МАГНИТОЖИДКОСТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использовано для определения угла наклона в системах автоматического контроля положения объектов относительно горизонтальной плоскости.
Известно магнитожидкостное устройство для определения угла наклона (Патент на изобретение РФ №2115091, МПК G01C 9/20, 1998 г.), которое содержит частично заполненный магнитной жидкостью и выполненный из немагнитного материала корпус в виде трубки, две измерительные обмотки, расположенные на соответствующих концах трубки корпуса, две торцевые крышки для герметизации полости трубки. Во втором варианте магнитная жидкость расположена в виде двух капель, в которых расположены постоянные магниты. В крышках установлены постоянные центрирующие магниты.
Недостатком известного устройства является низкое быстродействие, обусловленное возникновением перепада давлений между постоянными и центрирующими магнитами, установленными в крышках, связанное с уменьшением объема воздуха и, как следствие, повышением давления, в направлении наклона устройства, что приводит к росту сопротивления при движении постоянных магнитов внутри трубки корпуса, а также отсутствие регулировок диапазона измерений и чувствительности преобразований.
Известно магнитожидкостное устройство для определения угла наклона (Патент на полезную модель РФ №113349, МПК G01C 9/00, 2012 г.), принятое за прототип, которое содержит корпус в виде трубки, изготовленный из немагнитного материала, две измерительные обмотки, расположенные на концах корпуса, торцевые крышки с закрепленными на внутренней стороне центрирующими постоянными магнитами, составной магнит, состоящий из двух постоянных магнитов, между которыми помещена цилиндрическая магнитопроводная втулка, размещенных 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, а торцевые крышки, установлены в корпусе посредством резьбового соединения с возможностью осевого перемещения и имеют соосные сквозные отверстия, при этом торцевые крышки установлены в корпусе посредством резьбового соединения с возможностью осевого перемещения.
Недостаток указанного устройства состоит в низкой точности измерений, обусловленной нарушением соосности центрирующих магнитов и постоянных магнитов составного магнита за счет большой массы магнитопроводной втулки, расположенной между постоянными магнитами.
Техническим результатом предлагаемого устройства является снижение погрешности измерений магнитожидкостного устройства для определения угла наклона.
Технический результат достигается тем, что магнитожидкостное устройство для определения угла наклона, содержащее 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, постоянные магниты чувствительного элемента погружены в соответствующую каплю магнитной жидкости, на наружной и/или внутренней цилиндрической поверхности магнитопроводной втулки выполнены проточки.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:
На фиг. 1 представлено магнитожидкостное устройство для измерения угла наклона.
На фиг. 2 представлен чувствительный элемент, на наружной цилиндрической поверхности магнитопроводной втулки которого выполнены проточки.
На фиг. 3 представлен чувствительный элемент, на внутренней цилиндрической поверхности магнитопроводной втулки которого выполнены проточки.
На фиг. 4 представлен чувствительный элемент, на наружной и на внутренней цилиндрических поверхностях магнитопроводной втулки которого выполнены проточки.
На фиг. 1 представлено магнитожидкостное устройство для измерения угла наклона, которое состоит из корпуса 1, в виде полой цилиндрической трубки, изготовленной из немагнитопроводного материала, с торцевых сторон корпуса 1 расположены две измерительных обмотки 2 и две торцевые крышки 3 с отверстиями, в которых установлены центрирующие кольцевые постоянные магниты 4.
Внутри корпуса 1 расположен чувствительный элемент, состоящий из двух кольцевых постоянных магнитов 5, между которыми расположена магнитопроводная втулка 6, которая имеет проточки 7, выполненные на наружной (фиг. 2), или на внутренней (фиг. 3) цилиндрической поверхности магнитопроводной втулки, либо на наружной и на внутренней цилиндрических поверхностях магнитопроводной втулки 6 (фиг. 4), причем проточки 7 выполнены на некотором расстоянии от торцевых поверхностей втулки, примыкающих к кольцевым постоянным магнитам 5. Проточки 7, выполненные на наружной или внутренней цилиндрической поверхности, либо на наружной и на внутренней цилиндрических поверхностях магнитопроводной втулки 6 позволяют снизить ее массу, а значит и силу тяжести, действующую на нее тем самым улучшить соосность центрирующих кольцевых постоянных магнитов 4 и кольцевых постоянных магнитов 5 чувствительного элемента за счет снижения массы магнитопроводной втулки 6, расположенной между постоянными магнитами 5.
Центрирующие кольцевые постоянные магниты 4 направлены одноименными полюсами к кольцевым постоянным магнитам 5 чувствительного элемента. В цилиндрическом зазоре, образованном кольцевыми постоянными магнитами 5 и внутренней поверхностью корпуса 1 находится магнитная жидкость 8, которая удерживается в нем 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, состоящий из двух кольцевых постоянных магнитов 5 и магнитопроводной втулки 6, в которой выполнены проточки 7, находится симметрично по отношению к объему внутренней полости корпуса 1. 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 кольцевыми постоянными магнитами 5 чувствительного элемента.
В качестве постоянных магнитов используются магниты в форме колец. Сквозные отверстия выполнены в магнитопроводной втулке 6 и торцевых крышках 3. Это позволяет повысить быстродействие работы магнитожидкостного устройства для измерения угла наклона и повысить его чувствительность за счет отсутствия перепада давлений, действующего на чувствительный элемент.
Для регулирования диапазона измеряемых углов на обращенных друг к другу цилиндрических поверхностях торцевых крышек и корпуса выполнена резьба. За счет перемещения торцевых крышек 3 с центрирующими кольцевыми постоянными магнитами 4 вдоль корпуса 1 магнитожидкостного устройства изменяется расстояние между обращенными друг к другу центрирующими кольцевыми постоянными магнитами 4 и кольцевыми постоянными магнитами 5 чувствительного элемента. Это позволяет регулировать эксплуатационные характеристики магнитожидкостного устройства для измерения угла наклона. При этом, диапазон измеряемых углов увеличивается при уменьшении расстояния между кольцевыми постоянными магнитами 5 чувствительного элемента и центрирующими кольцевыми постоянными магнитами 4, а чувствительность измерений повышается с увеличением этого расстояния.
Магнитная жидкость 8 заправлена между кольцевыми постоянными магнитами 5 чувствительного элемента и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1 и обеспечивает удержание чувствительного элемента внутри корпуса 1 без касания его внутренней поверхности. При этом, чувствительный элемент может перемещаться внутри корпуса 1 при его наклоне с минимальным трением.
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.