RU128318U1

RU128318U1 - MAGNETO-LIQUID DEVICE FOR TILT ANGLE DETERMINATION

Info

Publication number: RU128318U1
Application number: RU2012152624/28U
Authority: RU
Inventors: Михаил Сергеевич Сайкин; Дарья Юрьевна Морозова
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2013-05-20

Abstract

Магнитожидкостное устройство для определения угла наклона, содержащее выполненный из немагнитного материала корпус в виде трубки с измерительными обмотками, расположенными на концах корпуса, торцевые крышки с закрепленными на внутренней стороне центрирующими постоянными магнитами, установленные в корпусе посредством резьбового соединения с возможностью осевого перемещения, чувствительный элемент, состоящий из двух кольцевых постоянных магнитов, между которыми установлена магнитопроводная втулка, размещенный в корпусе таким образом, что одноименные полюса чувствительного элемента и центрирующих магнитов обращены друг к другу, чувствительный элемент, торцевые крышки и центрирующие магниты имеют соосные сквозные отверстия, магнитная жидкость расположена в корпусе в виде двух капель, постоянные магниты чувствительного элемента погружены в соответствующую каплю магнитной жидкости, отличающееся тем, что содержит полый стержень из немагнитного материала, закрепленный в сквозных отверстиях дополнительных торцевых крышек и проходящий через соосные сквозные отверстия чувствительного элемента, торцевых крышек и центрирующих магнитов, при этом внутренние цилиндрические поверхности кольцевых постоянных магнитов чувствительного элемента и наружная цилиндрическая поверхность полого стержня образуют зазор, заполненный магнитной жидкостью, а стержень имеет хотя бы по одному отверстию с обеих сторон от чувствительного элемента.A magneto-liquid device for determining the angle of inclination, comprising a housing made of non-magnetic material in the form of a tube with measuring windings located at the ends of the housing, end caps with centering permanent magnets fixed on the inside, mounted in the housing by means of a threaded connection with the possibility of axial movement, a sensing element, consisting of two ring permanent magnets, between which a magnetic bush is installed, placed in the housing in such a way that the same poles of the sensitive element and centering magnets are facing each other, the sensitive element, end caps and centering magnets have coaxial through holes, the magnetic fluid is located in the form of two drops, the permanent magnets of the sensitive element are immersed in the corresponding drop of magnetic fluid, different the fact that it contains a hollow rod of non-magnetic material fixed in the through holes of the additional end caps and passing through the coaxial through holes ment sensing element, the end caps and the centering magnets, the inner cylindrical surface of the annular permanent magnets sensitive element and the outer cylindrical surface of the hollow rod to form a gap filled with a magnetic fluid, and the rod has at least one hole on either side of the sensor element.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для определения угла наклона в системах автоматического контроля положения объектов относительно горизонтальной плоскости. Предлагаемое техническое решение 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.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. It is advisable to use the proposed technical solution 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.

Известно магнитожидкостное устройство для определения угла наклона (Патент на изобретение РФ №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.Known magneto-liquid device for determining the angle of inclination (Patent for the invention of the Russian Federation No. 2115091, IPC G01C 9/20, 1998), which contains a partially filled with magnetic fluid and made of non-magnetic material body, in the form of a tube, two measuring windings located on the corresponding the ends of the tube body, two end caps to seal the cavity of the tube. 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 указанного 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. Отсутствие возможности регулирования диапазона измерений и чувствительности преобразований и измерения угла наклона в двух координатных плоскостях.The disadvantage of this 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 corps. The inability to control the measuring range and the sensitivity of the transformations and measuring the angle of inclination in two coordinate planes.

Известно магнитожидкостное устройство для определения угла наклона (Патент на полезную модель РФ №113349, МПК G01C 9/00, 2012 г.), принятое за прототип, содержащее выполненный из немагнитного материала корпус в виде трубки и две измерительные обмотки, расположенные на соответствующих концах корпуса, торцевые крышки с закрепленными на внутренней стороне центрирующими постоянными магнитами, составной магнит, состоящий из двух соединенных постоянных магнитов, размещенный в полости трубки, таким образом, что одноименные полюса постоянных магнитов составного магнита и центрирующих магнитов обращены друг к другу, магнитная жидкость расположена в корпусе в виде двух капель, постоянные магниты составного магнита погружены в соответствующую каплю магнитной жидкости. Между постоянными магнитами составного магнита помещена цилиндрическая магнитопроводная втулка. Постоянные магниты составного магнита, цилиндрическая магнитопроводная втулка, торцевые крышки и центрирующие магниты имеют соосные сквозные отверстия. Торцевые крышки установлены в корпусе посредством резьбового соединения с возможностью осевого перемещения.Known magneto-liquid device for determining the angle of inclination (Patent for a utility model of the Russian Federation No. 1133349, IPC G01C 9/00, 2012), adopted as a prototype containing a housing made of non-magnetic material in the form of a tube and two measuring windings located at the respective ends of the housing , end caps with centering permanent magnets fixed on the inside, a composite magnet consisting of two connected permanent magnets placed in the cavity of the tube, so that the same poles of the permanent magnets ostavnogo magnet and centering magnets face each other, the magnetic fluid disposed in a housing in the form of two droplets, the permanent magnets of the composite magnet are immersed in a corresponding drop of the magnetic fluid. Between the permanent magnets of the composite magnet is placed a cylindrical magnetic sleeve. The permanent magnets of the composite magnet, the cylindrical magnet core, the end caps and the centering magnets have coaxial through holes. End caps are installed in the housing by means of a threaded connection with the possibility of axial movement.

Недостатком указанного устройства является наличие сквозного отверстия в корпусе, что может привести к появлению загрязнений внутри корпуса датчика и, как следствие, уменьшения его быстродействия. Кроме того, под действием силы тяжести чувствительный элемент будет находиться ниже горизонтальной оси симметрии датчика, что приведет к появлению искажений выходного сигнала за счет неравномерности рабочего зазора между наружной цилиндрической поверхностью чувствительного элемента и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса.The disadvantage of this device is the presence of a through hole in the housing, which can lead to the appearance of contaminants inside the sensor housing and, as a result, reduce its speed. In addition, under the influence of gravity, the sensitive element will be below the horizontal axis of symmetry of the sensor, which will lead to distortion of the output signal due to uneven working gap between the outer cylindrical surface of the sensing element and the inner cylindrical surface of the housing.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение точности измерений, снижение искажений выходного сигнала и повышение ресурса работы магнитожидкостного устройства для определения угла наклона.The technical result of the proposed technical solution is to increase the accuracy of measurements, reduce distortion of the output signal and increase the life of the magneto-liquid device for determining the angle of inclination.

Это достигается за счет того, что магнитожидкостное устройство для определения угла наклона, содержащее выполненный из немагнитного материала корпус в виде трубки с измерительными обмотками, расположенными на концах корпуса, торцевые крышки с закрепленными на внутренней стороне центрирующими постоянными магнитами, установленные в корпусе посредством резьбового соединения с возможностью осевого перемещения, чувствительный элемент, состоящий из двух кольцевых постоянных магнитов между которыми установлена магнитопроводная втулка, размещенный в корпусе таким образом, что одноименные полюса чувствительного элемента и центрирующих магнитов обращены друг к другу, чувствительный элемент, торцевые крышки и центрирующие магниты имеют соосные сквозные отверстия, магнитная жидкость расположена в корпусе в виде двух капель, постоянные магниты чувствительного элемента погружены в соответствующую каплю магнитной жидкости, содержит полый стержень из немагнитного материала закрепленный в сквозных отверстиях дополнительных торцевых крышек, и проходящий через соосные сквозные отверстия чувствительного элемента, торцевых крышек и центрирующих магнитов, при этом внутренние цилиндрические поверхности кольцевых постоянных магнитов чувствительного элемента и наружная цилиндрическая поверхность полого стержня образуют зазор, заполненный магнитной жидкостью, а стержень имеет хотя бы по одному отверстию с обеих сторон от чувствительного элемента.This is achieved due to the fact that the magneto-liquid device for determining the angle of inclination, comprising a housing made of non-magnetic material in the form of a tube with measuring windings located at the ends of the housing, end caps with centering permanent magnets fixed on the inside, mounted in the housing by means of a threaded connection with the possibility of axial movement, a sensitive element consisting of two annular permanent magnets between which a magnetic sleeve is installed, positioned in the housing in such a way that the same poles of the sensing element and centering magnets face each other, the sensing element, end caps and centering magnets have coaxial through holes, the magnetic fluid is located in the form of two drops, the permanent magnets of the sensitive element are immersed in the corresponding drop magnetic fluid contains a hollow rod of non-magnetic material fixed in through holes of additional end caps, and passing through coaxial squos the holes of the sensing element, end caps and centering magnets, while the inner cylindrical surfaces of the annular permanent magnets of the sensing element and the outer cylindrical surface of the hollow rod form a gap filled with magnetic fluid, and the rod has at least one hole on both sides of the sensor.

На чертеже представлено магнитожидкостное устройство для измерения угла наклона, которое состоит из корпуса 1, в виде полой цилиндрической трубки, изготовленной из немагнитопроводного материала, по обеим сторонам которой расположены две измерительные обмотки 2 и две торцевые крышки 3, с отверстиями, в которых установлены центрирующие кольцевые постоянные магниты 4. Внутри корпуса 1 расположен чувствительный элемент, состоящий из двух кольцевых постоянных магнитов 5, между внутренними торцевыми поверхностями которых установлена магнитопроводная втулка 6 со сквозным отверстием. Центрирующие кольцевые магниты 4 направлены одноименными полюсами к кольцевым постоянным магнитам 5 чувствительного элемента. С торцов корпуса 1 установлены дополнительные торцевые крышки 7, например, с помощью резьбового соединения, в которых закреплен полый цилиндрический стержень 8 из немагнитного материала, проходящий вдоль внутреннего объема корпуса через соосные сквозные отверстия кольцевых постоянных магнитов 5 и магнитопроводной втулки 6 чувствительного элемента, торцевых крышек 3 и центрирующих магнитов 4. Стержне имеет хотя бы по одному отверстию 9 по обе стороны от чувствительного элемента.The drawing shows a magneto-liquid device for measuring the angle of inclination, which 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 and two end caps 3, with holes in which the centering ring is installed permanent magnets 4. Inside the housing 1 there is a sensitive element consisting of two annular permanent magnets 5, between the inner end surfaces of which are magnetically mounted rovodnaya sleeve 6 with the through hole. The centering ring magnets 4 are directed by the same poles to the ring permanent magnets 5 of the sensing element. Additional end caps 7 are installed from the ends of the housing 1, for example, by means of a threaded connection, in which a hollow cylindrical rod 8 of non-magnetic material is fixed, passing along the internal volume of the housing through coaxial through holes of the ring permanent magnets 5 and the magnetic core 6 of the sensing element, end caps 3 and centering magnets 4. The rod has at least one hole 9 on either side of the sensing element.

В цилиндрических зазорах, образованных между кольцевыми постоянными магнитами 5 с внутренней поверхностью корпуса 1, и наружной цилиндрической поверхностью полого стержня 8 находится магнитная жидкость 10, которая удерживается в них пондеромоторной силой. Первичная обмотка 11 находится на наружной цилиндрической поверхности корпуса 1.In the cylindrical gaps formed between the annular permanent magnets 5 with the inner surface of the housing 1 and the outer cylindrical surface of the hollow rod 8 there is a magnetic fluid 10, which is held in them by ponderomotive force. The primary winding 11 is located on the outer cylindrical surface of 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, то чувствительный элемент, состоящий из двух кольцевых постоянных магнитов 5 и магнитопроводной втулки 6 расположен симметрично по отношению к объему внутренней полости корпуса 1. 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 5 чувствительного элемента.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 5 and the magnetic core 6 is located symmetrically with respect to the volume of the internal cavity of the housing 1. Measuring windings 2 are included, for example, in the shoulders of an AC bridge high frequency. 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 5 of the sensor.

В качестве постоянных магнитов используются магниты в форме колец 5. Сквозные отверстия выполнены в магнитопроводной втулке 6 и полом цилиндрическом стержне 8. Это позволяет повысить быстродействие работы магнитожидкостного устройства для измерения угла наклона и повысить его чувствительность за счет отсутствия перепада давлений, действующего на чувствительный элемент.Magnets in the form of rings 5 are used as permanent magnets. Through holes are made in the magnetic core 6 and the hollow cylindrical rod 8. This makes it possible to increase the speed of operation of the magneto-liquid device for measuring the angle of inclination and to increase its sensitivity due to the absence of pressure differential acting on the sensitive element.

Для регулирования диапазона измеряемых углов на обращенных друг к другу цилиндрических поверхностях торцевых крышек 3 и корпуса 1 выполнена резьба. За счет перемещения торцевых крышек 3 с центрирующими магнитами 4 вдоль корпуса 1 магнитожидкостного устройства изменяется расстояние между обращенными друг к другу постоянными центрирующими магнитами 4 и постоянными магнитами 5 чувствительного элемента. 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 5 и центрирующими магнитами 4, а чувствительность измерений повышается с увеличением этого расстояния.To regulate the range of measured angles on the cylindrical surfaces of the end caps 3 and the housing 1 facing each other, a thread is made. Due to the movement of the end caps 3 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 permanent magnets 5 of the sensing element changes. This allows you to adjust the operational characteristics of the magneto-liquid 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 5 and the centering magnets 4, and the sensitivity of the measurements increases with increasing this distance.

Магнитная жидкость 10 заправлена в зазор между внутренней и наружной цилиндрическими поверхностями магнитов 5 чувствительного элемента, внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1 и в зазор между наружной цилиндрической поверхностью полого немагнитного стержня 8 и обеспечивает удержание чувствительного элемента в горизонтальной плоскости близко к оси симметрии корпуса, что снижает искажение выходного сигнала. При этом, чувствительный элемент может перемещаться внутри поверхности корпуса при его наклоне с минимальным трением.The magnetic fluid 10 is filled into the gap between the inner and outer cylindrical surfaces of the magnets 5 of the sensing element, the inner cylindrical surface of the housing 1 and into the gap between the outer cylindrical surface of the hollow non-magnetic rod 8 and ensures that the sensitive element is held in a horizontal plane close to the axis of symmetry of the housing, which reduces distortion output signal. At the same time, the sensitive element can move inside the surface of the housing when it is tilted with minimal friction.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение точности измерений, снижение искажений выходного сигнала и повышение ресурса работы магнитожидкостного устройства для определения угла наклона.Thus, the proposed technical solution provides improved measurement accuracy, reduced distortion of the output signal and increased life of the magneto-liquid device for determining the angle of inclination.

Claims

A magneto-liquid device for determining the angle of inclination, comprising a housing made of non-magnetic material in the form of a tube with measuring windings located at the ends of the housing, end caps with centering permanent magnets fixed on the inside, mounted in the housing by means of a threaded connection with the possibility of axial movement, a sensing element, consisting of two ring permanent magnets, between which a magnetic bush is installed, placed in the housing in such a way that the same poles of the sensitive element and centering magnets are facing each other, the sensitive element, end caps and centering magnets have coaxial through holes, the magnetic fluid is located in the form of two drops, the permanent magnets of the sensitive element are immersed in the corresponding drop of magnetic fluid, different the fact that it contains a hollow rod of non-magnetic material fixed in the through holes of the additional end caps and passing through the coaxial through holes ment sensing element, the end caps and the centering magnets, the inner cylindrical surface of the annular permanent magnets sensitive element and the outer cylindrical surface of the hollow rod to form a gap filled with a magnetic fluid, and the rod has at least one hole on either side of the sensor element.