RU2790475C1

RU2790475C1 - Wear sensor with hall effect for control of parts

Info

Publication number: RU2790475C1
Application number: RU2021132641A
Authority: RU
Inventors: Александр Алексеевич Семенов; Владимир Яковлевич Савицкий; Светлана Васильевна Кабина
Filing date: 2021-11-08
Publication date: 2023-02-21

Abstract

FIELD: production automation instrumentation.

SUBSTANCE: in a case of a wear sensor with Hall effect for control of parts, an external magnetic core of a cylindrical type, made of neodymium magnet, is rigidly fixed, inside of which a thin cylindrical bushing made of magneto-sensitive semiconductor material is rigidly installed through an insulation gasket close to an inner surface of the external magnetic core, inserted into a thin insulating cylinder, having at ends current-collecting bushings for supplying DC through conductors soldered at a terminal of the case. On an outer and inner surface of the bushing, thin-film current collectors are installed, connected with conductors to the case terminal, and a spring-loaded cylinder of an internal magnetic core rigidly connected to a sensor is installed inside the insulating cylinder with a sliding fit, and a spring is installed in the bushing screwed in the sensor case.

EFFECT: simplification of a structure, increase in the accuracy of measurement.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению автоматизации производства, может использоваться для измерения износа деталей.SUBSTANCE: invention relates to production automation instrumentation and can be used to measure wear of parts.

Известен датчик для измерения силы тока, содержащий замкнутый магнитопровод, охватывающий проводник с током и магниточувствительный элемент, функционирующий на планарном эффекте Холла. Магниточувствительный элемент выполнен тонкопленочным из материала с низкой коэрцитивной силой и является частью магнитопровода (А.С. СССР 1824603. MIIK G01R 33/06. 1993).Known sensor for measuring current, containing a closed magnetic circuit, covering the conductor with current and a magnetically sensitive element that operates on the planar Hall effect. The magnetically sensitive element is made of a thin-film material with a low coercive force and is part of the magnetic circuit (AS USSR 1824603. MIIK G01R 33/06. 1993).

Однако такой датчик рассчитан на измерение только слабых токов в единицы миллиампер и не обладает достаточной точностью в диапазоне токов, превышающих 0,1 А. Это вызвано значительным снижением чувствительности к магнитному полю, создаваемому протекающим через проводник током, что обусловливает малое значение выходного току из-за значительной нелинейности выходного сигнала тока. Кроме того, в отсутствие тока возможно появление паразитного сигнала, постоянного по величине, вследствие существования остаточной намагниченности магнитопровода, особенно при воздействии токов большой амплитуды.However, such a sensor is designed to measure only low currents of a few milliamps and does not have sufficient accuracy in the range of currents exceeding 0.1 A. This is due to a significant decrease in sensitivity to the magnetic field created by the current flowing through the conductor, which causes a small value of the output current due to for significant non-linearity of the current output signal. In addition, in the absence of current, a parasitic signal of a constant magnitude may appear due to the existence of residual magnetization of the magnetic circuit, especially when exposed to high-amplitude currents.

Известна установка для исследования эффекта Холла. Установка содержит датчик Холла, электромагнит, источник постоянного тока, плюсовая клемма которого соединена через последовательно соединенные первый ключ, амперметр и реостат с первым токовым вводом датчика Холла, а минусовая клемма - со вторым токовым вводом датчика Холла и первым вводом катушки электромагнита. На первой стойке установлен тороид с воздушным зазором в сердечнике. Первый ввод катушки тороида соединен с плюсовой клеммой источника постоянного тока, а второй - через второй ключ с его минусовой клеммой. На подставке установлена вторая стойка, на которой подвижно соединен один конец щупа. На другом конце щупа установлен датчик Холла. На разъем выведены соединительные провода с токовых и холловских электродов датчика Холла, которые проходят внутри щупа и гибкого шланга. С плюсовой клеммой источника постоянного тока соединен через третий ключ первый ввод ступенчатого реостата. Неподвижные контакты переключателя резисторов ступенчатого реостата соединены с соответствующими резисторами ступенчатого реостата, а подвижный контакт соединен со вторым вводом катушки электромагнита. Входные клеммы вольтметра соединены через разъем с холловскими электродами датчика Холла. Первый ввод индикаторной лампочки соединен с первым вводом ступенчатого реостата, а другой ввод - с минусовой клеммой источника постоянного тока (патент RU №2316839, МПК H01F 27/00, опубл. 10.02.10.2008).Known installation for the study of the Hall effect. The installation contains a Hall sensor, an electromagnet, a direct current source, the positive terminal of which is connected through the first key, ammeter and rheostat connected in series with the first current input of the Hall sensor, and the negative terminal is connected to the second current input of the Hall sensor and the first input of the electromagnet coil. A toroid with an air gap in the core is installed on the first post. The first input of the toroid coil is connected to the positive terminal of the DC source, and the second - through the second key with its negative terminal. A second stand is installed on the stand, on which one end of the probe is movably connected. A Hall sensor is installed at the other end of the probe. Connecting wires from the current and Hall electrodes of the Hall sensor are brought to the connector, which pass inside the probe and flexible hose. The first input of the stepped rheostat is connected to the positive terminal of the DC source through the third key. The fixed contacts of the step rheostat resistor switch are connected to the corresponding step rheostat resistors, and the movable contact is connected to the second input of the electromagnet coil. The input terminals of the voltmeter are connected through a connector to the Hall electrodes of the Hall sensor. The first input of the indicator light is connected to the first input of the step rheostat, and the other input is connected to the negative terminal of the DC source (patent RU No. 2316839, IPC H01F 27/00, publ. 10.02.10.2008).

Недостатком является сложность конструкции установки.The disadvantage is the complexity of the installation design.

Наиболее близким по технической сущности является датчик тока на эффекте Холла, содержащий магнитопровод, выполненный в виде кольца или тора из материала с высокой магнитной проницаемостью, охватывающий проводник с током, и полупроводниковый преобразователь Холла, отличающийся тем, что в магнитопроводе выполнен тонкий паз, имеющий П-образную форму, при этом толщина стенки 8 магнитопровода в радиальном направлении в месте расположения паза выбрана из соотношения:The closest in technical essence is a current sensor on the Hall effect, containing a magnetic circuit made in the form of a ring or a torus of a material with high magnetic permeability, covering a current-carrying conductor, and a Hall semiconductor converter, characterized in that a thin groove is made in the magnetic circuit, having a P -shaped, while the wall thickness 8 of the magnetic circuit in the radial direction at the location of the groove is selected from the ratio:

f/3<5<f,f/3<5<f,

где

Where

R₂ - внешний радиус магнитопровода;R ₂ - outer radius of the magnetic circuit;

R₁ - внутренний радиус магнитопровода;R ₁ - inner radius of the magnetic circuit;

d - ширина паза;d - groove width;

μ - магнитная проницаемость материала магнитопровода, а преобразователь Холла расположен в пазу на минимально возможном расстоянии от внутреннего радиуса магнитопровода.μ is the magnetic permeability of the material of the magnetic circuit, and the Hall transducer is located in the groove at the minimum possible distance from the inner radius of the magnetic circuit.

Датчик, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен из феррита (патент BY 5116 С1, МКИ G01R 19/00, опубл. 30.06.2003).The sensor, characterized in that the magnetic core is made of ferrite (patent BY 5116 C1, MKI G01R 19/00, publ. 06/30/2003).

Недостатком является низкая точность измерения, связанная с малыми размерами датчика.The disadvantage is the low measurement accuracy associated with the small size of the sensor.

Предлагаемое изобретение направлено на упрощение конструкции и повышение точности измерения устройства.The present invention is aimed at simplifying the design and improving the measurement accuracy of the device.

Это достигается тем, что устройство состоит из двух магнитопроводов и магниточувствительного полупроводникового элемента, принцип действия которого основан на эффекте Холла. Магниточувствитсльный элемент выполнен тонкостенным цилиндром из полупроводникового материала с низкой коэрцитивной силой и является частью магнитопровода. В корпусе прибора закреплен внешний магнитопровод цилиндрического типа из неодимового магнита, внутри которого через изоляционную прокладку вплотную к внутренней поверхности внешнего магнитопровода жестко установлена тонкая цилиндрическая втулка из магниточувствительного полупроводникового элемента, вставленного в тонкий изолирующий цилиндр. Внутрь этого цилиндра по скользящей посадке установлен подпружиненный внутренний магнитопривод, жестко связанный со щупом. На концах втулки из магниточувствительного полупроводникового элемента закреплены токосъемные втулки для подачи постоянного тока в направлении оси, а на наружной и внутренней поверхностях установлены тонкопленочные токосъемники.This is achieved by the fact that the device consists of two magnetic circuits and a magnetically sensitive semiconductor element, the principle of which is based on the Hall effect. The magnetically sensitive element is made of a thin-walled cylinder of a semiconductor material with a low coercive force and is a part of the magnetic circuit. An external cylindrical magnetic circuit made of a neodymium magnet is fixed in the device case, inside which a thin cylindrical bushing of a magnetically sensitive semiconductor element inserted into a thin insulating cylinder is rigidly installed through an insulating gasket close to the inner surface of the external magnetic circuit. Inside this cylinder, a spring-loaded internal magnetic drive is installed along a sliding fit, rigidly connected to the probe. At the ends of the bushing made of a magnetically sensitive semiconductor element, current-collecting bushings are fixed for supplying direct current in the direction of the axis, and thin-film current collectors are installed on the outer and inner surfaces.

Принцип работы заключается в перемещении щупа и жестко связанного с ним цилиндра из подпружиненного внутреннего магнитопровода. По мере износа детали щуп с подпружиненным внутренним магнитопроводом утапливается внутрь корпуса датчика износа с эффектом Холла, что приводит к увеличению магнитного потока через втулку из магниточувствительного полупроводникового материала и соответствующему увеличению измеряемого выходного тока.The principle of operation is to move the probe and the cylinder rigidly connected to it from a spring-loaded internal magnetic circuit. As the part wears, the probe with a spring-loaded internal magnetic core sinks into the wear sensor housing with the Hall effect, which leads to an increase in magnetic flux through the sleeve made of magnetically sensitive semiconductor material and a corresponding increase in the measured output current.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства датчика износа с эффектом Холла для контроля деталей, на фиг. 2 - схема измерительного блока. Он состоит из корпуса 1, магнитопроводов 7, 10 и полупроводникового слоя 9, отличающийся тем, что в корпусе 1 жестко закреплен внешний магнитопровод 7 цилиндрического типа из неодимового магнита, внутри которого через изоляционную прокладку вплотную к внутренней поверхности внешнего магнитопровода жестко установлена тонкая цилиндрическая втулка из магниточувствительного полупроводникового материала 9, вставленная в тонкий изолирующий цилиндр 11, имеющая с торцов токосъемные втулки 6 для подачи постоянного тока через проводники 4, распаянные на клемме корпуса, на наружную и внутреннюю поверхность втулки установлены тонкопленочные токосъемники 8, соединенные проводниками 5 с клеммой корпуса (на фиг. не показана), а внутри изолирующего цилиндра по скользящей посадке вставлен подпружиненный цилиндр внутреннего магнитопровода 10, жестко связанный со щупом 12, а пружина 3 установлена во втулку 2, вкрученную в корпус 1 датчика износа с эффектом Холла.In FIG. 1 is a general view of a wear sensor device with a Hall effect for monitoring parts, FIG. 2 - scheme of the measuring unit. It consists of a body 1, magnetic circuits 7, 10 and a semiconductor layer 9, characterized in that in the body 1 an external magnetic circuit 7 of a cylindrical type made of a neodymium magnet is rigidly fixed, inside which a thin cylindrical sleeve of magnetically sensitive semiconductor material 9, inserted into a thin insulating cylinder 11, having current-collecting bushings 6 at the ends for supplying direct current through conductors 4, soldered to the housing terminal, thin-film current collectors 8 are installed on the outer and inner surfaces of the bushing, connected by conductors 5 to the housing terminal (on not shown), and inside the insulating cylinder, a spring-loaded cylinder of the internal magnetic circuit 10 is inserted along a sliding fit, rigidly connected to the probe 12, and the spring 3 is installed in the sleeve 2, screwed into the housing 1 of the wear sensor with the Hall effect.

Датчик износа с эффектом Холла для контроля деталей работает следующим образом. По мере износа детали щуп 12 с подпружиненным внутренним магнитопроводом 10 утапливается внутрь корпуса 1 датчика износа с эффектом Холла, что приводит к увеличению магнитного потока через втулку из магниточувствительного полупроводникового материала 9 и соответствующему увеличению измеряемого выходного тока.A wear sensor with a Hall effect for monitoring parts works as follows. As the part wears, the probe 12 with a spring-loaded internal magnetic circuit 10 sinks into the body 1 of the wear sensor with the Hall effect, which leads to an increase in the magnetic flux through the sleeve of magnetically sensitive semiconductor material 9 and a corresponding increase in the measured output current.

Применение датчика износа с эффектом Холла для контроля деталей позволяет упростить конструкцию прибора, повысить точность измерения за счет использования двух магнитов.The use of a wear sensor with the Hall effect for monitoring parts allows us to simplify the design of the device, improve the measurement accuracy due to the use of two magnets.

Claims

A wear sensor with a Hall effect for monitoring parts, consisting of a housing, magnetic circuits and a semiconductor layer, characterized in that an external cylindrical magnetic circuit made of a neodymium magnet is rigidly fixed in the housing, inside which a thin cylindrical sleeve is rigidly installed through an insulating gasket close to the inner surface of the external magnetic circuit from a magnetically sensitive semiconductor material, inserted into a thin insulating cylinder, having current-collecting bushings at the ends for supplying direct current through conductors soldered to the housing terminal, thin-film current collectors are installed on the outer and inner surfaces of the bushing, connected by conductors to the housing terminal, and inside the insulating cylinder along a sliding landing, a spring-loaded cylinder of the internal magnetic circuit is inserted, rigidly connected to the probe, and the spring is installed in a sleeve screwed into the sensor housing.