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 на изобретеие 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 в виде двух капель, в которых расположены постоянные магниты. В крышках установлены постоянные центрирующие магниты.
Недостатком известного устройства для определения угла наклона является нестабильность его выходных характеристик во времени и снижение ресурса работы, вызванное перераспределением магнитной жидкости в неоднородном магнитом поле, возникающем на ребрах магнитов чувствительного элемента.
Известно магнитожидкостное устройство для определения угла наклона (Патент на полезную модель RU №113349, МПК G01C 9/00, 2012 г.), которое содержит выполненный из немагнитного материала корпус в виде трубки, две измерительные обмотки, расположенные на обоих концах корпуса и две торцевые крышки, в которых установлены постоянные центрирующие магниты. Магнитная жидкость расположена в корпусе в виде двух капель, в которые погружен чувствительный элемент, состоящий из двух кольцевых магнитов, соединенных торцевыми поверхностями с магнитопроводной втулкой.
Недостатком известного устройства является изменение, с течением времени, его выходных характеристик и снижение ресурса работы, обусловленное перераспределением магнитной жидкости в неоднородном магнитном поле, возникающем на ребрах магнитов чувствительного элемента.
Техническим результатом предлагаемого устройства является сохранение стабильности выходных характеристик на протяжении срока его эксплуатации, а также повышение ресурса работы магнитожидкостного устройства для определения угла наклона.
Технический результат достигается тем, что в магнитожидкостном устройстве для определения угла наклона, содержащем 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, чувствительный элемент помещен в цилиндрическую втулку из немагнитопроводного материала, причем длина цилиндрической втулки в 1,2-1,3 раза превышает длину чувствительного элемента.
На чертеже представлено в магнитожидкостное устройство для определения угла наклона, которое содержит выполненный из немагнитного материала корпус 1 в виде трубки с измерительными обмотками 2, расположенными на концах корпуса 1. Торцевые крышки 3 с закрепленными на внутренней стороне центрирующими постоянными магнитами 4, установлены в корпусе 1 посредством резьбового соединения с возможностью осевого перемещения. Чувствительный элемент, состоит из двух кольцевых постоянных магнитов 5, между которыми установлена магнитопроводная втулка 6, размещен в корпусе 1 таким образом, что одноименные полюса чувствительного элемента и центрирующих магнитов 4 обращены друг к другу. Чувствительный элемент, торцевые крышки 3 и центрирующие магниты 4 имеют соосные сквозные отверстия, магнитная жидкость 8 расположена в корпусе 1 в виде двух капель. Чувствительный элемент помещен в цилиндрическую втулку 7 из немагнитопроводного материала, причем длина цилиндрической втулки 7 в 1,2-1,3 раза превышает длину чувствительного элемента.
Работа магнитожидкостного устройства для измерения угла наклона заключается 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, находится 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 кольцевыми центрирующими магнитами 4 и кольцевыми постоянными магнитами 5 чувствительного элемента.
В качестве постоянных магнитов используются магниты в форме колец. Сквозные отверстия выполнены в магнитопроводной втулке 6 и торцевых крышках 3. Это позволяет повысить быстродействие работы магнитожидкостного устройства для измерения угла наклона и повысить его чувствительность за счет отсутствия перепада давлений, действующего на чувствительный элемент.
Для регулирования диапазона измеряемых углов на обращенных друг к другу внутренних цилиндрических поверхностях торцевых крышек 3 и корпуса 1 выполнена резьба. За счет перемещения торцевых крышек 3 с центрирующими магнитами 4 вдоль корпуса 1 магнитожидкостного устройства изменяется расстояние между обращенными друг к другу постоянными центрирующими 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 магнитами 4, а чувствительность измерений повышается с увеличением этого расстояния.
В предлагаемом устройстве магнитная жидкость 8 удерживается в зазоре между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью немагнитопроводной втулки 7 в 1,2-1,3 раза превышающей длину, помещенного в нее чувствительного элемента. Это исключает непосредственный контакт магнитной жидкости 8 с постоянными магнитами 5 и позволяет снизить действие градиента магнитного поля на магнитную жидкость и уменьшить ее расслоение. При этом, чувствительный элемент, находящийся внутри немагнитопроводной втулки, может перемещаться внутри цилиндрического корпуса при его наклоне с минимальным трением.
Предлагаемая конструкция может использоваться для измерения углов наклона технических объектов: строительных платформ, подъемно-транспортных механизмов, опор линий электропередач, железнодорожного полотна, а также в системах автопилотирования летательных аппаратов.