuǎn)子也以同一速度跟隨旋轉(zhuǎn)，使兩者的轉(zhuǎn)軸協(xié)調(diào)動(dòng)作，這種同步聯(lián)接系統(tǒng)通常用來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳輸和指示。如遠(yuǎn)距離指示液面高度、閥門(mén)開(kāi)度、電梯、礦井提升高度等。第四十三頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/3143自整角機(jī)工作原理圖5-24力矩式整角機(jī)結(jié)構(gòu)原理

第四十四頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/3144自整角機(jī)工作原理圖5-25為利用力矩式整角機(jī)指示液面位置的示意圖，浮子隨液面上升或下降，通過(guò)繩索帶動(dòng)自整角發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，自整角接收機(jī)的轉(zhuǎn)子便會(huì)帶動(dòng)指針隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，準(zhǔn)確指出液面高低。由于這一系統(tǒng)中的自整角機(jī)最后是以所輸出的力矩帶動(dòng)負(fù)載工作的，故稱(chēng)為力矩式自整角機(jī)。但它的力矩是有限的，只適于接收機(jī)軸上負(fù)載很輕，而且角度傳輸精度要求又不太高的控制系統(tǒng)中。力矩式自整角系統(tǒng)為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。第四十五頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/3145自整角機(jī)工作原理圖5-25力矩式整角機(jī)指示液面位置示意圖

第四十六頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/3146自整角機(jī)工作原理（2）控制式自整角機(jī)在控制式自整角機(jī)系統(tǒng)中，接收方的機(jī)械軸角位置的跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)是由接于系統(tǒng)中的伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖5-26所示為控制式自整角機(jī)的原理圖。

圖5-26控制式自整角機(jī)的結(jié)構(gòu)原理

第四十七頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/3147自整角機(jī)主要參數(shù)1.力矩式自整角機(jī)的主要參數(shù)（1）接收誤差由于摩擦力矩以及發(fā)送機(jī)存在的電氣誤差等因素，接收機(jī)不能與發(fā)送機(jī)完全同步，兩者之間的角差稱(chēng)為接收誤差。接收誤差是分為靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差兩種。靜態(tài)誤差是指發(fā)送機(jī)緩慢移動(dòng)，并固定在某一位置上，此時(shí)，接收機(jī)與發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子之間的轉(zhuǎn)角差。動(dòng)態(tài)誤差是指發(fā)送機(jī)以某一速度旋轉(zhuǎn)，接收機(jī)跟隨發(fā)送機(jī)旋轉(zhuǎn)，兩者之間的角度之差。

第四十八頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/3148自整角機(jī)主要參數(shù)（2）零位誤差：在力矩式自整角發(fā)送機(jī)中，當(dāng)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁后，發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子從基準(zhǔn)電氣零位開(kāi)始，每轉(zhuǎn)過(guò)60°，總會(huì)有兩根輸出線之間的空載電壓等于零，此位置稱(chēng)為理論電氣零位。實(shí)際電氣零位與理論電氣零位存在著差異，兩者之差稱(chēng)為力矩式自整角機(jī)的零位誤差。用角分表示，習(xí)慣上以累積誤差的形式表示，即取各點(diǎn)零位誤差中正負(fù)最大誤差絕對(duì)值之和的一半表示，它的大小決定發(fā)送機(jī)的精度。第四十九頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/3149自整角機(jī)主要參數(shù)（3）比整步轉(zhuǎn)矩它是指失調(diào)角為1°時(shí)，自整角機(jī)軸上的整步轉(zhuǎn)矩，比整步轉(zhuǎn)矩的大小表征克服摩擦力矩和反應(yīng)力矩的能力。比整步轉(zhuǎn)矩是自整角接收機(jī)一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)，它直接影響力矩式自整角系統(tǒng)的靈敏度。（4）阻尼時(shí)間所謂阻尼時(shí)間，就是指強(qiáng)迫接收機(jī)轉(zhuǎn)子失調(diào)177°±2°，放松后，經(jīng)過(guò)衰減振蕩達(dá)到協(xié)調(diào)位置所需的時(shí)間。阻尼時(shí)間越短，表示接收機(jī)的跟隨性越好。第五十頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/3150自整角機(jī)主要參數(shù)2.控制式自整角機(jī)的主要參數(shù)（1）電氣誤差當(dāng)控制式自整角機(jī)在靜態(tài)運(yùn)行下到達(dá)新的協(xié)調(diào)位置，即輸出電壓等于剩余電壓時(shí)，發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度與自整角變壓器轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的角度之差稱(chēng)為電氣誤差或靜態(tài)誤差。以角分表示，其允許范圍為3′～10′。它的大小直接影響系統(tǒng)的精度，控制式自整角機(jī)精度等級(jí)就是根據(jù)電氣誤差分類(lèi)的。（2）剩余電壓剩余電壓也稱(chēng)零位誤差。理論上，當(dāng)接收機(jī)轉(zhuǎn)子和發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子處在協(xié)調(diào)位置時(shí)，接收機(jī)的輸出電壓應(yīng)等于零。但實(shí)際上輸出電壓不為零。當(dāng)接收機(jī)和發(fā)送機(jī)處在協(xié)調(diào)位置時(shí)，輸出繞組的端電壓被稱(chēng)為剩余電壓，它會(huì)降低系統(tǒng)的靈敏度。第五十一頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/3151自整角機(jī)主要參數(shù)（3）比電勢(shì)比電勢(shì)是控制式自整角機(jī)在失調(diào)角為1°時(shí)自整角變壓器的空載輸出電壓，比電勢(shì)是自整角變壓器一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)，它直接影響系統(tǒng)的靈敏度。比電勢(shì)越大，靈敏度越高。（4）相位移自整角機(jī)得相位移是在次級(jí)開(kāi)路情況下，次級(jí)輸出電壓相對(duì)于初級(jí)勵(lì)磁電壓在時(shí)間上的相位差。相位移的大小主要與阻抗參數(shù)有關(guān)。勵(lì)磁頻率高、幾何尺寸大的自整角機(jī)相位移相對(duì)較小。一般自整角機(jī)的相位移都在10°以下。第五十二頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/3152自整角機(jī)─數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器（SDC）ZSZ系列轉(zhuǎn)換器是國(guó)產(chǎn)的自整角機(jī)-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它采用跟蹤技術(shù)、模塊化結(jié)構(gòu)和二階伺服原理設(shè)計(jì)。輸入信號(hào)來(lái)自三線自整角機(jī)信號(hào)，輸出信號(hào)是與TTL電平兼容的并行自然二進(jìn)制碼數(shù)字量，主要用于角度位移量的檢測(cè)與控制。它與美國(guó)AD公司SDC17系列轉(zhuǎn)換器兼容。第五十三頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/3153自整角機(jī)─數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器（SDC）1.結(jié)構(gòu)與原理圖5-27ZSZ系列轉(zhuǎn)換器原理框圖

第五十四頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/3154自整角機(jī)─數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器（SDC）2.

引腳功能第五十五頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/3155自整角機(jī)─數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器（SDC）

3.

連接方式

圖5-29輸入比例電阻連接方式第五十六頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/3156自整角機(jī)─數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器（SDC）

圖5-30ZSZ系列芯片的數(shù)字接口電路

第五十七頁(yè)，共六十二頁(yè)，2022年，8月28日2023/3/31575.4.4自整角機(jī)應(yīng)用1.

精密位置檢測(cè)系統(tǒng)利用一臺(tái)自整角機(jī)和一個(gè)SDC模塊可組成一個(gè)軸角編碼裝置，完成軸角的數(shù)字檢測(cè)。如系統(tǒng)要求的靜差很小，可選用由高精度等級(jí)的自整角機(jī)和輸出位數(shù)更多的SDC模塊組成的軸角編碼裝置。