ДАТЧИК ПОРОГОВЫХ УСКОРЕНИЙ Российский патент 2002 года по МПК G01P15/04 

Изобретение относится к области контрольной и измерительной техники, а именно к датчикам, регистрирующим пороговые ускорения в различных зонах промышленных агрегатов, а также в боеприпасах различного назначения.

Для работы механизмов, работающих в экстремальных условиях, необходимы датчики ускорений, срабатывающие при достижении определенного порогового значения инерционного ускорения и выключающего (или включающего) тот или иной исполнительный механизм.

Известны датчики пороговых ускорений, близкие по назначению заявляемому изобретению, например устройство по патенту РФ 2164692 (опубликован 27.03.2001) и устройство по авторскому свидетельству СССР 1820335 (опубликовано 07.06.93).

Датчик ударных ускорений по патенту РФ 2164692 принципиально решает ту же задачу, что и данное изобретение, но конструктивное исполнение его достаточно сложно, т.к. он имеет рычажную систему, управляющую контактной группой, с установленными по обе стороны от шарнира двумя инерционными шариками, помещенными в закрепленные на корпусе конические седла, и двумя постоянными магнитами с полюсными наконечниками. Сложность конструктивного решения не позволяет просто решить задачу регулировки порога срабатывания датчика в широких пределах.

Наиболее близким аналогом по назначению и конструкции является датчик пороговых ускорений по авторскому свидетельству СССР 1820335 (заявка 4886437 от 26.11.90), опубликованному 07.06.93 в Бюллетене изобретений 21, выбранный за прототип.

Указанный датчик содержит корпус, внутри которого расположены ферромагнитный шарик с контактной системой, магнитную систему, выполненную в виде трубчатого цилиндрического магнита, расположенного снаружи корпуса, и ферромагнитного регулировочного винта, расположенного внутри корпуса над ферромагнитным шариком. К достоинствам датчика можно отнести малые габариты, простоту конструкции и достаточную устойчивость к внешним помехам.

Однако этот датчик может обеспечить регулировку порога срабатывания только в пределах 15-20% от номинального значения, определяемого параметрами конкретной конструкции, и изменение величины порога срабатывания вдвое и более осуществляется при проектировании путем выбора материала и геометрических размеров магнита. Это объясняется тем, что ферромагнитный регулировочный винт находится на удалении от магнитной системы и влияние его перемещения на изменение силы магнитного притяжения, действующей на шарик, ограничено. Кроме того, датчик имеет одностороннюю диаграмму чувствительности, т.е. срабатывает при действии сил инерции только в одном направлении.

Предлагаемая конструкция датчика также имеет магнитную систему с ферромагнитным регулировочным винтом и контактную систему, но она решает задачу срабатывания датчика от действия сил инерции в двух противоположных направлениях и обеспечивает путем простой регулировки изменение величины порога срабатывания датчика вдвое и более, что позволяет использовать один тип датчика для разных пороговых значений инерционных ускорений. Указанные преимущества достигаются применением двух подвижных якорей, имеющих противоположный ход, и регулировки силы притяжения в самом магнитопроводе датчика.

Задача решается выполнением магнитной системы в виде трубчатого цилиндрического магнита, на торцах которого установлены якоря, имеющие ступенчатую форму тел вращения, при этом в одном из якорей расположен ферромагнитный регулировочный винт с возможностью изменения расстояния между винтом и другим якорем, а контактная система состоит из расположенных против внешних торцов каждого из якорей монтажных колодок с гибкими контактными ламелями. Ламели установлены на монтажных колодках по окружности, четным количеством на каждой колодке от 4-х и более, электрически соединены через одну. На цилиндрические части якорей, входящие внутрь магнита, установлены направляющие втулки из немагнитного материала.

При достижении порога срабатывания один из якорей перемещается под действием импульса сил инерции, а второй якорь перемещается под действием импульса волны механического напряжения, направленного противоположно силам инерции (так называемый "отскок" деталей в соответствии с принципом Гопкинсона), при этом каждый из якорей может иметь различную статическую настройку, что обеспечивается различием в массах якорей или конструктивными особенностями якорей, влияющими на магнитную цепь. Экспериментальные исследования с датчиком предлагаемой конструкции показали, что при использовании магнитного сплава 25Х15КА зависимость силы магнитного притяжения (а следовательно, и пороговой настройки) от расстояния (зазора), обеспечиваемого ферромагнитным регулировочным винтом, носит экспоненциальный характер:
N_x=N_oexp(-x/a),
где N_х - величина порогового ускорения при воздушном зазоре х;
N_o - величина порогового ускорения при отсутствии зазора (при х=0);
a - коэффициент, учитывающий падение порогового ускорения от зазора х.

Коэффициент а для используемого типа магнитной системы составляет 0,2 мм.

Для предлагаемой конструкции датчика эффективный зазор х составляет от 0,05 до 0,3 высоты магнита, что обеспечивает диапазон ускорений от 100 g до 400 g.

На фиг.1 представлена конструктивная схема предлагаемого датчика пороговых ускорений.

На фиг.2 представлен вид на ламели контактной системы со стороны замыкающего их якоря.

Датчик состоит из корпуса 1, в котором помещен трубчатый цилиндрический магнит 2 с установленными на его оба торца якорями 3 и 4, причем в сквозное отверстие якоря 3 ввинчен регулировочный винт 5 из ферромагнитного материала, а напротив якорей установлены монтажные колодки 6 и 7 с контактными ламелями 8. Корпус 1 закрыт снизу крышкой 9, которая фиксирует в корпусе 1 трубчатый цилиндрический магнит 2 и монтажную колодку 6. На крышке 9 показан (как вариант) резьбовой наконечник 10 для крепления датчика на объекте. На цилиндрические части якорей 3 и 4, входящие внутрь магнита 2, для повышения чувствительности и уменьшения трения установлены направляющие втулки 11, изготовленные из неферромагнитного материала. Из неферромагнитного материала изготавливаются также корпус 1 и крышка 9. Контактные ламели 8 выполнены гибкими и установлены на монтажных колодках 6 и 7 вкруговую, как показано на фиг. 2. Число ламелей на каждой монтажной колодке четное, от 4-х и более (в зависимости от размеров датчика), и они соединены через одну с образованием на каждой монтажной колодке одной контактной группы, которые могут быть объединены и выведены на исполнительное устройство.

Работа датчика пороговых ускорений происходит следующим образом.

Ввинчивая или вывинчивая при сборке регулировочный винт 5, установленный в якоре 3, обеспечивают требуемую пороговую настройку датчика.

При воздействии на датчик импульса инерционного ускорения, например, вверх по отношению к расположению датчика на фиг.1 верхний якорь 3 отрывается от магнита 2 и перемещается до упора своим торцом в контактные ламели, что приводит к замыканию электрической цепи и срабатыванию исполнительного устройства.

В случае, если на датчик воздействует импульс волны механического напряжения, произойдет отрыв и перемещение нижнего якоря с аналогичным замыканием электрической цепи исполнительного устройства.

В результате проведенных на предприятии экспериментов получено подтверждение осуществления технического результата. Диапазон пороговой настройки по ускорению составил (100-400) g плюс-минус 20% и по амплитуде механического напряжения - 2-40 МПа плюс-минус 20%.

Датчик предназначен для использования в контрольной и измерительной технике для регистрации пороговых ускорений в различных зонах промышленных агрегатов, а также в боеприпасах различного назначения. Датчик имеет магнитную систему с ферромагнитным регулировочным винтом и контактную систему. Магнитная система выполнена в виде трубчатого цилиндрического магнита, на торцах которого установлены якоря, имеющие ступенчатую форму тел вращения. В одном из якорей расположен ферромагнитный регулировочный винт с возможностью изменения расстояния между винтом и другим якорем. Контактная система состоит из расположенных напротив внешних торцов каждого из якорей монтажных колодок с гибкими контактными ламелями. Обеспечивается срабатывание датчика в двух противоположных направлениях, а также простота регулировки порога срабатывания датчика. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Датчик пороговых ускорений, содержащий магнитную систему, включающую трубчатый цилиндрический магнит, ферромагнитный регулировочный винт и контактную систему с гибкими ламелями, отличающийся тем, что на торцах трубчатого цилиндрического магнита установлены два якоря, имеющие ступенчатую форму тел вращения, ферромагнитный регулировочный винт расположен в одном из якорей с возможностью изменения расстояния между винтом и другим якорем, а контактная система состоит из двух монтажных колодок, расположенных напротив внешних торцов якорей. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что на цилиндрические части якорей, входящие внутрь магнита, установлены направляющие втулки из немагнитного материала. 3. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что гибкие контактные ламели установлены на монтажных колодках по окружности, четным количеством на каждой колодке от 4-х и более, электрически соединены через одну, образуя на каждой колодке одну контактную пару.