МАГНИТОЖИДКОСТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использовано 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, отсутствие регулировок диапазона измерений и чувствительности преобразований, а также невозможность измерения угла наклона в двух координатной плоскости.
Известно магнитожидкостное устройство для определения угла наклона (Патент на полезную модель РФ N 113349, МПК G01C 9/00, 2012 г.), принятое за прототип, 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 также 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, отсутствие тонкой настройки не позволяет проводить измерение малых углов наклона, а также невозможность измерения угла наклона в двух координатной плоскости при помощи одного устройства.
Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение эксплуатационных возможностей магнитожидкостного устройства для определения угла наклона.
Технический результат достигается тем, что магнитожидкостное устройство для определения угла наклона содержит корпус, чувствительный элемент, выполненный из постоянного магнита, магнитную жидкость, корпус состоит из внешней части, выполненной в виде кольца из магнитопроводного материала и внутренней цилиндрической части, из немагнитопроводного материала, в нижней торцевой части которой в цилиндрическом углублении установлен цилиндрический постоянный магнит, а в верхней торцевой части в цилиндрическом углублении, частично заполненном магнитной жидкостью, расположен чувствительный элемент, образующий с корпусом кольцевой зазор, во внутренней цилиндрической части корпуса по взаимно перпендикулярным осям установлены две пары электромагнитов, таким образом, что каждая пара электромагнитов образуют разноименные полюса, при этом чувствительный элемент выполнен из дискового или кольцевого постоянного магнита и двух концентрически охватывающих его колец, внутреннее кольцо, прилегающее к магниту выполнено из немагнитопроводного материала, а внешнее из магнитопроводного материала, причем диаметр постоянного магнита чувствительного элемента меньше диаметра постоянного магнита, установленного в нижнем торцевом углублении корпуса.
1
2
3
4
На чертеже представлено магнитожидкостное устройство для измерения, для измерения угла наклона в двух координатных плоскостях. Оно выполнено в виде корпуса, состоящего из двух частей, причем внешняя часть 1 представляет собой кольцо, изготовленное из магнитопроводного материала, которое охватывает внутреннюю часть корпуса 2, изготовленную из немагнитопроводного материала. Внутренняя часть корпуса 2 выполнена в форме цилиндра, с цилиндрическими углублениями с верхней и нижней торцевых сторон. В нижнем торцевом углублении установлен цилиндрический постоянный магнит 3, а в верхнем углублении внутренней части корпуса 2 находится магнитная жидкость 4, в которую помещен чувствительный элемент, при этом чувствительный элемент выполнен из дискового или кольцевого постоянного магнита 5 и двух концентрически охватывающих его колец, внутреннее кольцо 6, прилегающее к магниту 5 выполнено из немагнитопроводного материала, а внешнее кольцо 7 из магнитопроводного материала, Диаметр постоянного магнита 5 чувствительного элемента меньше диаметра постоянного магнита 3, установленного в нижнем торцевом углублении внутренней части корпуса 2. Чувствительный элемент образует с внутренней частью корпуса 2 зазор, равномерный при отсутствии наклона. Во внутренней части корпуса 2 по взаимно перпендикулярным осям установлены две пары электромагнитов 8 с обмотками 9, таким образом, что каждая пара электромагнитов образуют разноименные полюса в зонах δ, δ, δ, δ, зазора.
1
2
3
4
1
2
Работа устройства состоит в следующем. Когда магнитожидкостное устройство для измерения угла наклона находится в горизонтальной плоскости, чувствительный элемент, погруженный в магнитную жидкость 4 находится в горизонтальной плоскости и образует с внутренней частью корпуса 2 равномерный зазор, в том числе в зонах δ, δ, δ, δ. Так как, электрические сопротивления обмоток 9 попарно равны между собой, то мост будет находиться в равновесии. Сигнал на выходе полностью отсутствует. При малейшем изменении угла наклона магнитожидкостного устройства на чувствительный элемент действует сила тяжести, и он смещается в сторону наклона, тем самым изменяя равномерность кольцевого зазора между чувствительным элементом и внутренней частью корпуса 2. Предположим, что уменьшились зазоры в зонах δ, δ зазора у полюсов, образованных электромагнитами 8. Это приводит к увеличению магнитной проводимости под полюсами двух электромагнитов. Магнитный поток увеличивается, что приводит к уменьшению сигнала на выходе моста.
Предлагаемую конструкцию целесообразно использовать в системах автоматического регулирования для измерения малых углов наклона различных технических объектов, в частности платформ, подъемно-транспортных механизмов, опор линий электропередач, а также в системах автопилотирования летательных аппаратов.