Датчик износа с эффектом Холла для контроля деталей
WEAR SENSOR WITH HALL EFFECT FOR CONTROL OF PARTS

Изобретение относится к приборостроению автоматизации производства, может использоваться для измерения износа деталей.
Известен датчик для измерения силы тока, содержащий замкнутый магнитопровод, охватывающий проводник с током и магниточувствительный элемент, функционирующий на планарном эффекте Холла. Магниточувствительный элемент выполнен тонкопленочным из материала с низкой коэрцитивной силой и является частью магнитопровода (А.С. СССР 1824603. MIIK G01R 33/06. 1993).
Однако такой датчик рассчитан на измерение только слабых токов в единицы миллиампер и не обладает достаточной точностью в диапазоне токов, превышающих 0,1 А. Это вызвано значительным снижением чувствительности к магнитному полю, создаваемому протекающим через проводник током, что обусловливает малое значение выходного току из-за значительной нелинейности выходного сигнала тока. Кроме того, в отсутствие тока возможно появление паразитного сигнала, постоянного по величине, вследствие существования остаточной намагниченности магнитопровода, особенно при воздействии токов большой амплитуды.
Известна установка для исследования эффекта Холла. Установка содержит датчик Холла, электромагнит, источник постоянного тока, плюсовая клемма которого соединена через последовательно соединенные первый ключ, амперметр и реостат с первым токовым вводом датчика Холла, а минусовая клемма - со вторым токовым вводом датчика Холла и первым вводом катушки электромагнита. На первой стойке установлен тороид с воздушным зазором в сердечнике. Первый ввод катушки тороида соединен с плюсовой клеммой источника постоянного тока, а второй - через второй ключ с его минусовой клеммой. На подставке установлена вторая стойка, на которой подвижно соединен один конец щупа. На другом конце щупа установлен датчик Холла. На разъем выведены соединительные провода с токовых и холловских электродов датчика Холла, которые проходят внутри щупа и гибкого шланга. С плюсовой клеммой источника постоянного тока соединен через третий ключ первый ввод ступенчатого реостата. Неподвижные контакты переключателя резисторов ступенчатого реостата соединены с соответствующими резисторами ступенчатого реостата, а подвижный контакт соединен со вторым вводом катушки электромагнита. Входные клеммы вольтметра соединены через разъем с холловскими электродами датчика Холла. Первый ввод индикаторной лампочки соединен с первым вводом ступенчатого реостата, а другой ввод - с минусовой клеммой источника постоянного тока (патент RU №2316839, МПК H01F 27/00, опубл. 10.02.10.2008).
Недостатком является сложность конструкции установки.
Наиболее близким по технической сущности является датчик тока на эффекте Холла, содержащий магнитопровод, выполненный в виде кольца или тора из материала с высокой магнитной проницаемостью, охватывающий проводник с током, и полупроводниковый преобразователь Холла, отличающийся тем, что в магнитопроводе выполнен тонкий паз, имеющий П-образную форму, при этом толщина стенки 8 магнитопровода в радиальном направлении в месте расположения паза выбрана из соотношения:
f/3<5<f,
где
2
R - внешний радиус магнитопровода;
1
R - внутренний радиус магнитопровода;
d - ширина паза;
μ - магнитная проницаемость материала магнитопровода, а преобразователь Холла расположен в пазу на минимально возможном расстоянии от внутреннего радиуса магнитопровода.
Датчик, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен из феррита (патент BY 5116 С1, МКИ G01R 19/00, опубл. 30.06.2003).
Недостатком является низкая точность измерения, связанная с малыми размерами датчика.
Предлагаемое изобретение направлено на упрощение конструкции и повышение точности измерения устройства.
Это достигается тем, что устройство состоит из двух магнитопроводов и магниточувствительного полупроводникового элемента, принцип действия которого основан на эффекте Холла. Магниточувствитсльный элемент выполнен тонкостенным цилиндром из полупроводникового материала с низкой коэрцитивной силой и является частью магнитопровода. В корпусе прибора закреплен внешний магнитопровод цилиндрического типа из неодимового магнита, внутри которого через изоляционную прокладку вплотную к внутренней поверхности внешнего магнитопровода жестко установлена тонкая цилиндрическая втулка из магниточувствительного полупроводникового элемента, вставленного в тонкий изолирующий цилиндр. Внутрь этого цилиндра по скользящей посадке установлен подпружиненный внутренний магнитопривод, жестко связанный со щупом. На концах втулки из магниточувствительного полупроводникового элемента закреплены токосъемные втулки для подачи постоянного тока в направлении оси, а на наружной и внутренней поверхностях установлены тонкопленочные токосъемники.
Принцип работы заключается в перемещении щупа и жестко связанного с ним цилиндра из подпружиненного внутреннего магнитопровода. По мере износа детали щуп с подпружиненным внутренним магнитопроводом утапливается внутрь корпуса датчика износа с эффектом Холла, что приводит к увеличению магнитного потока через втулку из магниточувствительного полупроводникового материала и соответствующему увеличению измеряемого выходного тока.
На фиг. 1 изображен общий вид устройства датчика износа с эффектом Холла для контроля деталей, на фиг. 2 - схема измерительного блока. Он состоит из корпуса 1, магнитопроводов 7, 10 и полупроводникового слоя 9, отличающийся тем, что в корпусе 1 жестко закреплен внешний магнитопровод 7 цилиндрического типа из неодимового магнита, внутри которого через изоляционную прокладку вплотную к внутренней поверхности внешнего магнитопровода жестко установлена тонкая цилиндрическая втулка из магниточувствительного полупроводникового материала 9, вставленная в тонкий изолирующий цилиндр 11, имеющая с торцов токосъемные втулки 6 для подачи постоянного тока через проводники 4, распаянные на клемме корпуса, на наружную и внутреннюю поверхность втулки установлены тонкопленочные токосъемники 8, соединенные проводниками 5 с клеммой корпуса (на фиг. не показана), а внутри изолирующего цилиндра по скользящей посадке вставлен подпружиненный цилиндр внутреннего магнитопровода 10, жестко связанный со щупом 12, а пружина 3 установлена во втулку 2, вкрученную в корпус 1 датчика износа с эффектом Холла.
Датчик износа с эффектом Холла для контроля деталей работает следующим образом. По мере износа детали щуп 12 с подпружиненным внутренним магнитопроводом 10 утапливается внутрь корпуса 1 датчика износа с эффектом Холла, что приводит к увеличению магнитного потока через втулку из магниточувствительного полупроводникового материала 9 и соответствующему увеличению измеряемого выходного тока.
Применение датчика износа с эффектом Холла для контроля деталей позволяет упростить конструкцию прибора, повысить точность измерения за счет использования двух магнитов.