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 полезную модель RU №113349, МПК G01C 9/00, 2012 г.), которое 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.
Недостатком указанного устройства является изменение его выходных характеристик и снижение ресурса работы, с течением времени обусловленное перераспределением магнитной жидкости в неоднородном магнитном поле, возникающем на ребрах магнитов чувствительного элемента.
Известно магнитожидкостное устройство для определения угла наклона (Патент на полезную модель RU №166054, МПК G01C 9/20, 2016 г.), принятое за прототип, которое содержит 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.
Недостаток прототипа состоит в низкой точности измерений, обусловленной нарушением соосности центрирующих магнитов и кольцевых постоянных магнитов чувствительного элемента и из-за большой массы чувствительного элемента.
Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение точности измерений устройства для определения угла наклона.
К
К
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, торцевые крышки и центрирующие магниты имеют соосные сквозные отверстия, чувствительный элемент, включающий два постоянных магнита, размещенный в корпусе таким образом, что одноименные полюса постоянных магнитов чувствительного элемента и центрирующих магнитов обращены друг к другу, магнитную жидкость, расположенную в корпусе в виде двух капель, чувствительный элемент выполнен в форме сектора втулки с внутренним радиусом r, наружным радиусом R и центральным углом φ и при этом выполнен составным, содержащим магнитопроводную проставку, установленную между постоянными магнитами, которые размещены на пластине из немагнитопроводного материала, причем центральный угол φ выбран в пределах 90-180°, отношение радиусов r/R выбрано в интервале 0,5-0,8, отношение радиусов R/R выбрано в интервале 0,8-0,98, где R - радиус внутренней поверхности корпуса, а длина пластины в осевом направлении в 1,2-1,3 раза превышает длину постоянных магнитов с проставкой.
Сущность полезной модели поясняется чертежами: на фиг. 1 представлено магнитожидкостное устройство для измерения угла наклона (продольный разрез), на фиг. 2 представлено магнитожидкостное устройство для измерения угла наклона (поперечный разрез по секущей плоскости АА).
К
К
Магнитожидкостное устройство для определения угла наклона содержит корпус 1 в виде трубки, выполненный из немагнитного материала. На концах корпуса 1 расположены измерительные обмотки 2. Корпус 1 снабжен торцевыми крышками 3, на внутренней стороне которых закреплены центрирующие постоянные магниты 4. Торцевые крышки 3 установлены в корпусе 1 посредством резьбового соединения с возможностью осевого перемещения. Торцевые крышки 3 и центрирующие магниты 4 имеют соосные сквозные отверстия. В корпусе 1 размешен чувствительный элемент. Чувствительный элемент выполнен составным и содержит два постоянных магнита 5, между которыми установлена проставка 6, выполненная из магнитопроводного материала, размещенные на пластине 7, выполненной из немагнитопроводного материала. Чувствительный элемент выполнен в форме сектора втулки с внутренним радиусом r и наружным радиусом R и центральным углом φ. Центральный угол φ выбран в пределах 90-180°. Отношение радиусов r/R выбрано в интервале 0,5-0,8, отношение радиусов R/R выбрано в интервале 0,8-0,98, где R - радиус внутренней поверхности корпуса 1, длина пластины 7 в осевом направлении в 1,2-1,3 раза превышает длину постоянных магнитов 5 с проставкой 6. Чувствительный элемент размещен в корпусе 1 таким образом, что одноименные полюса постоянных магнитов 5 чувствительного элемента и центрирующих магнитов 4 обращены друг к другу. Магнитная жидкость 8, расположенная в зазоре, образованном внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1 и внешней поверхностью пластины 7 чувствительного элемента, в виде двух капель в зонах кольцевых постоянных магнитов 5, удерживается пондеромоторной силой.
Работа магнитожидкостного устройства для измерения угла наклона состоит в следующем.
Когда магнитожидкостное устройство для измерения угла наклона находится в горизонтальной плоскости, чувствительный элемент симметричен по отношению к центрирующим магнитам 4. 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 постоянными магнитами 5 чувствительного элемента.
К
Выполнение чувствительного элемента в форме сектора втулки обеспечивает повышение точности и быстродействия работы магнитожидкостного устройства для измерения угла наклона измерений за счет уменьшения его массы и обеспечения равномерности зазора между чувствительным элементом и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1, по сравнению с прототипом. Центральный угол φ выбран в пределах 90-180° из условия снижения массы и одновременного обеспечения устойчивости и исключения опрокидывания чувствительного элемента. Отношение радиусов r/R выбрано в интервале 0,5-0,8 из условия снижения массы и одновременного обеспечения устойчивости и исключения опрокидывания чувствительного элемента. Отношение радиусов R/R выбрано в интервале 0,8-0,98 из условия обеспечения равномерности зазора между чувствительным элементом и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1 с учетом физических свойств используемой магнитной жидкости (вязкости, плотности). Длина пластины 7 в осевом направлении в 1,2-1,3 раза превышает длину постоянных магнитов 5 с проставкой 6. Это исключает непосредственный контакт магнитной жидкости 8 с постоянными магнитами 5 и позволяет снизить действие градиента магнитного поля на магнитную жидкость и уменьшить ее перераспределение. При этом чувствительный элемент может перемещаться внутри цилиндрического корпуса при его наклоне с минимальным трением.
За счет перемещения торцевых крышек 3 с центрирующими магнитами 4 вдоль корпуса магнитожидкостного устройства 1 изменяется расстояние между обращенными друг к другу центрирующими магнитами 4 и магнитами чувствительного элемента 5. Это позволяет регулировать эксплуатационные характеристики магнитожидкостного устройства для измерения угла наклона, а именно регулировать диапазон измеряемых углов. При этом диапазон измеряемых углов увеличивается при уменьшении расстояния между постоянными магнитами чувствительного элемента 5 и центрирующими магнитами 4, а чувствительность измерений повышается с увеличением этого расстояния.
Магнитная жидкость 8 заправлена между чувствительным элементом и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1 в виде двух капель в зонах кольцевых постоянных магнитов 5 и обеспечивает удержание чувствительного элемента внутри корпуса 1 без касания его внутренней поверхности. При этом чувствительный элемент может перемещаться внутри поверхности корпуса при его наклоне с минимальным трением. При выполнении чувствительного элемента в форме сектора втулки площадь поверхности чувствительного элемента находящаяся в постоянном контакте с внутренней поверхностью корпуса 1 значительно меньше, чем в прототипе, что позволяет уменьшить расход магнитной жидкости, необходимый для обеспечения работоспособности устройства.
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.