Датчик положения

 

„.SU„„736 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(511 Ь 01 В 7 Оо

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР . ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ(ТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ

К ABT0PGH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ судом, ось.вращения, груз и сосуд выполнены из немагнитноЬо материала, а плотности. материалов груза и фер-: рожидкостн и требуемая жидкость пружины связаны соотношения r .9@- (») игр

IC(P,,-Рф „„„о„МЧ - ), где ) ТР ф-жк

V .р

; @"ж ФВОЧ (21) 3365170/25-28 (22) 11.12.81 (46) 23.04.83; Бюл. 9 15 (72) В.А. Керножицкий и A.Е. Козик (53) 621. 317. 39:531. 71(088. 8) (56) 1. Акцептованная заявка Франции

9 2153705, кл. G 01 В 7/00, 1973. .2. Авторское свидетельство СССР

М 511616, кл. G 01 B 7/ОО, 1974 (прототип). (54)(57) ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ, содержащий постоянный магнит, связываемый с.контролируемым объектом в процессе измерения, и магниточувствительный элемент. о т лаи ч а ю щ и и .— с я тем что, с целью повышения надежности, магниточувствительный элемент выполнен в виде герметичного заполненного феррожидкостью сосуда с погруженным в нее грузом, закрепленным на оси вращения со смещением его .центра тяжести относительно этой оси, к одному из выступающих за пределы сосуда концов оси вращения прикреплена спиральная пружина, другой конец которой соединен с ca- плотность материала, из которого выполнен груз; кажущаяся плотность ферро-. жидкости, зависящая от расс гояния h между постоянным магнитом и сосудом с ферро- жидкостью е жесткость пружиныу величина линейного смещения центра тяжести груза относительно оси вращениями ускорение силы тяжести; объем груза; максимальное значение кажущейся плотности феррожидкости при расстоянии h - О.

101373б

Изобретение относится к контроль-. но-измерительной технике и может быть использовано для непрерывного контроля положения рабочих. органов механизмов в различных, отраслях промышленности, например для контро ля рабочих органов станков с ЧПу, для .контроля положения электродов при автоматической сварке и т.п, Известно устройство для опреде- ления положения объекта, содержащее 10 подвижный постоянный магнит и ферро-магнитные элементы, образующие ламели магнитного реле. Эти элементы расположены в гнездах вдоль траектории перемещения магнита и нереме-. 15 щаются при его прохождении из исход, ного положения в положение индикации, сигнализируя о положении магнита 1).

Недостатком устройства является, сложность конструкции и невысокая точность, обусловленная большим шаroM дискретности расположения ферромагнитных элементов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является датчик положения, содержащий постоянный магнит, связываемый с контролируемым обЪектом в процессе измерения, и магниточувствительные элементы — герконы, расположенные по длине перемещения магнита на рас- стояниях, равных шагу дискретности, примерно длине баллона геркона. Герконы подключены через логические элементы к схеме индикации положения,З5 магнита 2 .

Однако дискретность контроля положения объекта (магнит ) обуславливает его ограниченную точность, а наличие источника питания и боль- 40 шого количества .схемотехническихмагниточувствительных и логических— элементов увеличивает эксплуатационные затраты на техническое обслуживание и снижает надежность датчй- 45 ка положения.

Целью изобретения является повыщение надежности датчика положения.

Для достижения поставленной цели в датчике положения, содержащем 50 постоянный магнит, связываемый с контролируемым объектом в процессе измерения, и магниточувствительный элемент,.последний выполнен в виде герметичного заполненного феррожидкостью сосуда с погруженным в нее грузом, закрепленным на оси враще-. ния со смещением его центра тяжести относительно этой оси, к одному из выступающих эа пределы сосуда концов оси вращения прикреплена 60 спиральная пружина, другой конец которой соединен с сосудом, ось вращения, груз и сосуд выполнены из немагнитного материала, а плотности материалов груза и Феррожидкости и 65 требуемая жесткость пружины связаны соотношениями р, „„(4)-р„, 2 "- 9р-уа->» П ф--" —.), 2) где «»„ - плотность материала, из которого выполнен груз;

® — кажущаяся плотность ферроуф эк жидкости, зависящая от расстояния h между постоянным магнитом и сосудом с феррожидкостью;

С вЂ” жесткость пружины;

l - величина магнитного смещения центра тяжести груза относительно оси вращения;

g " ускорение силы тяжести;

V — объем груза; уф <к — максимальное значение кажуР ох щейся плотности феррожидкос. ти при расстоянии h = О, На чертеже схематично изображен датчик положения.

Датчик содержит постоянный магнит 1, связываемый с контролируемым объектом 2 в процессе измерения, и соосно расположеныый .с ним герметичный сосуд 3, выполненный из немагнитного материала и заполненный феррожидкостью 4, например, на основе Fe<0> . Через отверстия 5 и б в стенках сосуда 3 проходит герметично уплотненная в них немагнитная ось 7 вращения, на которой эксцентрично закреплен груз 8, выполненный из немагнитного материала и погру-. женный в феррожидкость 4. Центр тяжести груза 8 смещен относительно оси 7 вращения на величину i. К одному концу оси 7 вращения прикреплена спиральная пружина 9, а к другому— регистратор 10, например стрелочный индикатор.

Датчик положения работает следующим образом.

В исходном состоянии, когда контролируемый объект 2 и связанный .с ним постоянный магнит 1 находятся на максимальном расстоянии h щ от дна сосуда 3 с феррожидкостью 4, последняя находится вне зоны действия магнита 1, и ее начальная плотность будет минимальной. При этом груз 8, погруженный в феррожидкость

4 и установленный эксцентрично на оси 7 вращений, занимает. наиниэшее положение, устанавливаясь под углом

e(> „ относительно вертикали — направления перемещения контролируемого объекта 2, зависящим от начальной плотности феррожидкости, плотности груза, смещения I его центра тяжести относительно оси вращения и жест.— кости С пружины 9. Ьчевидно, что величина этого углац(и „ соответствует состоянию равновесия, когда мо101373б мент, создаваемый силой Р тяжести груза, погруженного. в феррожидкость

4, и выталкивающей силой F, будет уравновешен противодействующим ему моментом пружины 9, зависящим от ее жесткости С, величина которой должна удовлетворять неравенству (2).

При перемещении контролируемого объекта 2 с магнитом 1 по направлению к сосуду 3, т.е. при уменьшении расстояния h, происходит подмагни» чивание феррожидкости 4, что приводит к увеличению ее кажущейся плотности, ф„ж„, являющейся функцией расетояния h от сосуда 3 до магнита 1. Величина р,„„(Ь) должна

" удовлетворять. неравенству (1) при ,любом h. Вследствие изменения ф .®„ (h) нарушается сложившееся в исходном состоянии равновесие сил за счет увеличения выталкивающей (Архимедовой) силы F, благодаря че-му груз 8 всплывает в феррожидкости

4, поворачиваясь вместе с осью 7 на, некоторый угол с(. до тех пор, пока. перемещение. груза не будет уравнове» шено за счет закручищвния пружины 9. .Максимальный уголо(„поворота оси 7 .с грузом 8 не превышает.fC и равен

+ нюх = . "= (иск.

Таким образом, угол поворота оси

7 вращения с грузом 8 зависит от расстояния h между магнитом 1 и дном сосуда 3, т.е. зависит от положенйя контролируемого объекта 2.

:9та зависимость нелинейна, однак6 эта нелинейность может. быть скомпенсирована в регистраторе 10, в качестве которого может быть исполь. зован не только стрелочный прибор, :но и аналого-цифровой преобразователь угла в электрический сигнал с соответствующими средствами коррек10 ции нелинейности

Наличие начального углао1ис исключает .возможность попадания подвижной системы датчика в мертвую точку, когда Архимедова сила прохо)5 днт через ось. 7 вращения, что затрудняло бы поворот оси с грузоМ. ,Воэможность непрерывного контрО.ля положения объекта и высокая чув-. ствительность феррожидкости к изменению магнитного поля, проявляющаяся в соответствующем изменении ее кажущейся плотности, позволяет ис-, пользовать датчик для контроля положения объекта, совершающего плавные возвратно-поступательные перемещения.

Отсутствие дополнительного источ ника электропитания датчика и высо;кая стабильность свойств элементов, из которых он выполнен., повышают

: надежность датчика положения.

ВНИИПИ Заказ 2998/47

Тираж 600 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул. Проектная,4