ДАТЧИК УГЛА НАКЛОНА
TILT SENSOR

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах определения углов наклона различных устройств и объектов, например, в системах автоматического горизонтирования платформ, а также в любой области техники для замера углов наклона.
Известно устройство для измерения угла наклона объекта (см. патент США №3839904, G01H 11/00,1972 г.), содержащее ампулу, частично заполненную магнитной жидкостью (МЖ), и размещенные на ней первичную обмотку и соединенные встречно-последовательно вторичные обмотки.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для измерения угла наклона объекта (см. патент ГДР №243341, G01C 9/06, 1987 г.). Устройство содержит ампулу, частично заполненную магнитной жидкостью, и размещенные на ней первичную обмотку и соединенные встречно-последовательно вторичные обмотки, расположенные коаксиально первичной обмотке.
Коаксиальная намотка катушек несколько повышает эффективность датчика, однако оба устройства имеют ряд общих недостатков.
Из-за того, что вязкость магнитной жидкости увеличивается по мере снижения температуры, температурный диапазон эксплуатации датчика ограничен.
По причине того, что магнитопровод устройства является разомкнутым, на показания датчика оказывают влияние внешние магнитные и электромагнитные поля, а также внешние проводники тока, электропроводящие и ферромагнитные массы. Кроме того, магнитный поток рассеивания в данных конструкциях составляет значительную величину, это приводит к необходимости увеличения магнитной индукции, формируемой первичной обмоткой, что, в свою очередь, может приводить к достижению критической для магнитной жидкости напряженности магнитного поля, разрушающей магнитную жидкость и, соответственно, к скорому выводу датчика из строя.
Предлагаемым изобретением решается задача - расширение технических возможностей датчика, повышение его точности, надежности и ресурса.
Технический результат, получаемый при осуществлении предлагаемого технического решения, заключается в разработке конструкции датчика угла наклона, который мог бы обеспечить эксплуатацию и требуемую точность измерений в широком диапазоне температур окружающей среды, независимо от внешних воздействий, и сохранять стабильность магнитной жидкости.
Указанный технический результат достигается тем, что в датчике угла наклона, содержащем ампулу, частично заполненную магнитной жидкостью, на которой размещены первичная обмотка и соединенные встречно-последовательно вторичные обмотки, новым является то, что ампула с обмотками размещена в корпусе из магнитомягкой стали, расположенном в термоизолирующем кожухе, в котором установлены датчик температуры и нагреватель.
Размещение ампулы с обмотками в корпусе из магнитомягкой стали позволяет обеспечить требуемую точность измерений путем замыкания магнитного потока практически без гистерезисного перемагничивания корпуса, экранировать датчик от влияния внешних магнитных и электромагнитных полей, внешних проводников тока, электропроводящих и ферромагнитных масс, кроме того, обеспечить эксплуатацию магнитной жидкости без ее разрушения.
Расположение корпуса с ампулой и обмотками в термоизолирующем кожухе, в котором установлены датчик температуры и нагреватель, позволяет эксплуатировать датчик в условиях низких температур окружающей среды.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что предлагаемое техническое решение обладает «новизной» и «изобретательским уровнем».
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид предложенного датчика.
Датчик угла наклона содержит ампулу 1, частично заполненную магнитной жидкостью 2, на ампуле размещены первичная обмотка 3 и две вторичные обмотки 4, соединенные встречно-последовательно. Ампула 1 с обмотками 3 и 4 размещена в корпусе 5 из магнитомягкой стали. Корпус 5 расположен в термоизолирующем кожухе 6, в котором установлены также датчик температуры 7 и нагреватель 8.
Датчик угла наклона работает следующим образом.
На первичную обмотку 3 подается переменное напряжение питания синусоидальной формы, создается магнитный поток, проходящий через ампулу 1, частично заполненную магнитной жидкостью 2 и корпус 5 из магнитомягкой стали. Во вторичных обмотках 4 наводится ЭДС, зависящая от разности количества магнитной жидкости, находящейся в зоне действия вторичных обмоток 4. В свою очередь, количество магнитной жидкости 2, находящейся в различных частях ампулы 1, зависит от угла наклона объекта. Поскольку вторичные обмотки 4 включены встречно, величина выходного сигнала будет пропорциональна углу наклона, а его фаза будет зависеть от того, в какую сторону происходит наклон.
При температуре внутри термоизолирующего кожуха 6 ниже установленного уровня (10°C) датчик температуры 7 совместно с блоком электроники (не показан) подают напряжение на нагреватель 8, при достижении температуры внутри кожуха выше заданного уровня нагрева (12°C) питание нагревателя снимается.
Совокупность конструктивных элементов, их взаимное расположение, форма выполнения элементов и связь между ними позволяют обеспечить измерение угла наклона в широком диапазоне температур с требуемой точностью, независимо от внешних воздействий, обеспечить высокие надежность и ресурс устройства.
Проведенные испытания предлагаемого датчика показали эффективность и правильность выбранных технических решений, внедрение датчика в производство запланировано в текущем году.