RU1786545C - Бесконтактный датчик линейных перемещений - Google Patents

Abstract

Использование: электроника, электротехника , электронные след щие системы, робототехника. Сущность изобретени : изобретение позвол ет достичь линейности выходной характеристики. Устройство включает симметричные посто нные магниты в форме параллелепипедов, одноименные полюса которых обращены друг к другу, а в зазоре магнитопровода и посто нных магнитов элемент Холла, который состоит из двух пр моугольных пластин из магыито- м гкого материала определенных геометрических размеров. 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к приборостроению и автоматизации производства, может использоватьс  в электротехнике, в электронных след щих системах, а также в робототехнике .

Известен бесконтактный датчик перемещений , содержащий датчик Холла и движущийс  относительно него магнит. При этом ЭДС Холла Ux измен ет знак при прохождении магнита через ось симметрии и в этой области наблюдаетс  зависимость между ЭДС Холла и перемещением, близка  к линейной. Однако чувствительность датчика или его выходна  характеристика сильно зависит от рассто ни  между магнитом и датчиком Холла, что приводит к понижению точности фиксации перемещени  при колебани х и смещени х магнита в плоскости, перпендикул рной движению. При этом линейность выходного сигнала от перемещени  и его амплитуда невысоки, что и послужило применением других видов датчиков .

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  датчик, содержащий магнитопровод,

в зазоре которого расположен элемент Холла , причем магнитопровод снабжен улавливающими пластинами, на небольшом рассто нии от которых перемещаетс  магнит , вызывающий переброску направлени  замыкани  магнитного потока при прохождении через плоскость симметрии. Использование магнитопровода увеличивает чувствительность датчика к перемещению, однако точность фиксации положени  магнита (перемещающегос  объекта) остаетс  невысокой вследствие зависимости выходной характеристики (ЭДС Холла) от рассто ни  прохождени  магнита относительно улавливающих пластин. Изменение этого рассто ни  может быть вызвано колебани ми механических систем датчика в направлении , перпендикул рном движению магнита, изменением размеров вследствие теплового расширени  твердых тел, механическими перекосами и т.д. Изменению рассто ний прохождени  магнита с течением времени также способствуют силы взаимного прит жени  между магнитом и увеличивающими пластинами.

XI 00 ON СЛ

от

Целью изобретени   вл етс  повышение точности за счет увеличени  помехоустойчивости к колебани м движущихс  частей устройства, Данный эффект может быть достигнут вследствие независимости выходной характеристики датчика от смещений в поперечном относительно измер емого перемещени  направлении.

Цель достигаетс  тем, что устройство содержит элемент Холла, размещенный в зазоре между ферромагнитными пластинами , образующими магнитопровод, и источник посто нного магнитного пол , выполненный с возможностью перемещени  относительно магнитопровода, причем источник магнитного пол  состоит из двух магнитов в форме параллелепипедов, обращенных друг к другу одноименными полюсами и расположенных симметрично относительно магнитопровода, размещенного в зазоре между магнитами, а элемент Холла включает две пр моугольные пластины из магнитом гкого материала, при этом толщина ферромагнитных пластин равна максимальному размеру чувствительной области элемента Холла, а длина равна 1-2 длинам магнитов.

На фиг. 1 представлен общий вид бесконтактного датчика линейных перемещений . На немагнитном основании 1 размещены два симметричных посто нных магнита 2 в форме пр моугольного параллелепипеда , которые обращены одноименными полюсами друг к другу. Между двум  симметричными ферромагнитными пластинами 3 из магнитом гкого материала разме- щен элемент Холла 4. Толщина ферромагнитных пластин равна чувствительной области пластины Холла, а длина каждой пластины не менее размера длины магнита в направлении перемещени  х.

На фиг. 2 изображена схема функционировани  устройства, на фиг. 2 - линии ин- дукЦии магнитного пол  каждого магнита складываютс  геометрически и имеют составл ющую на оси х, котора  усиливаетс  концентратором магнитного потока, формирующего элемент Холла. При смещении маг- нита относительно элемента Холла на рассто нии Ах от оси симметрии происходит перераспределение магнитной индукции таким образом, что происходит вычитание магнитных потоков, наход щихс  слева и справа от оси 00, причем эта разность пропорциональна смещению Ах. Усиление магнитного потока ферромагнитным концентратором увеличивает амплитуду выходного сигнала, котора  представлена на фиг. 3 Отклонени  от линейности возникают в непосредственной

близости от краев магнита, т.е. при х +I/2.

Физическа  сущность предлагаемого

решени  заключаетс  в том, что при смещении движущихс  частей датчика в направлении , перпендикул рном движению (вдоль оси у, фиг. 1), величина магнитной проводимости между ферромагнитными пластинами и одним из магнитов уменьшаетс , в то

врем  как с другим магнитом она увеличиваетс . Таким образом происходит компенсаци  суммарной магнитной проводимости при незапланированных смещени х по оси у. Это приводит к тому, что в диапазоне

перемещений (-I/2 х I/2) ЭДС Холла не зависит от смещени  по оси у, что и показано на фиг. 3.

В результате внедрени  изобретени  должна повыситьс  эффективность использовани  подобных устройств за счет повышени линейности выходной характеристики и величины ее амплитуды. Исход  из этого расчет годового экономического эффекта производим по формуле, учитывающей экономию производственных ресурсов при выпуске одной и той же продукции:

Э(С1 + ЕнК1)-(С2+Ен К2)-А2, гдеЭ - годовой экономический эффект, руб.;

Ci - себестоимость единицы продукции по базовому варианту, руб; С2 - себестоимость продукции по новому объекту, руб; Ki - удельные капитальные вложени  в производственные фонды дл  базового варианта,

руб; К2 - удельные капитальные вложени  в производственные фонды дл  нового объекта , руб; Ен - нормативный коэффициент капитальных вложений (0,15); А2 - годовой объем производства продукции с помощью

новой техники, шт.

Определ   себестоимость продукции по базовому и новому варианту Ci 25 руб., С2 20 руб., а удельные капитальные вложени  в производственные фонды по базовому и новому объекту как Ki 35 руб., Кз 30 руб., и зна  примерный годовой объем роботов в СССР который составил 100000 шт., определ ем годовой экономический эффект от использовани  новой техники в народном хоз йстве;

Э (25 + 0,15 -35) -(20 + 0,15 30)х х 100000 585000 руб.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Бесконтактный датчик линейных перемещений , содержащий элемент Холла, размещенный в зазоре между ферромагнитными пластинами, образующими магнитопровод, и источник посто нного магнитного пол , выполненный с еоз- моностью перемещени  относительно мэгнитопровода, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  точности за счет увеличени  помехоустойчивости к колебани м движущихс  частей устройства, источник магнитного пол  выполнен из двух магнитов в форме параллелепипедов, обращенных друг к другу одноименными полюсами и расположенных симметрично относительно магнитопровода, размещенного в зазоре между магнитами, а элемент Холла включает две пр моугольные пластины из магнитом гкого материала, при этом толщина ферромагнитных пластин равна максимальному размеру чувствительной области элемента Холла, а длина равна 1-2 длинам магнитов.

   10

   Фиг. i

   о Фиг. 2

   Фиг, 5