RU2469337C1 - Angular acceleration sensor with liquid rotor - Google Patents

Angular acceleration sensor with liquid rotor Download PDF

Info

Publication number
RU2469337C1
RU2469337C1 RU2011114745/28A RU2011114745A RU2469337C1 RU 2469337 C1 RU2469337 C1 RU 2469337C1 RU 2011114745/28 A RU2011114745/28 A RU 2011114745/28A RU 2011114745 A RU2011114745 A RU 2011114745A RU 2469337 C1 RU2469337 C1 RU 2469337C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
angular acceleration
electrodes
cylinder
filled
liquid
Prior art date
Application number
RU2011114745/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011114745A (en
Inventor
Сергей Геннадьевич Жевакин
Виктор Дмитриевич Рогинский
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Арзамасский приборостроительный завод"-ОАО "АПЗ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Арзамасский приборостроительный завод"-ОАО "АПЗ" filed Critical Открытое акционерное общество "Арзамасский приборостроительный завод"-ОАО "АПЗ"
Priority to RU2011114745/28A priority Critical patent/RU2469337C1/en
Publication of RU2011114745A publication Critical patent/RU2011114745A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2469337C1 publication Critical patent/RU2469337C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Micromachines (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: detecting element 1 of a sensor is a cylinder 3 made from dielectric material in which metal electrodes E1, E2 are placed diametrically opposite. Exciting coils OV1, OV2, which are powered by stabilised bipolar current, are placed at the top and bottom in a plane perpendicular to the plane of the electrodes. A toroidal housing is coaxially connected to the cylinder 3. The annular cavity formed is filled with working fluid with defined electroconductivity and viscosity, e.g., water. An electrical signal which is proportional to acceleration is tapped from the electrodes and transmitted to a measuring device, at the output of which a signal proportional to angular acceleration is obtained.
EFFECT: invention simplifies the design while preserving accuracy characteristics and increases reliability owing to exclusion of movable parts.
3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к датчикам угловых ускорений, принцип действия которых основан на законе электромагнитной индукции.The invention relates to measuring equipment, namely to sensors of angular accelerations, the principle of which is based on the law of electromagnetic induction.

Для измерения угловых ускорений применяют устройства с электромеханическими датчиками, выполненными в виде монтируемых на валу парных зубчатых дисков. Относительное смещение их пропорционально контролируемой величине.To measure angular accelerations, devices with electromechanical sensors made in the form of paired gear disks mounted on a shaft are used. The relative displacement is proportional to the controlled value.

Известно бесконтактное устройство для непрерывного измерения угловых ускорений [а.с. СССР №163446, 1964 г.], в котором упругий элемент датчика выполнен в виде немагнитного диска со сквозными отверстиями по торцовой поверхности, скрепленного ферромагнитным инерционным кольцом с зубьями, взаимодействующими в магнитном потоке с зубьями ферромагнитного диска.Known non-contact device for continuous measurement of angular accelerations [and.with. USSR No. 163446, 1964], in which the elastic element of the sensor is made in the form of a non-magnetic disk with through holes on the end surface, fastened by a ferromagnetic inertial ring with teeth interacting in the magnetic flux with the teeth of the ferromagnetic disk.

Недостатками такого устройства является малая чувствительность и сложность конструкции.The disadvantages of this device is the low sensitivity and design complexity.

Известны различные конструкции датчиков угловых ускорений, в которых механические воздействия преобразуются в электрические в результате электрокинетических явлений, возникающих при движении жидкости на границе раздела с твердым телом, например, электрокинетический датчик угловых ускорений, содержащий тороидальный (цилиндрический) корпус, заполненный полярной жидкостью, например ацетоном, внутри которого установлена по крайней мере одна пористая преобразующая перегородка с токосъемными электродами по сторонам [US 2644901, G01P 15/08, 1953 г.].Various designs of angular acceleration sensors are known, in which mechanical effects are converted into electrical ones as a result of electrokinetic phenomena that occur when a fluid moves at the interface with a solid, for example, an electrokinetic angular acceleration sensor containing a toroidal (cylindrical) body filled with a polar liquid, for example acetone inside which at least one porous transforming wall is installed with current collecting electrodes on the sides [US 2644901, G01P 15/08, 1953].

Недостатком известного датчика является низкая надежность, заключающаяся в нарушении герметичности в месте прохождения токовыводов через стенку корпуса под действием механических воздействий; возникновение пузырей при колебании электродов под действием перегрузок.A disadvantage of the known sensor is the low reliability, which consists in a violation of the tightness at the passage of the current leads through the wall of the housing under the action of mechanical stresses; the appearance of bubbles when the electrodes oscillate under the influence of overloads.

Электрокинетический датчик угловых ускорений (патент RU №2018851, G01P 15/08, 1990 г.) содержит заполненный рабочей жидкостью корпус, пористую перегородку, электроды, держатель, объединенные в модульную конструкцию при использовании в конструкции датчика держателя. При механическом воздействии (вращении датчика вокруг своей оси) рабочая жидкость начинает циркулировать, например по часовой стрелке, через пористую перегородку. Протекание жидкости через пористую перегородку приведет в результате электрокинетических явлений к возникновению разности потенциалов на электродах. При изменении направления вращения датчика произойдет смена направления движения жидкости на противоположное, что соответственно изменит знак зарядов на электродах.The electrokinetic angular acceleration sensor (patent RU No. 201851, G01P 15/08, 1990) contains a housing filled with working fluid, a porous baffle, electrodes, and a holder integrated into a modular design when used in the construction of the holder sensor. During mechanical action (rotation of the sensor around its axis), the working fluid begins to circulate, for example clockwise, through the porous septum. The flow of fluid through a porous septum as a result of electrokinetic phenomena leads to the appearance of a potential difference at the electrodes. When the direction of rotation of the sensor changes, the direction of fluid movement changes to the opposite, which accordingly changes the sign of charges on the electrodes.

Недостатком известного датчика является его низкая надежность, обусловленная сложностью технологии его изготовления и достаточно большим количеством комплектующих деталей.A disadvantage of the known sensor is its low reliability, due to the complexity of its manufacturing technology and a sufficiently large number of components.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является датчик угловых ускорений с жидкостным ротором (US 3520196, G01P 15/08, 1970 г.), в котором угловое ускорение преобразуется в электрический сигнал. Это устройство содержит тороидальный (цилиндрический) корпус, заполненный неэлектропроводной жидкостью, выполняющий функцию жидкостного ротора (инерционного элемента). В качестве чувствительного элемента (сенсора) используется электромеханическая система, состоящая из постоянного магнита, подвижной катушки индуктивности, механически связанной с заслонкой, один конец которой помещен в зазоре тороидального корпуса и реагирует на угловое перемещение жидкости в корпусе. Другой конец заслонки служит для преобразования углового перемещения в электрический сигнал, пропорциональный угловому ускорению.Closest to the proposed invention is an angular acceleration sensor with a liquid rotor (US 3520196, G01P 15/08, 1970), in which angular acceleration is converted into an electrical signal. This device contains a toroidal (cylindrical) casing filled with a non-conductive fluid, performing the function of a fluid rotor (inertial element). As a sensitive element (sensor), an electromechanical system is used, consisting of a permanent magnet, a movable inductor, mechanically connected to the valve, one end of which is placed in the gap of the toroidal housing and reacts to the angular movement of fluid in the housing. The other end of the shutter is used to convert angular displacement into an electrical signal proportional to angular acceleration.

Недостатками такого устройства является наличие подвижной катушки индуктивности, снижающей надежность работы устройства, а также сложность конструкции, обусловленная большим количеством прецизионных деталей, и, следовательно, высокая стоимость.The disadvantages of this device is the presence of a movable inductor, which reduces the reliability of the device, as well as the complexity of the design, due to the large number of precision parts, and, therefore, high cost.

Задачей изобретения является упрощение конструкции при сохранении точностных характеристик, повышение надежности за счет отсутствия подвижных механических частей.The objective of the invention is to simplify the design while maintaining accuracy characteristics, increasing reliability due to the lack of moving mechanical parts.

Это достигается тем, что в датчике угловых ускорений с жидкостным ротором, содержащем чувствительный элемент и тороидальный (цилиндрический) корпус, заполненных жидкостью и выполняющих функцию жидкостного ротора, чувствительный элемент представляет собой заполненный рабочей жидкостью цилиндр, выполненный из диэлектрического материала, в котором диаметрально противоположно расположены контактирующие с жидкостью металлические электроды в плоскости, перпендикулярной плоскости электродов, сверху и снизу установлены обмотки возбуждения, запитываемые двухполярным стабилизированным током, тороидальный корпус присоединен соосно к цилиндру чувствительного элемента с образованием кольцевой полости, заполненной рабочей жидкостью, при наличии углового ускорения электрический сигнал, пропорциональный его значению, снимается с электродов чувствительного элемента и подается на измерительное устройство.This is achieved by the fact that in an angular acceleration sensor with a liquid rotor containing a sensing element and a toroidal (cylindrical) housing filled with liquid and performing the function of a liquid rotor, the sensitive element is a cylinder filled with a working fluid made of a dielectric material in which diametrically oppositely located metal electrodes in contact with the liquid in a plane perpendicular to the plane of the electrodes; excitation windings are installed above and below Ia, feeds the bipolar constant current, toroidal body connected coaxially to the cylinder sensitive element to form an annular cavity filled with hydraulic fluid, the presence of angular acceleration of the electric signal proportional to its value, is removed from the electrode sensing element and supplied to the measuring device.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображен предлагаемый датчик угловых ускорений, состоящий из чувствительного элемента 1 и тороидального (цилиндрического) корпуса 2; на фиг.2 - датчик угловых ускорений, вид сверху, где ω - направление действия углового ускорения; на фиг.3 изображена функциональная схема устройства, с помощью которого осуществляется измерение углового ускорения.Figure 1 shows the proposed angular acceleration sensor, consisting of a sensing element 1 and a toroidal (cylindrical) body 2; figure 2 is a sensor of angular accelerations, a top view, where ω is the direction of action of angular acceleration; figure 3 shows a functional diagram of a device with which the measurement of angular acceleration is carried out.

Чувствительный элемент (сенсор) 1 содержит цилиндр 3, Э1, Э2 - электроды; ОВ1, ОВ2 - обмотки возбуждения; V - скорость движения жидкости относительно цилиндра; ИУ - измерительное устройство; f - выходной сигнал, пропорциональный ускорению движения жидкости; Iзап. - стабилизированный ток запитки (фиг.3).The sensitive element (sensor) 1 contains a cylinder 3, E1, E2 - electrodes; OB1, OB2 - field windings; V is the fluid velocity relative to the cylinder; IU - measuring device; f is the output signal proportional to the acceleration of fluid motion; I app. - stabilized supply current (figure 3).

Чувствительный элемент 1 представляет собой цилиндр 3, выполненный из диэлектрического материала, в котором диаметрально противоположно установлены металлические электроды Э1, Э2. В плоскости, перпендикулярной плоскости электродов, установлены сверху и снизу обмотки возбуждения OB1, OB2, запитываемые двухполярным стабилизированным током. Тороидальный корпус 2 присоединяется соосно к цилиндру 3 чувствительного элемента 1. Образованная таким образом кольцевая полость заполняется рабочей жидкостью с определенной электропроводностью и вязкостью, например водой (фиг.1).The sensing element 1 is a cylinder 3 made of a dielectric material in which metal electrodes E1, E2 are diametrically opposed. In the plane perpendicular to the plane of the electrodes, the field windings OB1, OB2 are mounted above and below, energized by a bipolar stabilized current. The toroidal housing 2 is connected coaxially to the cylinder 3 of the sensing element 1. The annular cavity thus formed is filled with a working fluid with a certain electrical conductivity and viscosity, for example, water (Fig. 1).

Жидкость выполняет роль инерционного элемента - жидкостного ротора.The liquid acts as an inertial element - a liquid rotor.

Датчик угловых ускорений работает следующим образом.The angular acceleration sensor operates as follows.

При механическом воздействии - наличии углового ускорения относительно измерительной оси Y (фиг.2) происходит движение кольцевой полости относительно инерционного элемента (жидкости внутри кольцевой полости).With mechanical action - the presence of angular acceleration relative to the measuring axis Y (figure 2), the movement of the annular cavity relative to the inertial element (fluid inside the annular cavity) occurs.

По закону электромагнитной индукции - в жидкости, движущейся в магнитном поле, наводится ЭДС:According to the law of electromagnetic induction, an EMF is induced in a fluid moving in a magnetic field:

e=-B·l·V,e = -B · l · V,

где В - магнитная индукция;where is the magnetic induction;

l - расстояние между электродами;l is the distance between the electrodes;

V - скорость движения жидкости.V is the fluid velocity.

Электрический сигнал, пропорциональный ускорению снимается с электродов Э1 и Э2 и подается на измерительное устройство ИУ (фиг.3). С выхода измерительного устройства выдается сигнал, пропорциональный угловому ускорению. При изменении направления углового ускорения ω (фиг.2) произойдет изменение направления движения жидкости и, соответственно, на выходе измерительного устройства изменится полярность выходного сигнала.An electrical signal proportional to the acceleration is removed from the electrodes E1 and E2 and fed to the measuring device IU (figure 3). A signal proportional to angular acceleration is output from the output of the measuring device. When the direction of angular acceleration ω (Fig. 2) changes, the direction of fluid motion changes and, accordingly, the polarity of the output signal changes at the output of the measuring device.

Таким образом, при механическом воздействии (вращении датчика относительно измерительной оси) рабочая жидкость начнет циркулировать внутри кольцевой полости и по закону электромагнитной индукции в жидкости, движущейся в магнитном поле, наводится ЭДС, электрический сигнал, пропорциональный ускорению снимается с электродов и подается на измерительное устройство, а с выхода измерительного устройства выдается сигнал, пропорциональный угловому ускорению.Thus, during mechanical action (rotation of the sensor relative to the measuring axis), the working fluid will begin to circulate inside the annular cavity and, according to the law of electromagnetic induction, EMF is induced in the fluid moving in the magnetic field, an electrical signal proportional to the acceleration is removed from the electrodes and fed to the measuring device, and a signal proportional to angular acceleration is output from the output of the measuring device.

Отличительными особенностями предлагаемого изобретения являются отсутствие подвижных прецизионных частей, простота конструкции, низкая стоимость.Distinctive features of the invention are the absence of movable precision parts, simplicity of design, low cost.

Claims (1)

Датчик угловых ускорений с жидкостным ротором, содержащий чувствительный элемент и тороидальный (цилиндрический) корпус, заполненные жидкостью и выполняющие функцию жидкостного ротора, отличающийся тем, что чувствительный элемент представляет собой заполненный рабочей жидкостью цилиндр, выполненный из диэлектрического материала, в котором диаметрально противоположно расположены контактирующие с жидкостью металлические электроды в плоскости, перпендикулярной плоскости электродов, сверху и снизу установлены обмотки возбуждения, запитываемые двухполярным стабилизированным током, тороидальный корпус присоединен соосно к цилиндру чувствительного элемента с образованием кольцевой полости, заполненной рабочей жидкостью, при наличии углового ускорения, электрический сигнал, пропорциональный его значению, снимается с электродов чувствительного элемента и подается на измерительное устройство. An angular acceleration sensor with a liquid rotor, comprising a sensing element and a toroidal (cylindrical) body filled with liquid and performing the function of a liquid rotor, characterized in that the sensitive element is a cylinder filled with a working fluid made of a dielectric material in which contacting with metal electrodes in a plane perpendicular to the plane of the electrodes; excitation windings are installed above and below pityvaemye bipolar constant current, toroidal body connected coaxially to the cylinder sensitive element to form an annular cavity filled with hydraulic fluid, the presence of angular acceleration, an electric signal proportional to its value, is removed from the electrode sensing element and supplied to the measuring device.
RU2011114745/28A 2011-04-14 2011-04-14 Angular acceleration sensor with liquid rotor RU2469337C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011114745/28A RU2469337C1 (en) 2011-04-14 2011-04-14 Angular acceleration sensor with liquid rotor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011114745/28A RU2469337C1 (en) 2011-04-14 2011-04-14 Angular acceleration sensor with liquid rotor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011114745A RU2011114745A (en) 2012-10-20
RU2469337C1 true RU2469337C1 (en) 2012-12-10

Family

ID=47145074

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011114745/28A RU2469337C1 (en) 2011-04-14 2011-04-14 Angular acceleration sensor with liquid rotor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2469337C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2594035C2 (en) * 2014-05-12 2016-08-10 Акционерное общество "Арзамасский приборостроительный завод имени П.И. Пландина" (АО "АПЗ") Angular acceleration sensor with liquid rotor
RU2772568C2 (en) * 2019-05-31 2022-05-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» Magnetohydrodynamic angular velocity sensor with liquid ferromagnetic rotor

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3520196A (en) * 1966-03-03 1970-07-14 Systron Donner Corp Fluid rotor angular accelerometer
GB1485327A (en) * 1974-11-18 1977-09-08 Sperry Rand Corp Electrical tilt sensors
SU678426A1 (en) * 1977-02-21 1979-08-05 Предприятие П/Я В-2763 Electrokinetic angular speed transducer
SU1029086A1 (en) * 1981-07-07 1983-07-15 Московское Ордена Ленина, Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Высшее Техническое Училище Им. Н.Э.Баумана Angular motion parameter electrokinetic meter
JPS58221171A (en) * 1982-06-18 1983-12-22 Toyota Motor Corp Angular acceleration sensor
RU2018851C1 (en) * 1990-11-20 1994-08-30 Косинов Анатолий Александрович Electrokinetic angular acceleration sensor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3520196A (en) * 1966-03-03 1970-07-14 Systron Donner Corp Fluid rotor angular accelerometer
GB1485327A (en) * 1974-11-18 1977-09-08 Sperry Rand Corp Electrical tilt sensors
SU678426A1 (en) * 1977-02-21 1979-08-05 Предприятие П/Я В-2763 Electrokinetic angular speed transducer
SU1029086A1 (en) * 1981-07-07 1983-07-15 Московское Ордена Ленина, Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Высшее Техническое Училище Им. Н.Э.Баумана Angular motion parameter electrokinetic meter
JPS58221171A (en) * 1982-06-18 1983-12-22 Toyota Motor Corp Angular acceleration sensor
RU2018851C1 (en) * 1990-11-20 1994-08-30 Косинов Анатолий Александрович Electrokinetic angular acceleration sensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2594035C2 (en) * 2014-05-12 2016-08-10 Акционерное общество "Арзамасский приборостроительный завод имени П.И. Пландина" (АО "АПЗ") Angular acceleration sensor with liquid rotor
RU2772568C2 (en) * 2019-05-31 2022-05-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» Magnetohydrodynamic angular velocity sensor with liquid ferromagnetic rotor

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011114745A (en) 2012-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO891105L (en) ACCELEROMETER.
US20180045545A1 (en) Magneto-inductive flow measuring device with reduced electrical current draw
RU184838U1 (en) VIBRATION MEASUREMENT DEVICE
US4554828A (en) Measuring device for the magneto-inductive measuring of the flow rate of a liquid medium
RU2469337C1 (en) Angular acceleration sensor with liquid rotor
RU2676059C1 (en) Microsystem indicator of electric fields of space apparatus
RU2594628C1 (en) Two degrees of freedom float gyroscope
RU2594035C2 (en) Angular acceleration sensor with liquid rotor
RU140588U1 (en) MAGNETO-LIQUID DEVICE FOR TILT ANGLE DETERMINATION
RU158774U1 (en) MAGNETO-LIQUID DEVICE FOR TILT ANGLE DETERMINATION
US3238787A (en) Angular accelerometer equipped with mercury filled rotor
RU113349U1 (en) MAGNETO-LIQUID DEVICE FOR TILT ANGLE DETERMINATION
RU166054U1 (en) MAGNETO-LIQUID DEVICE FOR TILT ANGLE DETERMINATION
CN113272656A (en) Rotational speed and/or rotational angle sensing unit and working apparatus
RU204436U1 (en) VIBRATION MEASURING DEVICE
RU208162U1 (en) VIBRATION MEASURING DEVICE
RU2490649C2 (en) Method of measuring controlled objects linear accelerations
RU128318U1 (en) MAGNETO-LIQUID DEVICE FOR TILT ANGLE DETERMINATION
RU126451U1 (en) MAGNETO-LIQUID DEVICE FOR TILT ANGLE DETERMINATION
SU845009A1 (en) Device for simultaneous measuring of density, volumetric and mass flow rate
RU2727321C1 (en) Inductive displacement sensor
RU2534423C2 (en) Fluid level meter
RU58223U1 (en) ACCELEROMETER INDUCTION ENERGY INDEPENDENT
SU794543A1 (en) Angular acceleration measuring device
SU823565A1 (en) Deep-well flowmeter

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner