МАГНИТОЖИДКОСТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для определения угла наклона в системах автоматического контроля положения объектов относительно горизонтальной плоскости.
Известно магнитожидкостное устройство для определения угла наклона (Патент па полезную модель RU №113349, МПК G01C 9/00, 2012 г.), содержащее выполненный из немагнитного материала корпус в виде трубки и две измерительные обмотки, расположенные на соответствующих концах корпуса, торцевые крышки с закрепленными на внутренней стороне центрирующими постоянными магнитами, составной магнит, состоящий из двух соединенных постоянных магнитов, размещенный 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. Между постоянными магнитами составного магнита помещена цилиндрическая магнитопроводная втулка. Постоянные магниты составного магнита, цилиндрическая магнитопроводная втулка, торцевые крышки и центрирующие магниты имеют соосные сквозные отверстия. Торцевые крышки установлены в корпусе посредством резьбового соединения с возможностью осевого перемещения.
Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности плавного регулирования силы взаимодействия между центрирующими кольцевыми магнитами и кольцевыми постоянными магнитами чувствительного элемента, что приводит к невозможности настройки быстродействия магнитожидкостного устройства для определения угла наклона.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей магнитожидкостного устройства для определения угла наклона за счет обеспечения плавной настройки быстродействия в широком диапазоне измеряемых углов.
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, дополнительно содержит шунтирующие элементы, выполненные в форме цилиндра из магнитопроводного материала и установленные с возможностью осевого перемещения посредством резьбового соединения в соосных сквозных отверстиях торцевых крышек и центрирующих магнитов.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. Магнитожидкостное устройство для определения угла наклона содержит выполненный из немагнитного материала корпус 1 в виде трубки с измерительными обмотками 2, расположенными на концах корпуса 1. В корпусе 1 посредством резьбового соединения с возможностью осевого перемещения установлены торцевые крышки 3, на внутренней стороне торцевых крышек 3 закреплены центрирующие постоянные магниты 4. В корпусе 1 размещен чувствительный элемент, состоящий из двух кольцевых постоянных магнитов 5, между которыми установлена магнитопроводная втулка 6, таким образом, что одноименные полюса чувствительного элемента и центрирующих постоянных магнитов 4 обращены друг к другу. Чувствительный элемент, торцевые крышки 3 и центрирующие постоянные магниты 4 имеют соосные сквозные отверстия, магнитная жидкость 7 расположена в корпусе 1 в виде двух капель. В соосных сквозных отверстиях торцевых крышек 3 и центрирующих постоянных магнитов 4 с возможностью осевого перемещения установлены шунтирующие элементы 8, выполненные в форме цилиндра из магнитопроводного материала.
Работа магнитожидкостного устройства для измерения угла наклона состоит в следующем. Когда магнитожидкостное устройство для измерения угла наклона находится в горизонтальной плоскости, чувствительный элемент, состоящий из двух кольцевых постоянных магнитов 5 и магнитопроводной втулки 6, расположен 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 центрирующими постоянными магнитами 4 и кольцевыми постоянными магнитами 5 чувствительного элемента.
Дополнительные шунтирующие элементы 8, в соосных сквозных отверстиях торцевых крышек 3 и центрирующих постоянных магнитов 4 с возможностью осевого перемещения. Это позволяет регулировать величину силы взаимодействия между центрирующими постоянными магнитами 4 и кольцевыми постоянными магнитами 5 чувствительного элемента, тем самым осуществляя плавную настройку быстродействия устройства в широком диапазоне измеряемых углов.
Для регулирования диапазона измеряемых углов на обращенных друг к другу цилиндрических поверхностях торцевых крышек 3 и корпуса 1 выполнена резьба. За счет перемещения торцевых крышек 3 с центрирующими постоянными магнитами 4 вдоль корпуса 1 магнитожидкостного устройства изменяется расстояние между обращенными друг к другу центрирующими 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 постоянными магнитами 4, а чувствительность измерений повышается с увеличением этого расстояния.
Кроме того, дополнительный шунтирующий элемент 8 имеющий возможность осевого перемещения по резьбе служит для тонкой регулировки измерения углов наклона предлагаемым устройством. Это позволяет регулировать величину силы взаимодействия между центрирующими постоянными магнитами 4 и кольцевыми постоянными магнитами 5 чувствительного элемента, тем самым осуществляя плавную настройку быстродействия устройства в широком диапазоне измеряемых углов.
При уменьшении расстояния Δ большая часть магнитного потока, создаваемого центрирующими постоянными магнитами 4, будет замыкаться через дополнительный шунтирующий элемент 8, что снижает силу отталкивания с кольцевыми постоянными магнитами 5 чувствительного элемента. Это приводит к увеличению быстродействия устройства, что актуально при измерении малых углов наклона. При увеличении расстояния Δ большая часть магнитного потока, создаваемая центрирующими постоянными магнитами 4, будет замыкаться с внешних сторон центрирующих постоянных магнитов 4, и приводить к увеличению силы отталкивания с кольцевыми постоянными магнитами 5 чувствительного элемента. Такой режим работы необходим для измерения больших углов наклона. Наличие дополнительного шунтирующего элемента 8 позволяет осуществлять тонкую настройку устройства для фиксации углов наклона.
Магнитная жидкость 7 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.
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.