RU140588U1

RU140588U1 - MAGNETO-LIQUID DEVICE FOR TILT ANGLE DETERMINATION

Info

Publication number: RU140588U1
Application number: RU2013156653/28U
Authority: RU
Inventors: Михаил Сергеевич Сайкин; Дарья Юрьевна Морозова
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2014-05-10

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 на наружной и/или внутренней цилиндрической поверхности магнитопроводной втулки выполнены проточки.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 this 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 grooves are made on the outer and / or inner cylindrical surface of the magnetic core.

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 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 в виде двух капель, в которых расположены постоянные магниты. 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 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 body tubes, two end caps for sealing the tube cavity. In the second embodiment, the magnetic fluid is located in the form of two drops in which permanent magnets are located. 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 на полезную модель РФ №113349, МПК G01C 9/00, 2012 г.), принятое за прототип, которое содержит корпус в виде трубки, изготовленный из немагнитного материала, две измерительные обмотки, расположенные на концах корпуса, торцевые крышки с закрепленными на внутренней стороне центрирующими постоянными магнитами, составной магнит, состоящий из двух постоянных магнитов, между которыми помещена цилиндрическая магнитопроводная втулка, размещенных 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, а торцевые крышки, установлены в корпусе посредством резьбового соединения с возможностью осевого перемещения и имеют соосные сквозные отверстия, при этом 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, which contains a housing in the form of a tube made of non-magnetic material, two measuring windings located at the ends housings, end caps with centering permanent magnets fixed on the inside, a composite magnet consisting of two permanent magnets between which a cylindrical magnetic core is placed, placed in the tube cavity in such a way then the same poles of the permanent magnets of the composite magnet and the centering magnets are facing each other, the magnetic fluid is located in the case in the form of two drops, the permanent magnets of the composite magnet are immersed in the corresponding drop of magnetic fluid, and the end caps are mounted in the housing by means of a threaded connection with the possibility of axial movement and have coaxial through holes, while the end caps are installed in the housing by means of a threaded connection with the possibility of axial movement.

Недостаток указанного устройства состоит в низкой точности измерений, обусловленной нарушением соосности центрирующих магнитов и постоянных магнитов составного магнита за счет большой массы магнитопроводной втулки, расположенной между постоянными магнитами.The disadvantage of this device is the low accuracy of the measurements, due to the violation of the alignment of the centering magnets and the permanent magnets of the composite magnet due to the large mass of the magnetic core located between the permanent magnets.

Техническим результатом предлагаемого устройства является снижение погрешности измерений магнитожидкостного устройства для определения угла наклона.The technical result of the proposed device is to reduce the measurement error of the magneto-liquid device for determining the angle of inclination.

Технический результат достигается тем, 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, на наружной и/или внутренней цилиндрической поверхности магнитопроводной втулки выполнены проточки.The technical result is achieved by 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, installed in the housing by means of a threaded connection axial displacement, a sensitive element consisting of two annular permanent magnets, between which a magnetic circuit is installed a null sleeve placed in the housing in such a way that the same poles of the sensing element and centering magnets face 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 grooves are made into the corresponding drop of magnetic fluid on the outer and / or inner cylindrical surface of the magnetic core.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:The claimed technical solution is illustrated by the drawings:

На фиг. 1 представлено магнитожидкостное устройство для измерения угла наклона.In FIG. 1 shows a magneto-liquid device for measuring the angle of inclination.

На фиг. 2 представлен чувствительный элемент, на наружной цилиндрической поверхности магнитопроводной втулки которого выполнены проточки.In FIG. 2 shows a sensitive element, on the outer cylindrical surface of the magnetic core of which the grooves are made.

На фиг. 3 представлен чувствительный элемент, на внутренней цилиндрической поверхности магнитопроводной втулки которого выполнены проточки.In FIG. 3 shows a sensitive element, on the inner cylindrical surface of the magnetic core of which the grooves are made.

На фиг. 4 представлен чувствительный элемент, на наружной и на внутренней цилиндрических поверхностях магнитопроводной втулки которого выполнены проточки.In FIG. 4 shows a sensitive element, on the outer and inner cylindrical surfaces of the magnetic core of which the grooves are made.

На фиг. 1 представлено магнитожидкостное устройство для измерения угла наклона, которое состоит из корпуса 1, в виде полой цилиндрической трубки, изготовленной из немагнитопроводного материала, с торцевых сторон корпуса 1 расположены две измерительных обмотки 2 и две торцевые крышки 3 с отверстиями, в которых установлены центрирующие кольцевые постоянные магниты 4.In FIG. 1 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 conductive material, two measuring windings 2 and two end caps 3 with holes in which centering ring constants are mounted on the end sides of the housing 1 magnets 4.

Внутри корпуса 1 расположен чувствительный элемент, состоящий из двух кольцевых постоянных магнитов 5, между которыми расположена магнитопроводная втулка 6, которая имеет проточки 7, выполненные на наружной (фиг. 2), или на внутренней (фиг. 3) цилиндрической поверхности магнитопроводной втулки, либо на наружной и на внутренней цилиндрических поверхностях магнитопроводной втулки 6 (фиг. 4), причем проточки 7 выполнены на некотором расстоянии от торцевых поверхностей втулки, примыкающих к кольцевым постоянным магнитам 5. Проточки 7, выполненные на наружной или внутренней цилиндрической поверхности, либо на наружной и на внутренней цилиндрических поверхностях магнитопроводной втулки 6 позволяют снизить ее массу, а значит и силу тяжести, действующую на нее тем самым улучшить соосность центрирующих кольцевых постоянных магнитов 4 и кольцевых постоянных магнитов 5 чувствительного элемента за счет снижения массы магнитопроводной втулки 6, расположенной между постоянными магнитами 5.Inside the housing 1, there is a sensing element consisting of two annular permanent magnets 5, between which there is a magnetic core 6, which has grooves 7 made on the outer (Fig. 2), or on the inner (Fig. 3) cylindrical surface of the magnetic core, or on the outer and inner cylindrical surfaces of the magnetic sleeve 6 (Fig. 4), and the grooves 7 are made at some distance from the end surfaces of the sleeve adjacent to the annular permanent magnets 5. Grooves 7 made on and the outer or inner cylindrical surface, or on the outer and inner cylindrical surfaces of the magnetic sleeve 6 can reduce its mass, and hence the gravity acting on it thereby improving the alignment of the centering ring permanent magnets 4 and ring permanent magnets 5 of the sensing element due to reducing the mass of the magnetic core 6 located between the permanent magnets 5.

Центрирующие кольцевые постоянные магниты 4 направлены одноименными полюсами к кольцевым постоянным магнитам 5 чувствительного элемента. В цилиндрическом зазоре, образованном кольцевыми постоянными магнитами 5 и внутренней поверхностью корпуса 1 находится магнитная жидкость 8, которая удерживается в нем пондеромоторной силой.The centering ring permanent magnets 4 are directed by the same poles to the ring permanent magnets 5 of the sensing element. In the cylindrical gap formed by the ring permanent magnets 5 and the inner surface of the housing 1 is a magnetic fluid 8, which is held in it by ponderomotive force.

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 5 и магнитопроводной втулки 6, в которой выполнены проточки 7, находится 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 a magnetic core 6, in which the grooves 7 are made, is symmetrical with respect to the volume of the internal cavity of the housing 1. Measuring windings 2 are included, for example in the shoulders of a 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 reference system, the magnitude 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. Сквозные отверстия выполнены в магнитопроводной втулке 6 и торцевых крышках 3. Это позволяет повысить быстродействие работы магнитожидкостного устройства для измерения угла наклона и повысить его чувствительность за счет отсутствия перепада давлений, действующего на чувствительный элемент.As permanent magnets, ring-shaped magnets are used. Through holes are made in the magnetic core 6 and the end caps 3. This allows you 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 и корпуса выполнена резьба. За счет перемещения торцевых крышек 3 с центрирующими кольцевыми постоянными магнитами 4 вдоль корпуса 1 магнитожидкостного устройства изменяется расстояние между обращенными друг к другу центрирующими кольцевыми постоянными магнитами 4 и кольцевыми 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 кольцевыми постоянными магнитами 5 чувствительного элемента и центрирующими кольцевыми постоянными магнитами 4, а чувствительность измерений повышается с увеличением этого расстояния.To regulate the range of measured angles, threads were made on the cylindrical surfaces of the end caps and the housing facing each other. By moving the end caps 3 with the centering ring permanent magnets 4 along the housing 1 of the magneto-liquid device, the distance between the centering ring permanent magnets 4 facing each other and the ring permanent magnets 5 of the sensing element is changed. 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 ring permanent magnets 5 of the sensing element and the centering ring permanent magnets 4, and the measurement sensitivity increases with increasing this distance.

Магнитная жидкость 8 заправлена между кольцевыми постоянными магнитами 5 чувствительного элемента и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1 и обеспечивает удержание чувствительного элемента внутри корпуса 1 без касания его внутренней поверхности. При этом, чувствительный элемент может перемещаться внутри корпуса 1 при его наклоне с минимальным трением.The magnetic fluid 8 is charged between the annular permanent magnets 5 of the sensing element and the inner cylindrical surface of the housing 1 and ensures that the sensitive element is retained inside the housing 1 without touching its inner surface. Moreover, the sensing element can move inside the housing 1 when it is tilted with minimal friction.

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

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 this 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 grooves are made on the outer and / or inner cylindrical surface of the magnetic core.