RU2801444C1 - Магнито-потенциометрический преобразователь - Google Patents
Магнито-потенциометрический преобразователь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2801444C1 RU2801444C1 RU2022119786A RU2022119786A RU2801444C1 RU 2801444 C1 RU2801444 C1 RU 2801444C1 RU 2022119786 A RU2022119786 A RU 2022119786A RU 2022119786 A RU2022119786 A RU 2022119786A RU 2801444 C1 RU2801444 C1 RU 2801444C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- potentiometric
- magnetic field
- magneto
- optocoupler
- sensors
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к области средств измерения, контроля и безопасности и служит для преобразования линейного или углового перемещения магнитного поля в аналоговый сигнал. Магнито-потенциометрический преобразователь с плюсом, минусом и сигнальной шиной, датчиками магнитного поля, последовательно соединенными резисторами одинакового номинала, образующими потенциометрическую линейку, имеет датчики магнитного поля, основанные на эффекте Холла и соединенные с оптопарой, с необходимым количеством и равным шагом обоих в соответствии с требуемой дискретностью измерения, а количество резисторов одинакового номинала, датчиков Холла и оптопар является равным между собой. Предложенное изобретение позволяет преобразовать линейное или угловое перемещение магнитного поля в аналоговый сигнал с помощью связки датчиков на основе эффекта Холла и оптопары. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области средств измерения, контроля и безопасности и служит для преобразования линейного или углового перемещения магнитного поля в аналоговый сигнал.
Известны инкапсулированные магниточувствительные элементы цепи для индикации глубины и др. (магнито-потенциометрический преобразователь), основанные на герконовых датчиках с плюсом, минусом и сигнальной шиной и последовательно соединенными резисторами одинакового номинала, образующими потенциометрическую линейку (US 4284904 A, G01F23/72, опубл. 1981 г.).
Недостатками магнито-потенциометрического преобразователя с герконовыми датчиками являются:
- дребезг контактов из-за их высокой упругости (для компенсации дребезга применяются контакты, смоченные ртутью, либо в схему включают демпфирующие фильтры);
- стоимость герконовых элементов;
- хрупкость стеклянной колбы герконового элемента;
- сложность монтажа герконового элемента на печатную плату;
- ограниченное количество срабатываний.
Например, общеизвестный поплавковый уровнемер с датчиками магнитного поля в виде герконовых элементов подвержен повреждению при наличии ударных нагрузок в результате падения датчика или повышенной вибрации, вследствие чего у него пониженная надежность в присутствии перечисленных производственных факторов.
В предложенном изобретении найдено решение вышеперечисленных недостатков магнито-потенциометрического преобразователя с герконовыми датчиками, в виде замены их на датчики магнитного поля, основанные на эффекте Холла с оптопарой.
В основу предлагаемого изобретения поставлены задачи расширения эксплуатационных и функциональных возможностей, а также повышение надежности и увеличение времени наработки на отказ.
Данные задачи решают с помощью магнито-потенциометрического преобразователя с плюсом, минусом и сигнальной шиной, датчиками магнитного поля, последовательно соединенными резисторами одинакового номинала, образующими потенциометрическую линейку, согласно изобретению, датчики магнитного поля основаны на эффекте Холла и соединены с оптопарой, с необходимым количеством и равным шагом обоих в соответствии с требуемой дискретностью измерения, а количество резисторов одинакового номинала, датчиков Холла и оптопар является равным между собой.
Магнито-потенциометрический преобразователь можно использовать в любом устройстве для определения местоположения постоянного магнита при линейном и радиальном перемещении, например в приборах для измерения угла поворота, уровня и других линейных перемещений.
Принцип работы магнито-потенциометрического преобразователя нагляднее объяснить на примере работы дискретного уровнемера.
На фиг. 1 изображена схема реализации работы магнито-потенциометрического преобразователя, на фиг. 2 - пример дискретного уровнемера, работу которого осуществляют благодаря магнито-потенциометрическому преобразователю.
На фиг. 1 расположены следующие элементы:
- R1…Rn - резисторы, образующие потенциометрическую линейку;
- VO1…VOn - оптопара;
- RO1…ROn - ограничительный резистор;
- IC1…ICn - датчик Холла;
- Rd - подтягивающий резистор;
- n - порядковый номер элементов схемы - для всех элементов является одинаковым.
Схема имеет три вывода:
VDD - плюс источника питания печатной платы - постоянное стабилизированное напряжение питания - подбирается в соответствии с требуемым уровнем выходного сигнала и напряжением питания, необходимым для датчика Холла, чаще всего равно 5 Вольт.
GND - минус источника питания печатной платы.
SIG - сигнальная шина - вывод шины аналогового сигнала для дальнейшего преобразования или регистрации уровня - при напряжении питания печатной платы равному 5 Вольт, выходной уровень аналогового сигнала будет равен значению от 0 до 5 Вольт.
Цифрами на схеме обозначены выводы соответствующих элементов.
Фиг. 2 - Дискретный уровнемер содержит следующие детали:
1 - крышка корпуса печатной платы регистрации и нормализации сигнала;
2 - корпус печатной платы регистрации и нормализации сигнала;
3 - печатная плата регистрации и нормализации сигнала;
4 - герметичный кабельный ввод;
5 - кабель питания уровнемера;
6 - межплатные соединительные провода;
7 - немагнитная труба;
8 - магнито-потенциометрический преобразователь;
9 - поплавок;
10 - кольцевой магнит;
11 - торцевая герметизирующая заглушка.
Для получения аналогового сигнала используют схему преобразования цифрового сигнала датчиков Холла IC1…ICn в аналоговый сигнал определенной величины, соответствующей уровню нахождения поплавка 9 с кольцевым магнитом 10 на данном участке немагнитной трубы 7 в виде магнито-потенциометрического преобразователя по принципу работы герконового элемента, но основанного на взаимодействии датчика Холла ICn, как чувствительного элемента, инициирующего срабатывание оптопары VOn - в качестве исполнительного элемента, замыкающего электрическую цепь.
Измерительной частью дискретного уровнемера является магнито-потенциометрический преобразователь 8, нанесенный на печатную плату 3 шириной, позволяющей разместить ее внутри немагнитной трубы 7 и расчетной длиной, позволяющей разместить на ней необходимое количество датчиков Холла IC1…ICn, оптопар VO1…VOn, ограничительных резисторов RO1…ROn - с необходимым равным шагом в соответствии с требуемой дискретностью измерения уровнемера. Такое соотношение размеров элементов магнито-потенциометрического преобразователя необходимо соблюдать при расположении его в любом из необходимых устройств измерения.
Принцип работы магнито-потенциометрического преобразователя заключается в следующем.
Плюс источника питания печатной платы VDD питает последовательно соединенные, равные по номиналу и характеристикам, резисторы R1…Rn, образующие потенциометрическую линейку.
Измеренное падение напряжения Un между выводом 1 каждого из резисторов R1…Rn и минусом источника питания печатной платы GND рассчитывают по формуле:
UVDD - постоянное напряжение плюса источника питания печатной платы;
- номинальное сопротивление резисторов, образующих потенциометрическую линейку;
N - количество последовательно соединенных резисторов, образующих потенциометрическую линейку;
n - порядковый номер резистора, образующего потенциометрическую линейку начиная с вывода VDD источника питания платы преобразователя.
При погружении уровнемера в емкость с жидкостью, на поплавок 9, имеющий положительную плавучесть в отношении к измеряемой жидкости, начинает действовать выталкивающая сила, которая заставляет его перемещаться по вертикальной направляющей немагнитной трубе 7 к поверхности измеряемой жидкости. Кольцевой магнит 10, расположенный в поплавке 9 наводит магнитное поле на датчик Холла ICn, что приводит к срабатыванию последнего и тот получает потенциал, равный потенциалу минуса источника питания печатной платы GND.
Вывод №3 датчика Холла ICn электрически соединен с катодом (вывод №2) оптопары VOn. Анод (вывод №1) оптопары VOn соединен с плюсом источника питания печатной платы VDD через ограничительный резистор ROn. Номинал ограничительного резистора ROn подбирают в соответствии с нагрузочной способностью датчика Холла ICn.
При появлении на катоде (вывод №2) оптопары VOn минуса источника питания печатной платы GND, через фотоизлучатель (на фигуре не показан) оптопары VOn начинает протекать электрический ток I1…In по цепи:
VDD - вывод №1 ограничительного резистора ROn - вывод №2 ограничительного резистора ROn - вывод №1 оптопары VOn - вывод №2 оптопары VOn - вывод №3 датчика Холла ICn - вывод №2 датчика Холла ICn - GND, рассчитываемый по формуле:
, где
UVDD - постоянное напряжение плюса источника питания печатной платы;
ROn - номинальное сопротивление ограничительного резистора.
Ток In, проходящий через фотоизлучатель оптопары VOn, инициирует переключение фотоприемника (на фигуре не показан) оптопары VOn, который замыкает сигнальную шину SIG печатной платы 3 и соответствующий вывод №1 резистора Rn , наводя на ней потенциал Un, образованный резисторами R1…Rn.
Перемещение поплавка 9 с кольцевым магнитом 10 по немагнитной трубе 7 на расстояние, равное расстоянию между смежными датчиками Холла ICn и ICn±1, увеличивает или уменьшает, в зависимости от направления перемещения поплавка 9 (увеличение или уменьшение уровня жидкости), напряжение, регистрируемое на сигнальной шине SIG на величину равную:
, где
Un - регистрируемое напряжение на сигнальной шине SIG до перемещения поплавка 9;
Un+1 - регистрируемое напряжение на сигнальной шине SIG после перемещения поплавка 9, при уменьшении уровня жидкости на величину, равную расстоянию между смежными датчиками Холла ICn и ICn+1;
Un-1 - регистрируемое напряжение на сигнальной шине SIG после перемещения поплавка 9, при увеличении уровня жидкости на величину, равную расстоянию между смежными датчиками Холла ICn и ICn-1.
Предложенное изобретение позволяет преобразовать линейное или угловое перемещение магнитного поля в аналоговый сигнал с помощью связки датчиков на основе Холла и оптопары, которые являются компактными, недорогими и надежными, крепкими и устойчивыми к механическим повреждениям элементами, что значительно повышает эксплуатационную стойкость устройств, используемых в области измерения, контроля и безопасности.
Claims (1)
- Магнито-потенциометрический преобразователь с плюсом, минусом и сигнальной шиной, датчиками магнитного поля, последовательно соединенными резисторами одинакового номинала, образующими потенциометрическую линейку, отличающийся тем, что датчики магнитного поля основаны на эффекте Холла и соединены с оптопарой, с необходимым количеством и равным шагом обоих в соответствии с требуемой дискретностью измерения, а количество резисторов одинакового номинала, датчиков Холла и оптопар является равным между собой.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2801444C1 true RU2801444C1 (ru) | 2023-08-08 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4284904A (en) * | 1978-06-05 | 1981-08-18 | Transamerica Delaval Inc. | Encapsulated magnetically sensitive circuit elements for depth-indicating purposes or the like |
RU2321013C1 (ru) * | 2006-07-25 | 2008-03-27 | Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской Академии Наук (ИПТМ РАН) | Датчик холла для локальной магнитометрии |
RU2674574C2 (ru) * | 2016-06-01 | 2018-12-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Современные технологии" | Цифровой волоконно-оптический датчик перемещения |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4284904A (en) * | 1978-06-05 | 1981-08-18 | Transamerica Delaval Inc. | Encapsulated magnetically sensitive circuit elements for depth-indicating purposes or the like |
RU2321013C1 (ru) * | 2006-07-25 | 2008-03-27 | Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской Академии Наук (ИПТМ РАН) | Датчик холла для локальной магнитометрии |
RU2674574C2 (ru) * | 2016-06-01 | 2018-12-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Современные технологии" | Цифровой волоконно-оптический датчик перемещения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8773116B2 (en) | Rotation angle detecting device | |
US3982087A (en) | Liquid-level indicating means | |
RU2801444C1 (ru) | Магнито-потенциометрический преобразователь | |
GB2074325A (en) | Level Indicators for Electrically Conductive Liquids or Loose Materials | |
CN110440872B (zh) | 一种磁感应料位计 | |
US3276123A (en) | Device for detection and recording of changes and deflection in building structures and the like | |
US4121457A (en) | Liquid sensor | |
GB2190500A (en) | Liquid level sensor | |
RU2155965C1 (ru) | Компенсационный акселерометр | |
JPS60249002A (ja) | 移動距離センサ− | |
US1057261A (en) | Apparatus for indicating the position of moving bodies. | |
CN219455257U (zh) | 一种磁感应开关式油位传感器 | |
JP5206202B2 (ja) | 液面検出装置 | |
JPS608728B2 (ja) | 変位センサ | |
SU308316A1 (ru) | Преобразователь механических величин в электрический сигнал | |
RU2096785C1 (ru) | Компенсационный акселерометр | |
SU1023214A1 (ru) | Устройство дл измерени давлени | |
RU2193165C1 (ru) | Дискретный уровнемер | |
EP3816593A1 (en) | Omnipolar magnetic switch with axially magnetized magnet assembly for improved precision | |
JPS5937694Y2 (ja) | 磁電変換回路 | |
SU1089408A1 (ru) | Гидравлическое устройство дл измерени линейных размеров и перемещений | |
RU2335776C1 (ru) | Преобразователь сигналов тензорезисторных датчиков | |
RU2133039C1 (ru) | Электроизмерительный прибор | |
SU947626A1 (ru) | Электроконтактный датчик микроперемещений | |
SU1675686A1 (ru) | Датчик уровн жидкости |