Датчик частоты перемещений магнитный
MAGNETIC SENSOR OF DISPLACEMENTS FREQUENCY

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам, которые могут быть применены на станциях геолого -технологических исследований буровой установки для измерения частоты циклических движений механической системы и подсчета количества совершенных движений, например, частоты вращения вала, для измерения частоты ходов поршня, буровых насосов и т.п.
Датчик частоты вращения (RU 178425. Кл. G01P 3/487, 2018 г) содержащий подвижный элемент, закрепленный на вращающемся объекте, источник магнитного поля на основе постоянного магнита и преобразователь магнитного поля, установленный между источником магнитного поля и подвижным элементом датчика. Подвижный элемент выполнен из электропроводящего немагнитного материала, источник магнитного поля выполнен в виде двухполюсного устройства с полюсами, обращенными к подвижному элементу, а преобразователь магнитного ноля установлен в нейтральной плоскости источника магнитного поля с осью чувствительности, перпендикулярной его магнитному потоку. Кроме того датчик снабжен преобразователем магнитного поля с осью чувствительности, параллельной оси чувствительности первого преобразователя и перпендикулярной магнитному потоку источника магнитного поля, причем преобразователи по выходному сигналу включены последовательно - встречно.
Недостатком известного датчика является сложность его настройки и ограниченное применение, направленное только для измерения скорости вращения исследуемого объекта. Такие параметры, как измерение частоты циклических движений механической системы, например, штока, которые необходимо определять на буровых установках, известный датчик выполнять не может.
Проблемой полезной модели является разработка простого по конструкции и эксплуатации датчика обеспечивающего возможность измерения частоты циклических движений механической системы, как вращающихся объектов, так и объектов с возвратно-поступательным перемещением.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей датчика.
Поставленная проблема и указанный технический результат осуществляются за счет того что датчик частоты перемещений магнитный включает источник магнитного поля на основе постоянного магнита, закрепленного на подвижном контролируемом объекте и установленный в корпусе преобразователь магнитного поля, ось чувствительности которого параллельна продольной оси датчика. Согласно полезной модели преобразователь магнитного поля выполнен в виде рабочего дросселя с сердечником стержневого типа, установленного в наконечнике корпуса на электронной печатной плате, расположенной вдоль продольной оси корпуса. На некотором расстоянии от рабочего дросселя и перпендикулярно ему на электронной печатной плате закреплен образцовый дроссель для сравнения индуктивностей. По результатам сравнения измеренных величин определяют состояние присутствия или отсутствия постоянного магнита в зоне чувствительности наконечника корпуса.
Внутри наконечника корпуса датчика закреплен светодиод, для обеспечения визуального контроля за его работоспособностью.
Корпус датчика преимущественно выполняют из пластмассы.
Электронная печатная плата содержит микроконтроллер для расчета частоты приближений и общего числа приближений магнита для дальнейшей передачи измеренных величин от рабочего и образцового дросселей через гермоввод и по кабелю связи в систему сбора данных геолого-технологических исследований, систему контроля, регулирования и управления технологическими процессами.
Датчик выполнен в взравозащищенном исполнении.
Расположение в наконечнике корпуса рабочего дросселя с сердечником стержневого типа, продольная ось которого совпадает с продольной осью чувствительной головки датчика обеспечивает повышение влияния магнитного поля постоянного магнита на изменение индуктивности дросселя.
Расположение на некотором расстоянии от рабочего дросселя и перпендикулярно ему такого же образцового дросселя позволяет оценивать индуктивность методом сравнения, что упрощает схему, снижает требования к номиналу дросселей, компенсирует влияние температуры и некоторых внешних помех.
Электронная печатная плата содержит микроконтроллер, который опрашивает рабочий и образцовый дроссели, измеряет время между приближениями магнита, рассчитывает частоту приближений и общее число приближений магнита, передает измеренные величины по цифровой линии связи. Кабель, выведенный через гермоввод содержит линии питания и цифрового канала связи с системой сбора данных геолого-технологических исследований, системы контроля, регулирования и управления технологическими процессами.
Датчик частоты перемещений магнитный поясняется следующими чертежами, где на фиг. 1 представлен датчик в разрезе; на фиг. 2 - внешний вид датчика.
Датчик частоты перемещения магнитный выполнен в взрывозащищенном исполнении и включает пластмассовый корпус 1, внутри которого вдоль продольной оси симметрии смонтирована электронная печатная плата 2. Возле торца наконечника корпуса 1, на плате 2 параллельно продольной оси корпуса 1 закреплен рабочий дроссель 3 с сердечником стержневого типа. На некотором расстоянии от него и перпендикулярно ему закреплен образцовый дроссель 4. Внутри наконечника корпуса 1 закреплен светодиод 5. Так же на плате 2 смонтирован микроконтроллер (на фиг. не показано). Датчик через гермоввод 6 связан кабелем 7 с внешней системой сбора (на фиг. не показано). На подвижном контролируемом объекте 8 закреплен источник 9 магнитного поля на основе постоянного магнита. Датчик снабжен кронштейном 10 для установки его на неподвижном элементе конструкции 11 (кожух или станина).
Датчик частоты перемещения магнитный работает следующим образом.
Принцип действия датчика частоты приближений магнита основан на свойстве рабочего дросселя 3 изменять индуктивность при приближении к нему постоянного магнита 9. Каждые 200 мкс в датчике сравнивается индуктивность двух дросселей: рабочего 3, расположенного в торце пластмассового корпуса 1, и образцового 4, удаленного от торца корпуса 1 на некоторое расстояние. По результату сравнения индуктивностей определяется состояния «присутствие» или «отсутствие» постоянного магнита 9 в зоне чувствительности датчика. Расстояние срабатывания зависит от габаритов магнита 9 и напряженности его магнитного поля.
Для проведения измерений датчик устанавливают с помощью кронштейна 10 и крепежных приспособлений 12 на корпусе 11 контролируемого механизма. Магнит 9 крепят за счет собственной силы притяжения на металлической части подвижного контролируемого объекта 8, частоту циклического движения которой необходимо измерять. Например, при установке магнита 9 на вал измеряется частота и количество оборотов этого вала, при установке магнита 9 на шток измеряются частота и количество возвратно-поступательных движений штока. Датчик срабатывает, когда магнит 9 приближается к торцу его пластмассового корпуса 1. При этом внутри пластмассового корпуса 1 загорается светодиод 5, позволяющий визуально контролировать работоспособность датчика.
Электронная схема электронной печатной платы 2 измеряет время между соседними срабатываниями, вычисляет частоту циклических движений и по запросам системы верхнего уровня передает ей результаты измерений по цифровой однопроводной линии связи (на фиг. не показано). Кроме частоты перемещений датчик подсчитывает и передает общее количество срабатываний, т.е. количество совершенных циклических движений (количество оборотов, ходов штока и т.п.) через кабель 7 связи для дистанционной передачи в систему сбора данных геолого-технологических исследований, системы контроля, регулирования и управления технологическими процессами.
В настоящее время датчик частоты перемещения магнитный прошел опытно-промышленные испытания и готовится его серийное производство для использования на буровых установках.