Датчик угла наклона

Датчик угла наклона

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения угла наклона объектов.

Известен измеритель наклона, содержащий замкнутую трубку, частично заполненную магнитной жидкостью, на противоположных концах которой расположены измерительные катушки (А.с №143904, МКП G01С 9/18).

Недостатком данного измерителя является его невысокая чувствительность.

Известно магнитожидкостное устройство для определения угла наклона, содержащее измерительные обмотки, расположенные на немагнитной трубке с торцевыми заглушками, в которой размещен составной магнит, плавающий в магнитной жидкости и центрируемый магнитами, закрепленными на торцевых заглушках (Патент РФ №2115091, МКИ6 G01С 9/20).

Недостатками данных магнитожидкостных устройств для определения угла наклона являются их невысокие надежность и ресурс, что обусловлено присутствием около кромок элементов магнитных систем устройств зон с повышенной напряженностью магнитного поля, разрушающих магнитную жидкость.

Магнитная жидкость представляет собой коллоидный раствор магнитных частиц в жидкости-носителе. Каждая частичка имеет размер порядка 100 Å, что меньше одного домена, поэтому частичка является двухполюсным постоянным магнитом, покрытым защитной оболочкой. Защитная оболочка ограничивает сближение отдельных частиц и не позволяет им слипаться. Энергии броуновского движения достаточно, чтобы коллоидный раствор находился в устойчивом состоянии и не расслаивался в течение длительного промежутка времени. При помещении магнитной жидкости в устройство, где существует магнитное поле, силы взаимодействия между частицами возрастают. У защитных оболочек частиц существует предел прочности, превышение которого приводит к тому, что оболочки разрушаются, частички слипаются и выпадают в осадок, нарушается устойчивость магнитной жидкости. В любом магнитожидкостном устройстве нарушение устойчивости магнитной жидкости приводит к прекращению его работоспособности.

Для каждой магнитной жидкости существует критическое значение максимальной напряженности магнитного поля Н_кр, до которого магнитная жидкость сохраняет свою устойчивость. Превышение критического значения напряженности приводит к потере устойчивости магнитной жидкости.

Магнитожидкостные устройства создаются исходя из параметров используемой жидкости. При проектировании устройства следят, чтобы максимальная напряженность поля в области расположения магнитной жидкости Н_мах не превышала Н_кр, что обеспечивает устойчивость магнитной жидкости в устройстве и его работоспособность в течение продолжительного промежутка времени.

Исследование магнитного поля в магнитожидкостных устройствах для определения угла наклона на основе численных методов показало, что около кромок конструктивных элементов магнитной системы, в часности, постоянных магнитов существуют макрозоны с повышенной напряженностью магнитного поля. Магнитная жидкость, попадающая в эти зоны, разрушается и выпадает в осадок. На ее место втягивается другая порция жидкости, которая также под воздействием чрезмерной напряженности поля разрушается. Данный процесс продолжается до тех пор, пока при определенном проценте разрушившейся жидкости не произойдет потеря работоспособности магнитожидкостного устройства.

Если при создании устройства для определения угла наклона снизить напряженность магнитного поля в рабочей зоне исходя из того, чтобы напряженность поля в этих зонах не превышала Н_кр, применяемой магнитной жидкости, то энергия магнитной системы существенно недоиспользуется, и устройство будет иметь увеличенные массу и габариты.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении надежности и ресурса работы магнитожидкостного датчика угла наклона за счет снижения разрушающего воздействия магнитного поля на магнитную жидкость.

Это достигается тем, что в магнитожидкостном датчике угла наклона производится закругление кромок конструктивных элементов магнитной системы, контактирующих с магнитной жидкостью.

На фиг.1 показан вариант выполнения датчика угла наклона (Патент РФ №2115091, МКИ 6 G01С 9/20), на фиг.2 - показан элемент постоянного магнита датчика с незакругленными кромками, на фиг.3 - графическое представление распределения напряженности магнитного поля на поверхности постоянного магнита датчика с незакругленными кромками, на фиг.4 - показан элемент постоянного магнита датчика с закругленными кромками, на фиг.5 - графическое представление распределения напряженности магнитного поля на поверхности постоянного магнита датчика с закругленными кромками.

Датчик угла наклона устроен следующим образом. В корпусе 1, выполненном в виде трубки, заглушенной с торцов, находится магнитная система, состоящая из постоянного магнита 2, магнитопровода 3, плавающая в магнитной жидкости 4 (фиг.1). Трубка охвачена симметрично расположенными на концах измерительными обмотками 5. На торцевых внутренних поверхностях корпуса закреплены центрирующие постоянные магниты 6 таким образом, что их полюсы одноименны с полюсами плавающей магнитной системы. Кромки элементов плавающей магнитной системы, контактирующие с магнитной жидкостью, закруглены.

Датчик угла наклона работает следующим образом. Когда датчик находится в горизонтальной плоскости, магнитная жидкость и магнитная система находятся симметрично по отношению к объему внутренней полости датчика и к измерительным обмоткам 5, включенным, например, в плечи моста переменного тока высокой частоты. Поскольку полные электрические сопротивления обмоток 5 равны между собой, то мост находится в равновесии и сигнал на выходе отсутствует.

При наклоне устройства плавающая магнитная система смещается в сторону наклона. Это вызывает изменение индуктивных сопротивлений обмоток, что приводит к нарушению равновесия моста переменного тока и появлению выходного сигнала, пропорционального углу наклона.

В известных датчиках угла наклона на кромках постоянного магнита существует всплеск напряженности магнитного поля (фиг.3). Напряженность поля в этой зоне существенно превышает общий уровень напряженности около поверхности магнита, что отрицательно сказывается на устойчивости магнитной жидкости и ресурсе работы всего устройства.

В предлагаемом изобретении кромки элементов плавающей магнитной системы, контактирующие с магнитной жидкостью, закруглены (фиг.4). При закруглении кромок всплеск напряженности магнитного поля около кромок магнита исчезает (фиг.5), следовательно, ликвидируется источник разрушения магнитной жидкости. Магнитная жидкость сохраняет свою работоспособность. Следует отметить, что в магнитожидкостных датчиках угла наклона закругляться могут не все кромки элементов, а только те, которые контактируют с магнитной жидкостью.

Таким образом, в предлагаемом магнитожидкостном датчике угла наклона кромки конструктивных элементов магнитной системы, контактирующих с магнитной жидкостью, закруглены. В таком магнитожидкостном датчике угла наклона отсутствуют зоны с чрезмерно высокой напряженностью поля, приводящие к постепенному разрушению магнитной жидкости и последующей потере работоспособности устройства. Следовательно, предлагаемое изобретение позволяет повысить надежность и ресурс магнитожидкостных датчиков угла наклона.

Датчик угла наклона, содержащий корпус с измерительными обмотками, в котором размещена магнитная система, состоящая из постоянного(ых) магнита(ов), магнитопровода(ов) и магнитной жидкости, отличающийся тем, что кромки конструктивных элементов магнитной системы, контактирующих с магнитной жидкостью, закруглены.