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 RU №2115091, МПК G01C 9/20, 1998 г.), которое содержит частично заполненный магнитной жидкостью и выполненный из немагнитного материала корпус в виде трубки, две измерительные обмотки, расположенные на соответствующих концах трубки корпуса, две торцевые крышки для герметизации полости трубки. Во втором варианте магнитная жидкость расположена на постоянных магнитах, примыкающих к торцевым поверхностям магнитопроводной втулки, в виде двух капель. В крышках установлены постоянные центрирующие магниты.
Недостатком известного устройства является низкое быстродействие, обусловленное возникновением перепада давлений между постоянными и центрирующими магнитами, установленными в крышках, связанное с уменьшением объема воздуха и, как следствие, повышением давления, в направлении наклона устройства, что приводит к росту сопротивления при движении постоянных магнитов внутри трубки корпуса, а также отсутствие регулировок диапазона измерений и чувствительности преобразований.
Известно магнитожидкостное устройство для определения угла наклона (Патент РФ №113349, МПК G01C 9/00, 2012), которое содержит чувствительный элемент, состоящий из двух кольцевых постоянных магнитов, между внутренними торцевыми поверхностями которых расположена цилиндрическая магнитопроводная втулка со сквозным отверстием, а центрирующие магниты выполнены в форме колец и установлены в торцевых крышках, имеющих сквозные отверстия, причем обращенные друг к другу цилиндрические поверхности торцевых крышек и корпуса изготовлены с резьбой.
Недостатком данного устройства является неудобство его заправки магнитной жидкостью, что связано с расположением чувствительного элемента внутри корпуса. Кроме этого, наличие резьбы только на обращенных друг к другу цилиндрических поверхностях торцевых крышек и корпуса не позволяет производить более тонкую настройку и иметь широкий диапазон для измерения угла наклона.
Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение эксплуатационных возможностей магнитожидкостного устройства для определения угла наклона, за счет наличия двух независимых настроек и упрощение процесса заправки.
Технический результат достигается тем, что магнитожидкостное устройство для определения угла наклона, содержит выполненный из немагнитного материала корпус в виде трубки; измерительные обмотки и центрирующие постоянные магниты, размещенные на концах корпуса, закреплены в немагнитопроводных втулках, расположенных на внешней поверхности корпуса; чувствительный элемент, состоящий из двух кольцевых постоянных магнитов, между внутренними торцевыми поверхностями которых помещена цилиндрическая магнитопроводная втулка со сквозным отверстием,, чувствительный элемент установлен коаксиально внешней поверхности корпуса, магнитная жидкость расположена в зазоре между внешней поверхностью корпуса и внутренней цилиндрической поверхностью постоянных магнитов чувствительного элемента, а одноименные полюса постоянных магнитов чувствительного элемента и центрирующих магнитов обращены друг к другу;. Чувствительный элемент выполнен как минимум из двух кольцевых магнитов, примыкающих друг к другу торцевыми поверхностями разноименных полюсов. Чувствительный элемент выполнен из кольцевого магнита, расположенного между двух магнитопроводных втулок.
На фиг.1 представлено магнитожидкостное устройство для измерения угла наклона. На фиг.2 и фиг.3 представлены варианты исполнения чувствительного элемента.
Магнитожидкостное устройство для измерения угла наклона состоит из корпуса 1, в виде полой цилиндрической трубки, изготовленной из немагнитопроводного материала, по обеим сторонам которой расположены две измерительные обмотки 2, закрепленные в немагнитопроводных втулках 3, и расположенные внутри корпуса 1, и два центрирующих магнита 4, закрепленные в немагнитопроводных втулках 5. С наружной стороны корпуса расположен чувствительный элемент, состоящий из двух кольцевых постоянных магнитов 6, между внутренними торцевыми поверхностями которых расположена магнитопроводная втулка 7. Центрирующие кольцевые магниты 4 направлены одноименными полюсами к кольцевым постоянным магнитам 6 чувствительного элемента. В цилиндрическом зазоре, образованном кольцевыми постоянными магнитами 6 и наружной поверхностью корпуса 1 находится магнитная жидкость 8, которая удерживается в нем пондеромоторной силой. Обмотка 9, расположена в обойме 10 и находится внутри корпуса 1.
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 6 и магнитопроводной втулки 7 находится симметрично по отношению к объему внутренней полости корпуса 1 и первичной обмотки 9. 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 кольцевыми центрирующими магнитами 4 и кольцевыми постоянными магнитами 6 чувствительного элемента. Постоянные магниты выполнены в форме колец.
Для регулирования диапазона измеряемых углов на обращенных друг к другу внутренних цилиндрических поверхностях втулок 3 и корпуса 1 и наружных немагнитопроводных втулок 5 и корпуса 1 выполнена резьба. За счет перемещения немагнитопроводных втулок 5 с центрирующими магнитами 4 вдоль корпуса 1 магнитожидкостного устройства изменяется расстояние между обращенными друг к другу постоянными центрирующими магнитами 4 и магнитами чувствительного элемента 6. Это позволяет регулировать эксплуатационные характеристики магнитожидкостного устройства для измерения угла наклона. При этом, диапазон измеряемых углов увеличивается при уменьшении расстояния между постоянными магнитами чувствительного элемента 6 и центрирующими магнитами 4, а чувствительность измерений повышается с увеличением этого расстояния. Для расширения диапазона измеряемых углов и повышения точности настройки, предусмотрена тонкая регулировка, которая достигается перемещением измерительных обмоток 2, закрепленных в немагнитопроводных втулках 3 вдоль внутренней цилиндрической поверхности корпуса по резьбе. Диапазон измеряемых углов увеличивается при уменьшении расстояния между измерительными обмотками 2, а чувствительность измерений повышается с увеличением этого расстояния.
Магнитная жидкость 8 заправлена между магнитами чувствительного элемента и наружной цилиндрической поверхностью корпуса и обеспечивает удержание чувствительного элемента с наружной стороны корпуса 1 без касания его поверхности. При этом, чувствительный элемент может перемещаться вдоль поверхности корпуса при его наклоне с минимальным трением. За состоянием магнитной жидкости 8, можно наблюдать визуально и производить ее дозаправку с внешней цилиндрической поверхности корпуса под постоянные магниты 6.
Чувствительный элемент может быть выполнен из нескольких кольцевых магнитов, примыкающих друг к другу разноименными полюсами торцевых поверхностей (фиг.2) или выполнен из одного кольцевого магнита, к торцевым поверхностям которого примыкают магнитопроводные втулки (фиг.3).
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.