ДАТЧИК КОНТРОЛЯ УГЛА НАКЛОНА АНАЛОГОВЫЙ

Заявляемая полезная модель относиться к технике, а именно, к датчикам позволяющим определять угол наклона объектов, в одной или двух плоскостях, в непрерывном режиме. Заявляемая полезная модель может найти применение, как самостоятельное изделие, так и в качестве составляющей части при создании различных систем, применяемых в робототехнике, в охранной сигнализации, в контрольно-измерительном оборудовании, в средствах автоматизации обеспечения безопасности на транспорте, в машиностроении, металлургии, в других областях деятельности человека, где необходимо определять угол наклона объекта в непрерывном режиме.
Наиболее близким по принципу действия к заявляемой полезной модели является двухкоординатный датчик угла наклона, основанный на измерении величины перемещения шара вызванных наклонами датчика относительно горизонта по двум координатам (патент РФ 2191988, МПК G01C 9/10, приоритет от 12.07.2000 г). Датчик содержит электропроводящий шар, размещенный в герметичном корпусе, залитом диэлектрической жидкостью, в который введены две пары электропроводящих обкладок и электропроводящий осесимметричный подпятник, имеющий вогнутую сферическую поверхность, радиус которой больше радиуса шара, который и установлен на этот подпятник, при этом шар с подпятником образуют физический маятник и шар охватывают две пары электропроводящих обкладок, плоскости симметрии, которых взаимно ортогональны и проходят через ось симметрии подпятника, на которой также лежит центр вогнутой сферической поверхности обкладок.
Датчик обеспечивает непрерывное измерение угла наклона в диапазоне от 0 до 30°.
Недостатками известного технического решения являются:
- узкий диапазон измерения углов наклона - от 0 до 30°, обусловленный радиальным расположением обкладок находящихся в плоскости качения шара и ограничивающий его ход;
- нестабильная работа и высокая вероятность ложных показаний при работе в условиях вибрации. Для сглаживания вибрации предполагает использовать демпфирующую жидкость, однако малые зазоры между шаром и обкладками не позволяют достичь стабильности;
- сложность реализации данного устройства связано с обеспечением высокой геометрической точности поверхностей подпятника с вогнутой сферической поверхностью, поверхностями обкладок, шара и обеспечением необходимого зазора между ними, и как следствие высокая стоимость изготовления.
Ставилась задача разработать датчик контроля угла наклона в непрерывном режиме с аналоговым выходным сигналов, с небольшими габаритными размерами, со стабильными выходными характеристиками, не требующий в процессе эксплуатации дополнительных настроек, регулировок, обеспечивающий контроль наклона объектов для различных областей применений, в том числе для работы в жестких условиях эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что в датчике контроля угла наклона аналоговом, включающем корпус с крышкой, камеру, поверхность качения, тело качения, активный элемент, корпус выполнен из диэлектрического материала или неметалла, поверхность качения совмещена с внутренней поверхностью корпуса, создавая при этом камеру в теле корпуса, активный элемент выполнен создающим чувствительную зону и аналоговый выходной сигнал, и расположен под поверхностью качения, причем обеспечивается возможность регулировки расстояния между ним и поверхностью качения, а расстояние между телом качения и активным элементом определяет значение выходного сигнала. При этом активный элемент выполнен в виде катушки индуктивности, либо в виде металлических обкладок обладающих электрической емкостью и расположенных концентрически, тело качения выполнено либо в виде шара, либо в виде цилиндра, либо в виде диска, а так же может быть выполнено либо из магнитного металла, либо из ферромагнитного металла, либо аморфного металла, поверхность качения выполнена в виде либо сферы, либо в виде поверхности с заданной кривой, а для обеспечения стабильности работы при вибрации в камеру с телом качения помещена демпфирующая, жидкость.
Технический эффект заявляемого технического решения заключается в расширении функциональных возможностей, упрощении конструкции, уменьшении стоимости, так как заявляемая полезная модель построена на принципах использования элементарной кинематической схемы, без сложных механических и электрических составляющих, не требующий для реализации дорогостоящих технологий и материалов. Заявляемая полезная модель позволяет контролировать угол наклона объекта в непрерывном режиме, обладает надежностью в эксплуатации, легко интегрируется в существующие системы автоматизации технологических процессов.
Заявляемая полезная модель позволяет создавать устройства с малым весом, с небольшими габаритными размерами, а при необходимости миниатюрные, со стабильными выходными характеристиками, не требующие в процессе эксплуатации дополнительных настроек, регулировок. Это дает возможность помещать их в различного рода защитные оболочки, корпуса, кожуха и герметизировать компаундами, получая изделия с повышенной степенью защиты, до IР68 по ГОСТ 14254-96 и выше, вандалоустойчивые, с высокими эксплуатационными характеристиками, предназначенными для работы в жестких условиях эксплуатации:
- в условиях повышенного давления;
- при наличии вибрации;
- в сложных климатических условиях;
- в агрессивных средах;
- в условиях повышенных и пониженных температур;
- в условиях сильных абразивных и механических воздействий.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами.
На фигуре 1, поз.1 представлена блок-схема устройства для определения угла наклона в непрерывном режиме где: 1 - корпус, 2 - камера, 3 - поверхность качения, 4 - тело качения, 5 - активный элемент, 6 - чувствительная зона, 7 - крышка корпуса, 8 - демпфирующая жидкость.
Работает заявляемая полезная модель следующим образом.
Датчик контроля угла наклона аналоговый измеряет угол наклона в непрерывном режиме, создавая при этом аналоговый выходной сигнал. В заявляемой полезной модели, в отличие от прототипа, чувствительную зону и изменяющийся выходной сигнал создает активный элемент, созданный катушкой индуктивности или металлическими обкладками, обладающими электрической емкостью и расположенный ниже поверхности качения.
В корпусе 1 с крышкой 7 выполнена определенным образом поверхность качения 3, при этом поверхность качения 3 совмещена с внутренней поверхностью корпуса 1, создавая при этом камеру 2 в теле корпуса 1. Корпус 1 изготовлен из диэлектрического материала или неметалла. На поверхность качения 3 помещено тело качения 4, которое под действием собственной силы тяжести располагается в самой нижней точке - в исходном положении. Ниже поверхности качения установлен активный элемент 5, создающий чувствительную зону 6 и изменяющийся выходной сигнал, состоящий из катушки индуктивности или металлических обкладок, обладающих электрической емкостью. Расстояние между активным элементом 5 и поверхностью качения 3 отрегулировано таким образом, что обеспечивает присутствие тела качения 4 находящегося в любой точке поверхности качения 3, в чувствительной зоне 6. Для сглаживания колебаний при вибрации в камеру 2 корпуса 1 с крышкой 7 залита демпфирующая жидкость 8. При подаче напряжения на катушку индуктивности или металлические обкладки образуется чувствительная зона 6, в виде изменяющегося магнитного поля катушки индуктивности или электрического поля металлических обкладок обладающих электрической емкостью, которые изменяют свои характеристики и создают выходной сигнал в зависимости от расстояния между телом качения 4 и активным элементом 5. При наклоне устройства фигура 1, поз.2 тело качения 4 начинает движение под действием собственной силы тяжести и удаляется от активного элемента 5 тем дальше, чем больше угол α наклона устройства. Это приводит к непрерывному изменению выходного сигнала, что обеспечивает контроль наклона устройства в аналоговом режиме. Корпус 1 может быть изготовлен из диэлектрика или неметалла, а поверхность качения 3 может быть выполнена в виде сферы, либо в виде поверхности с заданной кривой. Тело качения 4 может быть выполнено либо в виде шара, либо в виде цилиндра, либо в виде диска, и изготовлено либо из магнитного металла, либо из ферромагнитного металла, либо аморфного металла.