RU126451U1

RU126451U1 - MAGNETO-LIQUID DEVICE FOR TILT ANGLE DETERMINATION

Info

Publication number: RU126451U1
Application number: RU2012110650/28U
Authority: RU
Inventors: Михаил Сергеевич Сайкин; Дарья Юрьевна Морозова
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2013-03-27

Abstract

1. Магнитожидкостное устройство для определения угла наклона, содержащее выполненный из немагнитного материала корпус в виде трубки; измерительные обмотки и центрирующие постоянные магниты, размещенные на концах корпуса; чувствительный элемент, состоящий из двух кольцевых постоянных магнитов, между внутренними торцевыми поверхностями которых помещена цилиндрическая магнитопроводная втулка со сквозным отверстием, одноименные полюса постоянных магнитов чувствительного элемента и центрирующих магнитов обращены друг к другу; магнитную жидкость, отличающееся тем, что центрирующие магниты закреплены в немагнитопроводных втулках, расположенных на внешней поверхности корпуса, чувствительный элемент установлен коаксиально внешней поверхности корпуса, магнитная жидкость расположена в зазоре между внешней поверхностью корпуса и внутренней цилиндрической поверхностью постоянных магнитов чувствительного элемента, измерительные обмотки закреплены в немагнитопроводных втулках, установленных в корпусе, на обращенных друг к другу поверхностях всех втулок и корпуса выполнена резьба.2. Магнитожидкостное устройство для определения угла наклона по п.1, отличающееся тем, что чувствительный элемент выполнен как минимум из двух кольцевых магнитов, примыкающих друг к другу торцевыми поверхностями разноименных полюсов.3. Магнитожидкостное устройство для определения угла наклона, содержащее выполненный из немагнитного материала корпус в виде трубки; измерительные обмотки и центрирующие постоянные магниты, размещенные на концах корпуса; чувствительный элемент, одноименные полюса которого и центрирующих магни1. Magnetic-liquid device for determining the angle of inclination, comprising a housing made of non-magnetic material in the form of a tube; measuring windings and centering permanent magnets located at the ends of the housing; a sensing element, consisting of two annular permanent magnets, between the inner end surfaces of which a cylindrical magnetic sleeve with a through hole is placed, the same poles of the permanent magnets of the sensing element and centering magnets face each other; magnetic fluid, characterized in that the centering magnets are fixed in non-magnetic bushings located on the outer surface of the housing, the sensing element is coaxial to the outer surface of the housing, the magnetic fluid is located in the gap between the outer surface of the housing and the inner cylindrical surface of the permanent magnets of the sensing element, the measuring windings are fixed in non-magnetic bushings installed in the housing on the surfaces of all bushings and bodies facing each other the mustache is made. 2. The magneto-liquid device for determining the angle of inclination according to claim 1, characterized in that the sensitive element is made of at least two ring magnets adjacent to each other by the end surfaces of opposite poles. A magneto-liquid device for determining the angle of inclination, comprising a tube-shaped body made of non-magnetic material; measuring windings and centering permanent magnets located at the ends of the housing; sensitive element whose poles of the same name and centering magnes

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для определения угла наклона в системах автоматического контроля положения объектов относительно горизонтальной плоскости.The utility model relates to measuring technique and can be used to determine the angle of inclination in automatic control systems for the position of objects relative to the horizontal plane.

Известно магнитожидкостное устройство для определения угла наклона (Патент RU №2115091, МПК G01C 9/20, 1998 г.), которое содержит частично заполненный магнитной жидкостью и выполненный из немагнитного материала корпус в виде трубки, две измерительные обмотки, расположенные на соответствующих концах трубки корпуса, две торцевые крышки для герметизации полости трубки. Во втором варианте магнитная жидкость расположена на постоянных магнитах, примыкающих к торцевым поверхностям магнитопроводной втулки, в виде двух капель. В крышках установлены постоянные центрирующие магниты.A magnetically-liquid device for determining the angle of inclination is known (Patent RU No. 2115091, IPC G01C 9/20, 1998), which comprises a housing in the form of a tube partially filled with magnetic fluid and made of non-magnetic material, two measuring windings located at the respective ends of the housing tube , two end caps for sealing the tube cavity. In the second embodiment, the magnetic fluid is located on permanent magnets adjacent to the end surfaces of the magnetic core, in the form of two drops. Permanent centering magnets are installed in the covers.

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие, обусловленное возникновением перепада давлений между постоянными и центрирующими магнитами, установленными в крышках, связанное с уменьшением объема воздуха и, как следствие, повышением давления, в направлении наклона устройства, что приводит к росту сопротивления при движении постоянных магнитов внутри трубки корпуса, а также отсутствие регулировок диапазона измерений и чувствительности преобразований.A disadvantage of the known device is the low speed due to the pressure drop between the permanent and centering magnets installed in the covers, associated with a decrease in air volume and, as a consequence, an increase in pressure in the direction of the device, which leads to an increase in resistance when the permanent magnets move inside the tube housing, as well as the lack of adjustment of the measuring range and the sensitivity of the transformations.

Известно магнитожидкостное устройство для определения угла наклона (Патент РФ №113349, МПК G01C 9/00, 2012), которое содержит чувствительный элемент, состоящий из двух кольцевых постоянных магнитов, между внутренними торцевыми поверхностями которых расположена цилиндрическая магнитопроводная втулка со сквозным отверстием, а центрирующие магниты выполнены в форме колец и установлены в торцевых крышках, имеющих сквозные отверстия, причем обращенные друг к другу цилиндрические поверхности торцевых крышек и корпуса изготовлены с резьбой.A magnetically liquid device for determining the angle of inclination is known (RF Patent No. 113349, IPC G01C 9/00, 2012), which contains a sensing element consisting of two annular permanent magnets, between the inner end surfaces of which there is a cylindrical magnetic core with a through hole, and centering magnets made in the form of rings and installed in end caps having through holes, and the cylindrical surfaces of the end caps and body facing each other are threaded.

Недостатком данного устройства является неудобство его заправки магнитной жидкостью, что связано с расположением чувствительного элемента внутри корпуса. Кроме этого, наличие резьбы только на обращенных друг к другу цилиндрических поверхностях торцевых крышек и корпуса не позволяет производить более тонкую настройку и иметь широкий диапазон для измерения угла наклона.The disadvantage of this device is the inconvenience of filling it with magnetic fluid, which is associated with the location of the sensing element inside the housing. In addition, the presence of threads only on the cylindrical surfaces of the end caps and the housing facing each other does not allow finer tuning and a wide range for measuring the angle of inclination.

Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение эксплуатационных возможностей магнитожидкостного устройства для определения угла наклона, за счет наличия двух независимых настроек и упрощение процесса заправки.The technical result of the proposed device is to expand the operational capabilities of the magneto-liquid device for determining the angle of inclination, due to the presence of two independent settings and simplifying the filling process.

Технический результат достигается тем, что магнитожидкостное устройство для определения угла наклона, содержит выполненный из немагнитного материала корпус в виде трубки; измерительные обмотки и центрирующие постоянные магниты, размещенные на концах корпуса, закреплены в немагнитопроводных втулках, расположенных на внешней поверхности корпуса; чувствительный элемент, состоящий из двух кольцевых постоянных магнитов, между внутренними торцевыми поверхностями которых помещена цилиндрическая магнитопроводная втулка со сквозным отверстием,, чувствительный элемент установлен коаксиально внешней поверхности корпуса, магнитная жидкость расположена в зазоре между внешней поверхностью корпуса и внутренней цилиндрической поверхностью постоянных магнитов чувствительного элемента, а одноименные полюса постоянных магнитов чувствительного элемента и центрирующих магнитов обращены друг к другу;. Чувствительный элемент выполнен как минимум из двух кольцевых магнитов, примыкающих друг к другу торцевыми поверхностями разноименных полюсов. Чувствительный элемент выполнен из кольцевого магнита, расположенного между двух магнитопроводных втулок.The technical result is achieved by the fact that the magneto-liquid device for determining the angle of inclination comprises a tube made of non-magnetic material; measuring windings and centering permanent magnets located at the ends of the housing are fixed in non-magnetic bushings located on the outer surface of the housing; a sensitive element consisting of two annular permanent magnets, between the inner end surfaces of which there is a cylindrical magnetic sleeve with a through hole, the sensitive element is mounted coaxially with the outer surface of the housing, the magnetic fluid is located in the gap between the outer surface of the housing and the inner cylindrical surface of the permanent magnets of the sensing element, and the same poles of the permanent magnets of the sensing element and the centering magnets are facing s to each other ;. The sensitive element is made of at least two ring magnets adjacent to each other by the end surfaces of opposite poles. The sensitive element is made of an annular magnet located between two magnetic bushes.

На фиг.1 представлено магнитожидкостное устройство для измерения угла наклона. На фиг.2 и фиг.3 представлены варианты исполнения чувствительного элемента.Figure 1 shows the magneto-liquid device for measuring the angle of inclination. Figure 2 and figure 3 presents embodiments of the sensitive element.

Магнитожидкостное устройство для измерения угла наклона состоит из корпуса 1, в виде полой цилиндрической трубки, изготовленной из немагнитопроводного материала, по обеим сторонам которой расположены две измерительные обмотки 2, закрепленные в немагнитопроводных втулках 3, и расположенные внутри корпуса 1, и два центрирующих магнита 4, закрепленные в немагнитопроводных втулках 5. С наружной стороны корпуса расположен чувствительный элемент, состоящий из двух кольцевых постоянных магнитов 6, между внутренними торцевыми поверхностями которых расположена магнитопроводная втулка 7. Центрирующие кольцевые магниты 4 направлены одноименными полюсами к кольцевым постоянным магнитам 6 чувствительного элемента. В цилиндрическом зазоре, образованном кольцевыми постоянными магнитами 6 и наружной поверхностью корпуса 1 находится магнитная жидкость 8, которая удерживается в нем пондеромоторной силой. Обмотка 9, расположена в обойме 10 и находится внутри корпуса 1.The magneto-liquid device for measuring the angle of inclination consists of a housing 1, in the form of a hollow cylindrical tube made of non-magnetic material, on both sides of which are two measuring windings 2, mounted in non-magnetic bushings 3, and located inside the housing 1, and two centering magnets 4, fixed in non-magnetic bushings 5. On the outside of the housing there is a sensitive element consisting of two annular permanent magnets 6, between the inner end surfaces of the cat ryh disposed flux sleeve 7. Centering ring magnets 4 with like poles are directed to the annular permanent magnets 6 the sensor element. In the cylindrical gap formed by the ring permanent magnets 6 and the outer surface of the housing 1 is a magnetic fluid 8, which is held in it by ponderomotive force. The winding 9 is located in the ferrule 10 and is located inside the housing 1.

Работа магнитожидкостного устройства для измерения угла наклона состоит в следующем.The operation of the magneto-liquid device for measuring the angle of inclination is as follows.

Когда магнитожидкостное устройство для измерения угла наклона находится в горизонтальной плоскости, чувствительный элемент, состоящий из двух кольцевых постоянных магнитов 6 и магнитопроводной втулки 7 находится симметрично по отношению к объему внутренней полости корпуса 1 и первичной обмотки 9. Измерительные обмотки 2 включены, например, в плечи моста переменного тока высокой частоты. Так как электрические сопротивления обмоток 2 равны между собой, то мост находится в равновесии. Сигнал на выходе полностью отсутствует. При изменении угла наклона магнитожидкостного устройства на чувствительный элемент действует сила тяжести, и он смещается в сторону наклона, что приводит к нарушению равновесия моста переменного тока, которое вызвано изменением индуктивных сопротивлений обмоток. Появляется выходной сигнал, фиксируемый системой сравнения, величина которого пропорциональна углу наклона магнитожидкостного устройства. Перемещение чувствительного элемента, под действием силы тяжести, продолжается до тех пор, пока она не уравновесится магнитной силой отталкивания, создаваемой кольцевыми центрирующими магнитами 4 и кольцевыми постоянными магнитами 6 чувствительного элемента. Постоянные магниты выполнены в форме колец.When the magneto-liquid device for measuring the angle of inclination is in the horizontal plane, the sensing element, consisting of two annular permanent magnets 6 and the magnetic core 7 is symmetrical with respect to the volume of the internal cavity of the housing 1 and the primary winding 9. Measuring windings 2 are included, for example, in the shoulders high frequency AC bridge. Since the electrical resistance of the windings 2 are equal to each other, the bridge is in equilibrium. There is no signal at the output. When the angle of inclination of the magneto-liquid device changes, gravity acts on the sensing element, and it shifts toward the inclination, which leads to an imbalance in the alternating current bridge, which is caused by a change in the inductive resistances of the windings. An output signal is detected by the comparison system, the value of which is proportional to the angle of inclination of the magneto-liquid device. The movement of the sensitive element, under the action of gravity, continues until it is balanced by the magnetic repulsive force created by the ring centering magnets 4 and the ring permanent magnets 6 of the sensor. Permanent magnets are made in the form of rings.

Для регулирования диапазона измеряемых углов на обращенных друг к другу внутренних цилиндрических поверхностях втулок 3 и корпуса 1 и наружных немагнитопроводных втулок 5 и корпуса 1 выполнена резьба. За счет перемещения немагнитопроводных втулок 5 с центрирующими магнитами 4 вдоль корпуса 1 магнитожидкостного устройства изменяется расстояние между обращенными друг к другу постоянными центрирующими магнитами 4 и магнитами чувствительного элемента 6. Это позволяет регулировать эксплуатационные характеристики магнитожидкостного устройства для измерения угла наклона. При этом, диапазон измеряемых углов увеличивается при уменьшении расстояния между постоянными магнитами чувствительного элемента 6 и центрирующими магнитами 4, а чувствительность измерений повышается с увеличением этого расстояния. Для расширения диапазона измеряемых углов и повышения точности настройки, предусмотрена тонкая регулировка, которая достигается перемещением измерительных обмоток 2, закрепленных в немагнитопроводных втулках 3 вдоль внутренней цилиндрической поверхности корпуса по резьбе. Диапазон измеряемых углов увеличивается при уменьшении расстояния между измерительными обмотками 2, а чувствительность измерений повышается с увеличением этого расстояния.To regulate the range of measured angles on the inner cylindrical surfaces of the bushings 3 and the housing 1 facing each other and the external non-magnetic bushings 5 and the housing 1, a thread is made. By moving the non-magnetic bushings 5 with centering magnets 4 along the housing 1 of the magnetofluidic device, the distance between the permanent centering magnets 4 facing each other and the magnets of the sensing element 6 is changed. This allows you to adjust the operating characteristics of the magnetofluidic device for measuring the angle of inclination. Moreover, the range of measured angles increases with decreasing distance between the permanent magnets of the sensing element 6 and the centering magnets 4, and the measurement sensitivity increases with increasing this distance. To expand the range of measured angles and improve tuning accuracy, a fine adjustment is provided, which is achieved by moving the measuring windings 2, fixed in non-magnetic bushings 3 along the inner cylindrical surface of the housing along the thread. The range of measured angles increases with decreasing distance between the measuring windings 2, and the measurement sensitivity increases with increasing this distance.

Магнитная жидкость 8 заправлена между магнитами чувствительного элемента и наружной цилиндрической поверхностью корпуса и обеспечивает удержание чувствительного элемента с наружной стороны корпуса 1 без касания его поверхности. При этом, чувствительный элемент может перемещаться вдоль поверхности корпуса при его наклоне с минимальным трением. За состоянием магнитной жидкости 8, можно наблюдать визуально и производить ее дозаправку с внешней цилиндрической поверхности корпуса под постоянные магниты 6.Magnetic fluid 8 is charged between the magnets of the sensing element and the outer cylindrical surface of the housing and ensures that the sensitive element is held on the outside of the housing 1 without touching its surface. At the same time, the sensitive element can move along the surface of the housing when it is tilted with minimal friction. The state of the magnetic fluid 8 can be observed visually and to refuel it from the outer cylindrical surface of the housing for permanent magnets 6.

Чувствительный элемент может быть выполнен из нескольких кольцевых магнитов, примыкающих друг к другу разноименными полюсами торцевых поверхностей (фиг.2) или выполнен из одного кольцевого магнита, к торцевым поверхностям которого примыкают магнитопроводные втулки (фиг.3).The sensitive element can be made of several ring magnets adjacent to each other by opposite poles of the end surfaces (figure 2) or made of one ring magnet, to the end surfaces of which are adjacent magnetic bushings (figure 3).

Предлагаемую конструкцию целесообразно использовать для измерения углов наклона различных технических объектов, в частности платформ, подъемно-транспортных механизмов, опор линий электропередач, а также в системах автопилотирования летательных аппаратов.It is advisable to use the proposed design for measuring the tilt angles of various technical objects, in particular platforms, hoisting-and-transport mechanisms, power transmission towers, as well as in aircraft autopilot systems.

Claims

1. Magnetic-liquid device for determining the angle of inclination, comprising a housing made of non-magnetic material in the form of a tube; measuring windings and centering permanent magnets located at the ends of the housing; a sensing element, consisting of two annular permanent magnets, between the inner end surfaces of which a cylindrical magnetic sleeve with a through hole is placed, the same poles of the permanent magnets of the sensing element and centering magnets face each other; magnetic fluid, characterized in that the centering magnets are fixed in non-magnetic bushings located on the outer surface of the housing, the sensing element is coaxial to the outer surface of the housing, the magnetic fluid is located in the gap between the outer surface of the housing and the inner cylindrical surface of the permanent magnets of the sensing element, the measuring windings are fixed in non-magnetic bushings installed in the housing on the surfaces of all bushings and bodies facing each other whiskers made thread.

2. The magneto-liquid device for determining the angle of inclination according to claim 1, characterized in that the sensitive element is made of at least two ring magnets adjacent to each other by the end surfaces of the opposite poles.

3. Magnetic-liquid device for determining the angle of inclination, comprising a housing made of non-magnetic material in the form of a tube; measuring windings and centering permanent magnets located at the ends of the housing; a sensitive element, the poles of the same name and the centering magnets facing each other, magnetic fluid, characterized in that the centering magnets are fixed in non-magnetic bushings located on the outer surface of the housing, the sensitive element is made of an annular permanent magnet located between the two magnetic bushes, and installed coaxial to the outer surface of the housing, the magnetic fluid is located in the gap between the outer surface of the housing and the inner cylindrical surface Strongly permanent magnets sensing element, measuring winding nemagnitoprovodnyh secured in bushings mounted in the housing, on the mutually facing surfaces of the bushings and the housing is threaded.