FI79192B - Sensor foer maetning av foeraendringar i magnetfaelt. - Google Patents

Description

1 79192

Anturi magneettikentän muutosten mittaamiseksi Tämän keksinnön kohteena on anturi magneettikentän muutoksen mittaamiseksi, esim. osoitettaessa etäisyyttä magneettisesti johtavaan esineeseen tai magneettisesti johtavien esineiden välistä etäisyyttä.

Ennestään on tunnettu etäisyyden määritys magneettisesti johtavaan esineeseen mittaamalla magneettikentän muutos.

DE-hakemusjulkaisussa 21 02 058 esim. esitetään suutin, jossa on ferromagneettinen johdin vaippoinaan. Suuttimeen on sijoitettu rengasmainen magneetti, joka kehittää magneettisen kentän, joka virtaa magneetin pohjoisnavasta johtimen, napakengän ja mittauselementillä varustetun fokusointipisteen kautta takaisin etelänapaansa. Mittauselementin avulla saadaan siis suora mittaus johtimen ja napakengän välisestä etäisyydestä. Tämän suoran mittausmuodon epäkohtana on, että mittauselemen-tin on sijaittava magneettisella radalla ja että tällainen sijainti ei aina ole mahdollinen esim. tilan puutteen takia tai koska mittauselementti saattaa vahingoittua.

Esim. DE-hakemusjulkaisusta 14 73 854 on myös ennestään tunnettu Hallin generaattorien avulla tapahtuva jatkuva etäisyyden tarkkailu käyttöakseliin suurella aksiaalisella välyksellä. Tämän julkaisun mukaisesti akseli varustetaan magneettisilla kaistoilla, jotka sijaitsevat keskinäisen välimatkan päässä toisistaan ja joilla on vastakkaiset napaisuudet. Määrätyn välimatkan päässä akselista sijaitsee Hallin generaattori. Hallin generaattori mittaa siis suoraan magneettisten kaistojen välisen magneettikentän ja tunnustelee näin ollen aksiaalisen välyksen. Tässä rakenteessa on akselin oltava valmistettu ei-magneettisesta aineesta.

2 79192 SE-patentiesa 30Θ 211 esitetään laite, jota käytetään kiekko-jauhimessa mittaamaan kiekkojen välistä etäisyyttä. Tässä laitteessa käytetään magneetteja ja kiekkojen kehillä sijaitsevia käämejä, ja näiden välinen magneettikenttä osoittaa magneetin ja käämin välistä etäisyyttä ja niin ollen kiekkojen välistä etäisyyttä. Siten kiekkojen välinen etäisyys mitataan niiden kehillä, mutta ei jauhinsegmenttien välistä ilmaväliä. Koska käämeistä saadaan sykähtelevä lähtösignaa1i, on katsottu välttämättömäksi käyttää kallista oski1loskooppia lähtösig-naalin lukemiseen. Tämä tunnettu laite on myös esimerkki sellaisen magneettikentän suorasta tunnustelusta, jonka suuruus on riippuvainen etäisyydestä. Mahdollinen magneetin kuluminen vaikuttaa niin ollen mitattuun etäisyyteen.

Toinen tunnettu etäisyyden mittausmenetelmä on esitetty SE-pa-tentissa 359 644. Tässä menetelmässä käytetään kyseisten kohteiden välisen magneettikentän suoraa mittausta ja vertailevaa mittausta toisessa magneettipiirissä. Tämän menetelmän haittana on myös periaatteessa se, että mittausanturi on sijoitettava suoraan niiden esineiden väliseen kenttään, joiden välinen etäisyys on tarkoitus määrittää.

US-patentin 3 849 724 mukaisesti käytetään kahta signaalia määrittämään kahden magneettisen esineen välinen etäisyys. Tässäkin on edullista, että ainakin yksi anturi sijaitsee päämagneettikentässä, mutta että myös toinen anturi sijaitsee vuotomagneettikentässä. Tämän tyyppisen mittausmenetelmän epäkohta on sama kuin kaikissa muissa edellä mainituissa menetelmissä, ja menetelmä edellyttää myös mutkikasta elektro-niikkalaitteistoa.

SE-patenttihakemuksessa 7 612 348-7 esitetään menetelmä liikkuvien osien sijainnin osoittamiseksi Hallin generaattorin avulla. Tässä tunnetussa menetelmässä käytetään kahta kestomagneettia ja magneettien väliin sijoitettua Hallin generaattoria. Tämän tunnetun menetelmän haittana on, että sitä 3 79192 ei voida käyttää mittaamaan etäisyyttä esineeseen tai kahden esineen välisen etäisyyden mittaukseen. Se edellyttää myös kahta kestomagneettia symmetriakentissä, joissa Hallin generaattorin on sijaittava. Samanlaisia symmetriasovitelmia kaksine keetomagneetteineen käytetään myös muissa yhteyksissä signaaliantureina, katso eeim, artikkeli "Kontaktloser Sig-nalgeber mit beriihrungsloser Betätigung durch Eisentei1e", kirjoittaja H.J. Lippmann, sivut 367-372 julkaisussa ETZ-A Θ3 (1962):11. Tässä viimeksi mainitussa julkaisussa esitettyä signaa1ianturia voidaan käyttää vain, jos esine on lähestymässä signaalianturia, eikä mittaamaan etäisyyttä esineeseen tai kahden esineen välistä etäisyyttä. Samoin siinä käytetään kahta kestomagneettia.

Tämän keksinnön päätarkoituksena on saada aikaan yksinkertainen ja mutkaton anturi etäisyyden määrittämiseksi magneettisesti johtavaan esineeseen tai kahden magneettisesti johtavan esineen välisen etäisyyden määrittämiseksi välttämällä mutkikas elektroniikka.

Keksinnön toisena tarkoituksena on saada aikaan anturi, jossa ei tarvita kenttäanturia sijoitettuna päämagneettikenttään ja joka voi osallistua tapahtuvaan kulumiseen esim. jauhinkiek-kojen välissä ilman, että mittaustulos merkittävästi muuttuu.

Esillä olevalle, etäisyyden magneettisesti johtavaan esineeseen mittaavalle anturille on tunnusomaista se, mitä tarkemmin esitetään patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön muita edullisia suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

Seuraavasea keksintöä kuvataan lähemmin erään suoritusesimer-kin avulla viitaten piirustukseen, jossa: kuviot la ja Ib esittävät erään anturin rakenteen periaatetta, jolloin magneettinen esine sijaitsee anturin lähellä ja vas- 79192 taavasti kaukana siitä, kuviot 2 ja 3 esittävät kuvion 1 mukaisen anturin erilaisia vaihtoehtoisia toteutustapoja, kuvio 4 esittää periaatteellisesti anturiratkaisua käytettynä ja sijoitettuna kiekkojen ulkopuolelle, joiden välinen ilmatila on määritettävä, kuviot 5 ja 6 esittävät vaihtoehtoisia anturimuotoja, kuvio 7 esittää erästä keksinnön suoritusmuotoa, kuvio 8 esittää kuvion 7 mukaista suoritusmuotoa magneetin sijaitessa eri asennossa, ja kuviot 9 ja 10 esittävät kuvioiden 7 ja 8 mukaisten sovitel-mien mittausherkkyyskäyriä.

Kuvion 1 mukaisesti magneettisesti johtavaa esinettä, johon etäisyys on esimerkiksi määritettävä, merkitään viitenumerolla 1. Kestomagneetti 2 on sijoitettu kahden magneettisesti johtavan metal1ikappaleen eli -sydämen 3, 4 väliin, jotka ohjaavat magneetin 2 magneettivuota. Magneetin 2 kenttä on sovitettava vuota ohjaavien metallikappaleiden 3, 4 magneettisen johtavuuden mukaan. Magneetti 2 aiheuttaa kaksi magneettikenttää, joista toinen kulkee magneetin 2 pohjoisnavasta, jota on merkitty viitteellä N, metallikappaleen 3, ilmavälin 9, esineen 1, ilmavälin 10 ja toisen metallikappaleen 4 kautta magneetin 2 etelänapaan S. Toinen magneettikenttä kulkee magneetin 2 pohjoisnavasta N metallikappaleen 3, ilmavälin 11 ja toisen metallikappaleen 4 kautta magneetin 2 etelänapaan S. Ilmaväliin 11 on sijoitettu Hallin generaattori tai muu laite magneettikentän suuruuden tunnustelua varten. Hallin generaattori 5 tai muu laite voi periaatteessa sijaita missä tahansa toisessa kentässä, mutta edullinen sijainti on esitetty kuviossa 1. Esittämättä jätetyt johtimet kulkevat Hallin generaattorista jonkinlaiseen osoittimeen ja/tai käsittely-yksikköön kentän muutoksen osoittamiseksi ilmavälissä 11.

Kun kuvion Ib mukainen anturi on sijoitettu magneettisesti johtavan esineen 1 lähelle, kuten kuviossa la esitetään, kah- 5 79192 dessa magneettikentässä tapahtuu keskinäinen muutos siten, että Hallin generaattorin 5 läpäisevä kenttä pienenee sellaisessa määrin, joka on riippuvainen välien 9 ja 10 koosta, te. esineen 1 ja metal1ikappaleiden 3 ja 4 päiden välisestä etäisyydestä .

Kuviossa 2 esitetyssä toteutuksessa anturi on asennettu kiinteään tai mahdollisesti pyörivään jauhinkiekkoon 15, joka on esimerkiksi tarkoitettu jauhamaan ainetta yhdessä pyörivän tai kiinteän kiekon 1 kanssa. Anturi on tässä upotettu ei-magneet-tiseen aineeseen 6, ja magneettisesti johtavien metallikappa-leiden 3 ja 4 päät on lovettu tai viistetty kohdissa 13, 14 kuviossa 2 esitetyllä tavalla, jotta anturin vastus magneettivuota vastaan pidetään oleellisesti muuttumattomana, vaikka kiekon 15 jauhava sivu ja anturin jauhavat sivut kuluvat.

Metallikappaleiden tai sydämien 3 ja 4 lovetus tai viistotus vaikuttaa magneettiseen vastukseen, koska jos metal1ikappaleet 3 ja 4 kuluvat päistään, näiden mtel1ikappaleiden magneettinen vastus pienenee, koska ne lyhenevät. Tämän magneettisen vastuksen pienenemisen kompensoi metallikappaleiden 3, 4 päiden välisen etäisyyden vastaava suureneminen. Niin ollen metallikappaleiden 3, 4 päiden väli suurenee, kun niiden päät kuluvat, mistä on seurauksena, että magneetin 2 pohjoisnavasta metallikappaleen 3, ilmavälien, elimen 1 ja metal1ikappa-leen 4 kautta magneetin etelänapaan kulkevan magneettipiirin magneettinen vastus on muuttumaton, niin kauan kuin kuluminen tapahtuu metallikappaleiden 3 ja 4 lovetulla tai viistetyllä alueella.

Kuviossa 3 esitetään toinen anturiratkaieu, jossa "metalli-kappale" 3' kuuluu jakamattomana osana jauhinkiekkoon 15', joka on myös edullisesti magneettisesti johtava elin. Lisäksi metallikappaleessa 3' on sisäänpäin ulottuva osa 13' samasta syystä kuin lovet tai viisteet 13, 14, jotka on esitetty kuviossa 2. Anturi on lisäksi varustettu metallikappaleella 4, 6 79192 joka on upotettu ei-magneettieeen aineeseen 6'. Kiekon 15' pintojen ja metallikappaleen 4' viereisen pinnan 1 kuluessa metallikappaleen 4' tehollinen pituus ja kiekon 15' paksuus lyhenevät, mutta mainittujen päiden välinen etäisyys suurenee, jolloin anturin magneettinen vastus pysyy oleellisesti muuttumattomana .

Kuvio 4 esittää kuvion 1 mukaisen anturin sovellutusta, jossa kahden keskenään pyörivän kiekon 7 ja Θ välinen jauhatusvälys on osoitettava. On huomattava, ettei anturin tarvitse olla mitenkään mekaanisesti kytketty tai yhdistetty jauhinkiekkoi-hin 7 ja 8. Jos metallikappaleen 4 ja kiekon 7 sekä metalli-kappaleen 3 ja kiekon 8 välinen etäisyys on oleellisesti muuttumaton, Hallin generaattorin 5 lukema kentän muutokselle tulee siis olemaan verrannollinen jauhinsegmenttien 17, 18 vastakkaisten pintojen välisen jauhatusvälyksen muutokseen.

Kuvioissa 5 ja 6 muiden kuvioiden mukainen kestomagneetti 2 on korvattu magneettisesti johtavalla kappaleella 12, ja magneettisesti johtavat kappaleet 3 ja 4 on sijoitettu kestomagneettien 19, 20 sisäpuolelle. Tällä tavoin saadaan mm. aikaan se, että anturi on vähemmän herkkä itseään ympäröivälle aineelle, niin että kestomagneetit 19, 20 jossain määrin toimivat suojana ympäröivän aineen vaikutuksia vastaan.

Kuvion 6 mukaisesti magneettisesti johtava kappale 12 on varustettu käämillä 16, jonka läpi muuttumaton, mutta säädettävä tasavirta voi virrata muuttumattoman apumagneettikentän kehittämiseksi, niin että tällä tavoin voidaan esim. muuttaa anturin tehollista mittausaluetta. Ilmeisesti metal1ikappale 12 ja käämi 16 voidaan haluttaessa korvata kestomagneetilla. Ulompi, magneettisesti johtava Suojasiin 25 estää ympäröiviä sähkökenttiä vaikuttamasta mittaukseen. Kuviossa 5 suojus 25 sijaitsee erillään magneeteista 19 ja 20, ja kuviossa 6 suojus 25 koskettaa magneettien 19 ja 20 pintaa.

7 79192

Kuvio 7 esittää keksinnön mukaista anturia, jossa Hallin generaattori 5 on asennettu magneettisesti johtavan, sauvamai-sen elimen 21 päähän, jolloin mainittu elin on sijoitettu sa-ma-akselisesti ulomman, magneettisesti johtavan elimen 23 sisään. Kestomagneetti 22 on sijoitettu sauvan 21 ja ulomman, lieriömäisen elimen 23 väliin, niin että se voi liukua mainitun sauvan ja ulomman lieriömäisen elimen 23 aksiaalisessa suunnassa. Magneetilla 22 voi olla välisovite sauvan 21 ja ulomman lieriömäisen elimen 23 välissä, niin että se pysyy paikassa, johon se on sijoitettu, kitkavoimien avulla, tai se voidaan kiinnittää paikalleen pysyvästi esimerkiksi liiman avulla.

Koko kuvion 7 anturisovitelma, jota ympäröi ulompi, magneettisesti johtava elin 23, voidaan sovittaa yksiköksi esim. kiekon tms. reikään, niin että ympäröivät sähkökentät vaikuttavat hyvin vähän, jos lainkaan saatuihin mittausarvoihin. Kuviossa 7 anturiyksikkö esitetään pinnan 1 vieressä, johon etäisyys on tarkoitus mitata. Kuviossa 7 Hallin generaattori on esitetty kytkettynä osoitinlaitteeseen 24, kuten voltti-mittariin.

Kuvio 9 esittää kuvion 7 anturista saadun mittauskäyrän. Kuviossa 9 vaaka-akseli osoittaa etäisyyksiä mm:einä yhteen magneettisesti johtavaan esineeseen tai ei-magneettisesti johtavaan esineeseen mitattuna magneettisesti johtavan elimen avulla, joka on sijoitettu mitattavan esineen kaukana olevalle sivulle. Pystyakseli edustaa tehoa voltteina Hallin generaattorista. Lisäksi on myös mahdollista mitata ohuen, magneettisesti johtavan levyn paksuus käyttämällä niin suurta magneettikenttää, ettei levy tule kyllästetyksi, jolloin Hallin generaattorista 24 tulevan lähtösignaalin pienennys on levyn paksuuden epäsuora mittaus.

Siirtämällä magneettia 22 eri aksiaaliseen asentoon sauvaa 21 ja ulompaa lieriömäistä elintä 23 pitkin voidaan Hallin gene- 8 79192 raattorieta saatua mittauskäyrää vaihdella. Kuviossa 8 magneetti 22 on esitetty väliasennossa sauvan 21 ja ulomman lieriömäisen elimen 23 pituutta pitkin. Kuvio 10 esittää Hallin generaattorista saatua mittauskäyrää kuviossa 8 esitetylle suoritusmuodolle. Magneetin 22 eri aksiaaliset asennot antavat tulokseksi eri tavoin kaltevat mittauskäyrät. Riippuen kulloinkin mitattavista etäisyyksistä ja eri etäisyyksille halutuista herkkyyksistä voidaan magneetin aksiaalista asentoa vaihdella. Magneetti voi sijaita missä tahansa asennossa magneettisesti johtavien elimien 21 ja 23 päiden välissä.

Joko sauvan 21 tai ulomman lieriömäisen elimen 23 päät tai kummankin päät voivat olla viistetyt tai lovetut, kuten kuvioissa 2 ja 3 esitetään, niin että anturilla on oleellisesti muuttumaton magneettinen vastus päiden kuluessa käytössä.

Claims (3)

1. 9 79192