Датчик угловой скорости

 

1. ДАТЧИК УГЛОВОЙ СКОРОСТИ, содержащий установленный на валу цилиндричесГкий корпус из немагнитного материала, ферромагнитный материал в виде частиц и исполнительный механизм, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности и расширения области при-, менения датчика, он содержит установленное в цилиндрическом корпусе . кольцо, выполненное из упругого немагнитного материала, в котором распределены частицы ферромагнитного материала. (Л С СХ) 1чЭ О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3t5l) G 05 D 13/38

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 01НРЫТИЙ (21) 3534464/18-24 (22) 03 01.83.. (46) 15.03.84. Бюл. Р 10. (72) A.Ñ.Kñåíoôoíòîâ и Д.Д.Добровольский (71) Северо-Западный заочный политехнический институт . (53) 621.436-552.9(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 396669, кл. G 05 D 13/04,,1973.

2. Авторское свидетельство СССР

9 474794, кл. G 05 D 13/38, 1975 (прототип).., SU„, 1 080126 А (54) (57) 1. ДАТЧИК УГЛОВОЙ СКОРОСТИ, содержащий установленный на валу цилиндрический корпус из немагнитного материала, ферромагнитный материал в виде частиц и исполнительный механизм, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и расширения области при-, менения датчика, он содержит установленное в цилиндрическом корпусе . кольцо, выполненное из упругого немагнитного материала, в котором рас. пределены частицы ферромагнитного материала.

1080126

ЗО

35.

2. Датчик по п:1, о т л и ч а ю«, шийся тем, что частицы ферромагнитного материапа распределены равномерно по объему кольца.

3. -Датчик по п.1, о т л и.ч а юшийся тем, что частицы ферромагнитного материала распределены равномерным слоем по внутреннему периметру кольца.

Изобретение относится к устройст- вам автоматики и может быть использовано в центробежных регуляторах скорости вращения.

Известен датчик угловой скорости, имеющий намагниченный груз, расположенный на объекте вращения, и исполнительный механизм 5 13, Недостатком описанного датчика является пространственная локализация магнитного поля его магнитной . массы, приводящая к тому, что для получения информации о скорости вращения при любом его угловом положении исполнительный механизм необходимо .располагать в датчике также на объекте вращения. При этом съем информации с исполнительного механизма и регулировка датчика ста новятся затруднительными, а надежность датчика из-за воздействия центробежных сил понижена.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является датчик угловой скорости, содержащий установленный на валу ци линдрический корпус из немагнитного материала, ферромагнитный материал в виде частиц и исполнительный механизм (2 .

Применение описанного центробеж-, ного узла в датчике скорости враще ния не позволяет добиться высокой точности контроля скоростей, так как не обеспечивает равномерность распределения ферромагнитного материала по внутреннему периметру корпуса иэ-эа возможного смещения материала. Способствуют смешанию частиц и выступы, на внутренней поверхности цилиндрического корпуса, служащие для захвата частиц при вращении. В результате, магнитный поток индукционной катушки, замыкаемый кольцом из ферромагнитного материала, меняется не только в зависимости от числа оборотов, из-за чего высокая точность контроля ско1. рости вращения объекта. невозможа. К тому же, неравномерное запол4. Датчик по пп.1 и Z, о т л и ч а ю шийся тем, что ферро,магнитный материал намагничен в радиальных относительно кольца направлениях.

5. Датчик по пп.З и 4, о т л и ч а ю шийся тем, что ферромагнитный материал намагничен по периодическому закону, например по синусоидальному.

2 нение ячеек внутренней полости кор-: пуса ферромагнитным материалом, являющееся следствием поочередного зачерпывания его выступами, требу5 ет усреднения информации о скорости эа целый оборот ° Таким образом, контролирование скорости вращения объекта с применением указанного центробежного узла возможно лишь с точностью до одного оборота.

Кроме того,,датчик не позволяет контролировать скорость вращения в широком диапазоне. При малых оборо гах, когда центробежная сила еще невелика, ферромагнитный материал в основном сосредотачивается на боковой поверхности цилиндрического корпуса в его нижней части. При этом магнитный поток индукционной катушки не замыкается и информация об изменении скорости вращения не может быть получена.. При дальнейшем увеличении числа оборотов центробежная сила становится достаточной для удержания части ферромагнитного материала, распределенного по внутреннему периметру цилиндрического корпуса. Еще большее увеличение числа оборотов влечет за собой увеличение толщины слоя частиц, распределенных по периметру, вплоть до момента, когда он распределится весь, образовав внутри корпуса равномерное по толщине ферро-. магнитное кольцо. С этого момента дальнейшее изменение тока в индукционной катушке, вызываемое увеличением скорости вращения, прекращается, а следовательно, прекращает-., ся и выдача информации о ее изменении, поэтому диапазон контролируемых скоростей существенно ограничен как со стороны малых, 1aic и больших скоростей. Применение данного центробежного узла в датчике скорости вращения не обеспечивает высокую надежность его работы. Под действием магнитного поля катушки индуктивности происходит намагничивание ферромагнитного материала, 1080126 находящегося в немагнитном корпусе.

Под действием остаточного магнетизма происходит слипание частиц и образование в нем неоднородностей.

В конечном итоге это может привести к выдаче ложной информации о скорости вращения.

Цель изобретения — повышение точности и расширение области. применения датчика угловой скорости.

Поставленная цель достигается тем, что датчик угловой скорости, содержащий установленный на валу цилиндрический корпус иэ немагнитного материала, ферромагнитный материал в виде частиц и исполнительный механизм, содержит установленное в цилиндрическом корпусе кольцо, выполненное иэ упругого немагнитного материала, в котором распределены частицы ферромагнитного материала..

Частицы ферромагнитного материала могут быть распределены равномерно по объему кольца или же равномерным слоем по внутреннему периметру кольца.

При этом ферромагнитный материал может быть намагничен в радиаль. ных относительно кольца направлениях либо по периодическому закону, например по синусоидальному.

На фиг.1 схематически изображен предлагаемый датчик. угловой скорости, разрез; на фиг,2 - разрез

: A-A на фиг.1; на фиг.3 — центробежный датчик в виде заключенного в цилиндрический корпус упругого немагнитного кольца с напыленным на его внутреннюю поверхность слоем ферромагнитного материала.

На фйг.1-3 изображены вал 1, скорость которого контролируется, цилиндрический корпус 2 из немагнитного материала, кольцо 3, выполненное из упругого немагнитного материала, в котором распределены частицы ферромагнитного материала, исполнительный механизм 4, пьезочувствительный элемент 5, магнитная накладка б, упругое немагнитное кольцо 7, выполненное, например, из резины, слой 8 дисперсного фер- ромагнитного материала.

Датчик угловой скорости работает следующим образом..

При вращении вала 1 происходит вращение жестко связанного с ним немагнитного цилиндрического корпуса 2 и расположенного в корпусе соосно с ним упругого ферромагнитного кольца 3 к удаленной от центра боковой поверхности цилиндрического корпуса. При этом происходит уплотнение и приближение ферромагнитного материала к исполнительному. механизму 4 выработки электрического сигнала в зависимости от приб5

S5

65 лижения ферромагнитного материала.

Уменьшение расстояния между локальным центром масс ферромагнитного кольца 3 и магнитной накладкой 6 вызывает изменение силы возаимодействия между ними, обусловленное действием магнитного поля. Это изменение силы вызывает механическое воздействие на пьезочувствительный элемент 5, создавая на его выходе разность потенциалов. Таким образом, любое увеличение или уменьшение скорости вала 1 может контролироваться при помощи сигнала, получаемого с пьезочувствительного элемента.

При использовании s датчике центробежного узла (фиг.3) работа датчика происходит аналогичным образом, но только к магнитной накладке б приближается слой 8 ферромагнитного материала, напыленный на упругое немагнитное кольцо 7 по его внутреннему периметру. При этом происходит. увеличение длины слоя 8.

Это увеличение возможно, так как структура этого слоя является мелкодисперсной, т.е. состоящей из мельчайших частиц ферромагнитного материала, и они могут перемещаться одна относительно другой при деформации материала упругого немагнитного кольца 7. Намагничивание ферромагнитного материала в радиальных направлениях резко повышает чувствительность датчика и расширяет диапазон контролируемых скоростей; В зависимости от полярности радиального намагничивания ферромагнитного материала пьезочувствительный элемент 5 при увеличении скорости вращения вала 1 испытывает механическое расширение либо сжатие, однако в любом случае на его выходе появляется разность потенциалов.

При радиальном намагничивании ферромагнитного материала, дисперсно распределенного в объеме упругого немагнитного кольца, могут быть использованы известные приемы изготовления постоянных кольцевых магнитов.

Выполнение намагниченности ферромагнитного материала по периметру упру" гого кольца по периодическому закону необходимо для работы и в .датчиках, в которых устройство выработки электрического сигнала в зависимости от приближения ферромагнитного материала основано на действии переменного магнитного поля, например в индукционных датчиках. Наиболее просто осуществить намагничивание по синусоидальному закону с помощью переменных синусоидальных магнитных полей .

При использовании предлагаемого датчика угловой скорости достигается более высокая точность контроля скорости вращения. Высокая скорость

1080126

7 (риаЗ

Составитель В.Скибенко

Редактор Л.Алексеенко Техред М.Кузьма Корректор А.Зимокосов

Заказ 1337/48 Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 обеспечивается равномерностью сжатия или расширения ферромагнитного материала по всему периметру кольца из упругого немагнитного материала.

Это позволяет контролировать угловую скорость вращения вала в пределах малых углов поворота, а не только по усредненной за один оборот информации. При этом получение информации о скорости вращения происходит непрерывно. Кроме того, достигается значительно более широкий диапазон контролируемых .скоростей вращения. Этот диапазон определяется со стороны больших скоростей практически прочностью корпуса, потому, что сжатие упругого материала может происходить вплоть до разрушения корпуса.. При очень высоких скоростях вращения, когда упругий ма,— териал сильно сжат, увеличение. ско рости вращения вызывает очень малые сжатия ферромагнитного материала чувствительность датчика становится низкой, что также ограничивает конт- роль скоростей сверху.

Со стороны низких скоростей контроль скорости вращения обусловлен упругостью материала кольца, и поскольку коэффициент жесткости современных упругих материалов может меняться в плроких пределах, контроль низких скоростей с использованием предла10 гаемого датчика легко осуществим.

Предлагаемый датчик обеспечивает: высокую надежность в работе. Это обусловлено простой конструкцией, отсутствием трущихся частей (в отличие от прототипа не требуется

15 сложная форма корпуса с внутренними выступами по периметру). Радиальное намагничивание ферромагнитного материала датчика существенно повышает его чувствительность, а периодиЩ ческий закон намагничивания по периметру упругого кольца позволяет просто усиливать сигнал на выходе датчика при необходимости.