一种新型的电子位置发送器

　0 概述

　　位置信号的采集和反馈在自动控制中是必不可少的，作为阀门电动执行机构，必须对阀门当前位置进行精确测量和反馈，才能够实现对阀门的远控、集控或程控，尤其是闭环控制。当前国内在电动执行机构上应用的位置反馈元件主要有二种: 一种是电位器，其优点是价格低，缺点是精度低，寿命短，输出的电压信号无法远距离输送，如要转换为0/4 ～20 mA 的标准信号，则还要进行转换，但仍然无法解决精度低的缺点。另一种是差动变压器，其优点主要是寿命长，能提供 0/4 ～ 20 mA 的标准信号，缺点是体积大，精度低，只能将直线位移的位置信号转换为电信号，所以在电动执行机构上必须先将角度位移转换为直线位移，才能应用差动变压器。本文将介绍一种新型的角度位置传感器，它可以将旋转运动的角度信号直接转变为一个与其成比例的，且与负载值无关的直流电流信号，供远距离采集、控制、传送等。测量范围 0° ～ 340°，工作电压 12 ～30 DC 或 18 ～ 30 DC，输出电流 4 ～ 20 mA 或 0 ～ 20 mA，允许环境温度 -25 ℃ ～ +80 ℃，质量仅 100 g。是一种理想的角度位置传感器，已在我厂生产的电动执行机构中普遍采用。

　　1 结构和工作原理和技术参数

　　电容式传感器具有测量范围大，灵敏度高，结构简单，适应性强，动态响应时间短，易实现非接触式测量等优点而广泛应用。电容式传感器有变极板间距离的变极距型、改变极板面积的变面积型和改变介质介电常数的变介质型三种。变面积型电容式传感器是通过动极板移动引起两极板有效覆盖面积改变，从而改变电容量电路就可以转换为电量输出。

　　任何的输入输出关系或多或少地存在非线性，为标定和数据处理的方便，希望得到线性关系，可以采用硬件或软件补偿的方法进行线性化处理，也可以采用直线拟合的方法进行线性处理，在非线性误差不太大的情况下一般采用后一种方法进行线性化处理。直线拟合的方法有五种:理论拟合、过零旋转拟合、端点连线拟合、端点连线平移拟合和最小二乘拟合，最小二乘法通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和最小，因而用最小二乘法求科的拟合直线的拟合精度最高。

　　a) 电子位置发送器结构( 图 1)

旋转运动通过安装在球轴承 3 上的传动齿轮 1 传递到转子 4 上，转子的位置被一个电容耦合系统所测量。

　　b) 电子位置发送器工作原理( 图 2)

　　定子上 10 个扇形的极板 3 产生连续的脉冲信号，通过转子上的电容极板耦合过来的信号的相位决定于旋转角度。该信号先经放大器 4 再经相位比较器 5 和电压/电流转换器 6，最终被转换成为一个与旋转角度成比例的输出电流。