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. 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.
Широко известны устройства для определения угла наклона, например «Измеритель наклона» (Авторское свидетельство №1439405, МПК G01C 9/18, 1988 г.) и «Датчик угла наклона объекта» (Авторское свидетельство №857710, МПК G01C 9/18, G01C 9/02, 1981 г.).
Общими недостатками указанных устройств являются малое быстродействие и низкая точность измерений.
Известно магнитожидкостное устройство для определения угла наклона (Патент RU №2115091, МПК G01C 9/20, 1998 г.), принятое за прототип, 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 в виде двух капель, в которых расположены постоянные магниты. 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.
Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение эксплуатационных возможностей магнитожидкостного устройства для определения угла наклона, а также повышение быстродействия за счет уменьшения сопротивления движению чувствительного элемента.
Технический результат достигается тем, магнитожидкостное устройство для определения угла наклона содержит 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.
На чертеже представлено магнитожидкостное устройство для измерения угла наклона, которое состоит из корпуса 1, в виде полой цилиндрической трубки, выполненной из немагнитопроводного материала, на обоих концах которой расположены две измерительные обмотки 2 и две торцевые крышки 3 с отверстиями, в которых установлены центрирующие магниты 4. Внутри корпуса расположены два постоянных магнита 5, между внутренними торцевыми поверхностями которых установлена магнитопроводная втулка 6. Центрирующие магниты 4 направлены одноименными полюсами к постоянным магнитам 5. Постоянные магниты 5 составного магнита, цилиндрическая магнитопроводная втулка 6, торцевые крышки 3 и центрирующие магниты 4 имеют соосные сквозные отверстия. В цилиндрическом зазоре, образованном постоянными магнитами 5 и внутренней поверхностью корпуса 1 находится магнитная жидкость 7, которая удерживается в нем пондеромоторной силой. Торцевые крышки 3 установлены в корпусе 1 посредством резьбового соединения с возможностью осевого перемещения.
Работа магнитожидкостного устройства для измерения угла наклона состоит в следующем.
Когда магнитожидкостное устройство для измерения угла наклона находится в горизонтальной плоскости, составной магнит, состоящий из двух 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 составной магнит 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 составного магнита, под действием силы тяжести, продолжается до тех пор, пока она не уравновесится магнитной силой отталкивания, создаваемой центрирующими магнитами 4 и постоянными магнитами 5 составного магнита.
В постоянных магнитах 5, магнитопроводной втулке 6, центрирующих магнитах 4 и торцевых крышках 3 выполнены сквозные отверстия, это позволяет повысить быстродействие работы магнитожидкостного устройства для измерения угла наклона и повысить его чувствительность, за счет отсутствия перепада давлений, действующего на составной магнит.
Для регулирования диапазона измеряемых углов на обращенных друг к другу цилиндрических поверхностях торцевых крышек и корпуса выполнена резьба. За счет перемещения торцевых крышек 3 с центрирующими магнитами 4 вдоль корпуса магнитожидкостного устройства] изменяется расстояние между обращенными друг к другу центрирующими магнитами 4 и постоянными магнитами 5 составного магнита. Это позволяет регулировать эксплуатационные характеристики магнитожидкостного устройства для измерения угла наклона. При этом диапазон измеряемых углов увеличивается при уменьшении расстояния между постоянными магнитами 5 составного магнита и центрирующими кольцевыми магнитами 4, а чувствительность измерений повышается с увеличением этого расстояния.
Магнитная жидкость 7 заправлена между постоянными магнитами 5 составного магнита и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1 и обеспечивает удержание составного магнита внутри корпуса 1 без касания его внутренней поверхности. При этом составной магнит может перемещаться внутри поверхности корпуса 1 при его наклоне с минимальным трением.
Таким образом, заявленное техническое решение обеспечивает расширение эксплуатационных возможностей магнитожидкостного устройства для определения угла наклона, а также повышение быстродействия за счет уменьшения сопротивления движению составного магнита.