RU131149U1

RU131149U1 - MAGNETO-LIQUID DEVICE FOR TILT ANGLE DETERMINATION

Info

Publication number: RU131149U1
Application number: RU2013112320/28U
Authority: RU
Inventors: Михаил Сергеевич Сайкин; Анна Андреевна Дугина
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2013-08-10

Abstract

Магнитожидкостное устройство для определения угла наклона, содержащее корпус, чувствительный элемент, выполненный из постоянного магнита, магнитную жидкость, отличающееся тем, что корпус состоит из внешней части, выполненной в виде кольца из магнитопроводного материала и внутренней цилиндрической части из немагнитопроводного материала, в нижней торцевой части которой в цилиндрическом углублении установлен цилиндрический постоянный магнит, а в верхней торцевой части в цилиндрическом углублении, частично заполненном магнитной жидкостью, расположен чувствительный элемент, образующий с корпусом кольцевой зазор, во внутренней цилиндрической части корпуса по взаимно перпендикулярным осям установлены две пары электромагнитов, таким образом, что каждая пара электромагнитов образует разноименные полюса, при этом чувствительный элемент выполнен из дискового или кольцевого постоянного магнита и двух концентрически охватывающих его колец, внутреннее кольцо, прилегающее к магниту выполнено из немагнитопроводного материала, а внешнее из магнитопроводного материала, причем диаметр постоянного магнита чувствительного элемента меньше диаметра постоянного магнита, установленного в нижнем торцевом углублении корпуса.Magnetic-liquid device for determining the angle of inclination, comprising a housing, a sensing element made of a permanent magnet, magnetic fluid, characterized in that the housing consists of an external part made in the form of a ring of magnetic material and an inner cylindrical part of non-magnetic material in the lower end part of which a cylindrical permanent magnet is installed in the cylindrical recess, and in the upper end part in the cylindrical recess partially filled with magnetic fluid A pair of electromagnets is installed in the inner cylindrical part of the housing along mutually perpendicular axes, so that each pair of electromagnets forms opposite poles, while the sensitive element is made of a disk or ring permanent magnet and two concentrically surrounding the rings, the inner ring adjacent to the magnet is made of non-magnetic material, and the outer one of the magnetic material, cm diameter permanent magnet sensing element smaller than the diameter of the permanent magnet mounted in the bottom end housing recess.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использовано 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.Known magneto-liquid device for determining the angle of inclination (Patent RU 2115091, IPC G01C 9/20, 1998), which contains a housing partially filled with magnetic fluid and made of non-magnetic material, in the form of a tube, 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, отсутствие регулировок диапазона измерений и чувствительности преобразований, а также невозможность измерения угла наклона в двух координатной плоскости.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, the lack of adjustment of the measuring range and the sensitivity of the transformations, as well as the inability to measure the angle of inclination in two coordinate planes awns.

Известно магнитожидкостное устройство для определения угла наклона (Патент на полезную модель РФ N 113349, МПК G01C 9/00, 2012 г.), принятое за прототип, 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 также 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.Known magneto-liquid device for determining the angle of inclination (Patent for utility model of the Russian Federation N 113349, IPC G01C 9/00, 2012), adopted as a prototype, which contains a sensing element consisting of two annular permanent magnets, between the inner end surfaces of which is cylindrical a magnetic core with a through hole, and the centering magnets are also made in the form of rings and are installed in the end caps having through holes, with the cylindrical end surfaces facing each other x covers and cases are threaded.

Недостатком данного устройства является неудобство его заправки магнитной жидкостью, что связано с расположением чувствительного элемента внутри корпуса. Кроме этого, отсутствие тонкой настройки не позволяет проводить измерение малых углов наклона, а также невозможность измерения угла наклона в двух координатной плоскости при помощи одного устройства.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 lack of fine tuning does not allow the measurement of small tilt angles, as well as the inability to measure the tilt angle in two coordinate planes using one device.

Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение эксплуатационных возможностей магнитожидкостного устройства для определения угла наклона.The technical result of the proposed device is to expand the operational capabilities of the magneto-liquid device for determining the angle of inclination.

Технический результат достигается тем, что магнитожидкостное устройство для определения угла наклона содержит корпус, чувствительный элемент, выполненный из постоянного магнита, магнитную жидкость, корпус состоит из внешней части, выполненной в виде кольца из магнитопроводного материала и внутренней цилиндрической части, из немагнитопроводного материала, в нижней торцевой части которой в цилиндрическом углублении установлен цилиндрический постоянный магнит, а в верхней торцевой части в цилиндрическом углублении, частично заполненном магнитной жидкостью, расположен чувствительный элемент, образующий с корпусом кольцевой зазор, во внутренней цилиндрической части корпуса по взаимно перпендикулярным осям установлены две пары электромагнитов, таким образом, что каждая пара электромагнитов образуют разноименные полюса, при этом чувствительный элемент выполнен из дискового или кольцевого постоянного магнита и двух концентрически охватывающих его колец, внутреннее кольцо, прилегающее к магниту выполнено из немагнитопроводного материала, а внешнее из магнитопроводного материала, причем диаметр постоянного магнита чувствительного элемента меньше диаметра постоянного магнита, установленного в нижнем торцевом углублении корпуса.The technical result is achieved in that the magneto-liquid device for determining the angle of inclination comprises a housing, a sensing element made of a permanent magnet, magnetic fluid, the housing consists of an external part made in the form of a ring of magnetic material and the inner cylindrical part, of non-magnetic material, in the lower the end part of which a cylindrical permanent magnet is installed in the cylindrical recess, and partially filled in the upper end part in the cylindrical recess magnetic fluid, a sensing element is located, which forms an annular gap with the housing, two pairs of electromagnets are installed in the inner cylindrical part of the housing along mutually perpendicular axes, so that each pair of electromagnets form opposite poles, while the sensitive element is made of a disk or ring permanent magnet and two rings concentrically surrounding it, the inner ring adjacent to the magnet is made of non-magnetic material, and the outer one is made of magnetic core moreover, the diameter of the permanent magnet of the sensing element is less than the diameter of the permanent magnet installed in the lower end recess of the housing.

На чертеже представлено магнитожидкостное устройство для измерения, для измерения угла наклона в двух координатных плоскостях. Оно выполнено в виде корпуса, состоящего из двух частей, причем внешняя часть 1 представляет собой кольцо, изготовленное из магнитопроводного материала, которое охватывает внутреннюю часть корпуса 2, изготовленную из немагнитопроводного материала. Внутренняя часть корпуса 2 выполнена в форме цилиндра, с цилиндрическими углублениями с верхней и нижней торцевых сторон. В нижнем торцевом углублении установлен цилиндрический постоянный магнит 3, а в верхнем углублении внутренней части корпуса 2 находится магнитная жидкость 4, в которую помещен чувствительный элемент, при этом чувствительный элемент выполнен из дискового или кольцевого постоянного магнита 5 и двух концентрически охватывающих его колец, внутреннее кольцо 6, прилегающее к магниту 5 выполнено из немагнитопроводного материала, а внешнее кольцо 7 из магнитопроводного материала, Диаметр постоянного магнита 5 чувствительного элемента меньше диаметра постоянного магнита 3, установленного в нижнем торцевом углублении внутренней части корпуса 2. Чувствительный элемент образует с внутренней частью корпуса 2 зазор, равномерный при отсутствии наклона. Во внутренней части корпуса 2 по взаимно перпендикулярным осям установлены две пары электромагнитов 8 с обмотками 9, таким образом, что каждая пара электромагнитов образуют разноименные полюса в зонах δ₁, δ₂, δ₃, δ₄, зазора.The drawing shows a magneto-liquid device for measuring, for measuring the angle of inclination in two coordinate planes. It is made in the form of a housing consisting of two parts, and the outer part 1 is a ring made of a magnetic material, which covers the inner part of the housing 2, made of a non-magnetic material. The inner part of the housing 2 is made in the form of a cylinder, with cylindrical recesses from the upper and lower end faces. A cylindrical permanent magnet 3 is installed in the lower end recess, and a magnetic fluid 4 is located in the upper recess of the inner part of the housing 2, into which the sensing element is placed, while the sensitive element is made of a disk or annular permanent magnet 5 and two rings concentrically enclosing it, the inner ring 6, adjacent to magnet 5 is made of non-magnetic material, and the outer ring 7 is of magnetic material, The diameter of the permanent magnet 5 of the sensing element is smaller than meter permanent magnet 3 installed in the lower end recess of the inner part of the housing 2. The sensing element forms with the inner part of the housing 2 a gap that is uniform in the absence of inclination. Two pairs of electromagnets 8 with windings 9 are installed in the inner part of the housing 2 along mutually perpendicular axes, so that each pair of electromagnets form opposite poles in the zones δ ₁ , δ ₂ , δ ₃ , δ ₄ , of the gap.

Работа устройства состоит в следующем. Когда магнитожидкостное устройство для измерения угла наклона находится в горизонтальной плоскости, чувствительный элемент, погруженный в магнитную жидкость 4 находится в горизонтальной плоскости и образует с внутренней частью корпуса 2 равномерный зазор, в том числе в зонах δ₁, δ₂, δ₃, δ₄. Так как, электрические сопротивления обмоток 9 попарно равны между собой, то мост будет находиться в равновесии. Сигнал на выходе полностью отсутствует. При малейшем изменении угла наклона магнитожидкостного устройства на чувствительный элемент действует сила тяжести, и он смещается в сторону наклона, тем самым изменяя равномерность кольцевого зазора между чувствительным элементом и внутренней частью корпуса 2. Предположим, что уменьшились зазоры в зонах δ₁, δ₂ зазора у полюсов, образованных электромагнитами 8. Это приводит к увеличению магнитной проводимости под полюсами двух электромагнитов. Магнитный поток увеличивается, что приводит к уменьшению сигнала на выходе моста.The operation of the device is as follows. When the magneto-liquid device for measuring the angle of inclination is in the horizontal plane, the sensing element immersed in the magnetic fluid 4 is in the horizontal plane and forms a uniform gap with the inside of the housing 2, including in the zones δ ₁ , δ ₂ , δ ₃ , δ ₄ . Since the electrical resistance of the windings 9 are equal in pairs, the bridge will be in equilibrium. There is no signal at the output. At the slightest change in the angle of inclination of the magneto-liquid device, gravity acts on the sensitive element, and it shifts toward the inclination, thereby changing the uniformity of the annular gap between the sensitive element and the inner part of the housing 2. Assume that the gaps in the gaps δ ₁ , δ ₂ of poles formed by electromagnets 8. This leads to an increase in magnetic conductivity under the poles of two electromagnets. The magnetic flux increases, which leads to a decrease in the signal at the output of the bridge.

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

Claims

Magnetic-liquid device for determining the angle of inclination, comprising a housing, a sensing element made of a permanent magnet, magnetic fluid, characterized in that the housing consists of an outer part made in the form of a ring of magnetic material and an inner cylindrical part of non-magnetic material in the lower end part which has a cylindrical permanent magnet installed in the cylindrical recess, and in the upper end part in the cylindrical recess partially filled with magnetic fluid A pair of electromagnets is installed in the inner cylindrical part of the housing along mutually perpendicular axes, so that each pair of electromagnets forms opposite poles, while the sensitive element is made of a disk or annular permanent magnet and two concentrically surrounding the rings, the inner ring adjacent to the magnet is made of non-magnetic material, and the outer one of the magnetic material, cm diameter permanent magnet sensing element smaller than the diameter of the permanent magnet mounted in the bottom end housing recess.