ДАТЧИК ИНДУКЦИОННОГО ЛАГА ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ
INDUCTION LOG SENSOR OF INCREASED STRENGTH

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и предназначено для использования в индукционных лагах надводных судов и глубоководных аппаратов, например, исследовательских батискафов.
Известны многочисленные индукционные датчики, использующие в своей основе закон электромагнитной индукции Фарадея.
Примером такого устройства является двухкомпонентный датчик измерения скорости электропроводящей жидкости (патент РФ №2399059), содержащий магнитную систему из сердечника и основной обмотки возбуждения и две пары электродов, ориентированных вдоль взаимно перпендикулярных осей.
Недостатком указанного датчика является необходимость его полного погружения в электропроводящую жидкость, что может вызывать искажение измеряемой скорости.
Известно приемное устройство индукционного лага (патент РФ №2407020), содержащее стержень, в нижней части которого закреплен наконечник из изоляционного материала с размещенной внутри него электромагнитной системой возбуждения и измерительными электродами, установленными на плоских боковых сторонах наконечника, сходящиеся под острым углом друг к другу к его носовой части и стыкующиеся с кормовой частью, имеющей закругленный профиль.
Недостатком приемного устройства является несимметричность конструкции, что делает невозможным измерения скорости потока при движении задним ходом.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, его прототипом, является преобразователь скорости с зоной формирования сигнала вне пограничного слоя (патент РФ №2335774).
Устройство-прототип содержит электромагнитную систему возбуждения, состоящую из трех основных постоянных магнитов призматической формы и четырех дополнительных постоянных магнитов, и пару электродов.
Недостатком устройства является недостаточная прочность прибора, связанная с большим количеством хрупких постоянных магнитов и большой протяженностью контактных поверхностей, не обеспечивающих безотказную работу датчика при высоких внешних давлениях.
Задачей изобретения является расширение эксплуатационных характеристик датчика индукционного лага.
Техническим результатом является повышение прочности датчика индукционного лага за счет увеличения максимально допустимого внешнего давления.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве электромагнитная система возбуждения и электроды размещены в корпусе с нарезанными на внутренней полости кольцевыми канавками и герметизированы изоляционным материалом, например компаундом, а в зазор между корпусом и электромагнитной системой возбуждения установлен армирующий элемент, например полый стержень.
Корпус защищает изоляционный материал от механических повреждений при ударах или значительных статических нагрузках, способных вызвать появление трещин и, как следствие, разгерметизацию и отказ датчика.
Одним из факторов, определяющих прочность контакта между изоляционным материалом и корпусом, является его площадь. Благодаря кольцевым канавкам на корпусе площадь контактирующих поверхностей увеличивается, т.е. увеличивается прочность контакта.
При отсутствии кольцевых канавок критерием прочности изоляционного материала вблизи корпуса является величина напряжения на сдвиг. Введение кольцевых канавок изменяет основной тип напряжений, разрушающих изоляционный материал вблизи корпуса на напряжения среза, предельные значения которых больше значений предельных напряжений сдвига.
Несимметричность нагружения элементов датчика (переход от объемного сжатия изоляционного материала при отсутствии корпуса к однонаправленному при его наличии) приводит к локализации избыточного напряжения в некоторых областях.
Армирующий элемент позволяет перераспределить механические напряжения в датчике и снизить часть нагрузки с изоляционного материала. Наличие канавок, проточек, пазов или отверстий на поверхности армирующего элемента позволяет увеличить площадь его контакта с изоляционным материалом, а также перейти от разрушающих напряжений при сдвиге на напряжения при срезе.
На фиг. 1 изображено сечение предлагаемого датчика и приняты следующие обозначения:
1 - две образующие цилиндрической поверхности корпуса 2,
2 - цилиндрический корпус (далее - корпус),
3 - лицевая поверхность,
4 - кольцевые канавки,
5 - изоляционный материал,
6 - армирующий элемент,
7 - электромагнитная система возбуждения,
8 - измерительные электроды,
9 - провода,
А - плоскость датчика.
Сечение датчика образуется двумя образующими 1 цилиндрической поверхности корпуса 2 и сечением лицевой поверхности 3. В корпусе, имеющем кольцевые канавки 4, находится изоляционный материал 5, внутри которого располагается армирующий элемент 6, электромагнитная система возбуждения 7 и измерительные электроды 8, установленные заподлицо с плоскостью А датчика и передающие сигнал через провода 9.
Устройство работает следующим образом.
Датчик устанавливается на днище судна заподлицо с корпусом. На электромагнитную систему возбуждения 7 подается электрическое напряжение питания, в результате чего возникает магнитное поле, которое, проходя через поток воды, индуцирует в нем электродвижущую силу (далее - ЭДС), пропорциональную напряженности магнитного поля и скорости потока воды; ЭДС снимается измерительными электродами 8 и в качестве выходного сигнала устройства подается в измерительную схему индукционного лага через провода 9.
При высоких внешних давлениях в изоляционном материале 5, прочность которого обычно в несколько раз меньше прочности прочих элементов датчика, возникают механические напряжения, приводящие к разрушению материала, разгерметизации и отказу датчика. Разрушение материала может происходить и при меньших статических давлениях, при наличии ударных воздействий. Корпус защищает изоляционный материал от механических повреждений и снижает риск отказа датчика. Введение армирующего элемента 6, прочность которого не меньше прочности корпуса, способствует перераспределению механических напряжений в датчике и позволяет добиться большей равнонагруженности изоляционного материала 5. При повышении внешнего давления армирующий элемент 6 приходит в более нагруженное состояние, нежели изоляционный материал 5, но из-за высокой прочности не разрушается. Наличие канавок 4 на корпусе и армирующем элементе 6 увеличивает площадь контакта элементов с изоляционным материалом 5, что повышает прочность соединения.
На предприятии АО «Концерн «ЦНИИ "Электроприбор" разработана техническая документация предлагаемого устройства. Изготовлен и испытан его макет. Получены положительные результаты. В настоящее время работы по совершенствованию конструкции датчика индукционного лага продолжаются.