ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам, основанным на эффекте Холла, контролирующим перемещение деталей машин, и может быть использовано в системах контроля за машинами и оборудованием.

Из уровня техники известны датчики перемещения различных конструкций, общим для них является то, что перемещение в датчиках преобразуется в электрический сигнал с помощью чувствительных элементов резистивного, индуктивного, магнитного, тензометрического и т. д. типа [1, с.19-263]. У каждого типа чувствительных элементов имеются свои достоинства и недостатки, например, у резистивных датчиков со скользящим контактом проблемой является переходное сопротивление в точке контакта, вносящее существенные искажения в сигнал датчика [2, с. 346-347] , у пружинных омических датчиков невысоки точность и надежность [1, с. 24] . Использование емкостных и индуктивных датчиков осложняется необходимостью тщательного экранирования от внешних полей и требует высокой точности изготовления [1, с.202-206; 2, с.360; 3, с. 41].

В последнее время получили распространение магниточувствительные полупроводниковые датчики, основанные на эффекте Холла - возникновении электродвижущей силы на противоположных сторонах пластины проводящего, в частности полупроводникового, материала, помещенного в магнитное поле с перпендикулярным плоскости пластины направлением силовых линий [4]. Отечественной и зарубежной промышленностью выпускаются преобразователи Холла, применяемые в различных устройствах автоматики.

При использовании преобразователей Холла в датчиках положения и/или перемещения наибольшее внимание уделяется построению т.н. магнитных концентраторов - узлов, содержащих постоянные магниты и создающих необходимую для выработки сигнала преобразователя конфигурацию магнитного поля [5; 6,с. 70-72] . При этом, как правило, не удается избежать нелинейности выходной характеристики датчика, что требует применения специальных схемных решений с целью линеаризации характеристики.

Наиболее близким к заявляемому является датчик положения перемещающегося объекта, содержащий преобразователь Холла и постоянные магниты, сопряженные с перемещающимся объектом [6, с.77, рис. 3.5д]. Датчик также не свободен от нелинейности выходной характеристики.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение формы выходной характеристики датчика, близкой к линейной.

Поставленная задача решается за счет того, что в датчике перемещения, содержащем преобразователь Холла и постоянные магниты, сопряженные с перемещающимся объектом, преобразователь Холла закреплен перпендикулярно основанию, на основании имеется ось, на которой с возможностью вращения размещен диск с вырезом в виде сектора с углом 60-120^o, магниты размещены на диске одноименными полюсами навстречу друг другу, а диск снабжен штоком, связанным с перемещающимся объектом скользящей муфтой.

С целью экранирования датчика от внешних магнитных полей он размещен в металлическом корпусе, в котором выполнена прорезь для перемещения штока. Шток может иметь различную длину в зависимости от величины измеряемых перемещений и расстояния от перемещающегося объекта до датчика и должен обеспечивать поворот диска в пределах, обусловленных углом выреза в диске.

Вариант заявляемого устройства представлен на чертеже. Датчик содержит основание 1, на котором закреплен преобразователь Холла (микросхема типа AD22151) 2, основание имеет ось 3, на которой с возможностью вращения помещен диск 4 с вырезом в виде сектора с углом 90^o. В диске выполнены отверстия 5 и 6, открывающиеся к вырезу, в которых размещены постоянные магниты 7 и 8 одноименными полюсами навстречу. К диску прикреплен шток 9, на котором с возможностью перемещения размещена муфта 10, связанная с объектом, перемещение которого измеряется. Основание с датчиком и диском помещено в корпус, имеющий прорезь 11, обеспечивающую свободной перемещение штока.

Устройство работает следующим образом. Муфту закрепляют на объекте, перемещение которого необходимо контролировать, датчик фиксируют в любом удобном месте. При перемещении объекта шток поворачивает диск. Преобразователь Холла испытывает воздействие меняющегося при перемещении магнитов поля, в результате чего на выходе датчика вырабатывается сигнал.

Испытания описанной конструкции показали следующие результаты. Датчик имеет высокие эксплуатационные характеристики и позволяет измерять практически любые перемещения. Диапазон измерения устанавливается изменением длины штока. Испытания датчика в составе компьютерной системы контроля регулирования турбин позволили измерять перемещения сервомоторов в диапазоне 0-300 мм с точностью не хуже 0,3%. Данный датчик может эксплуатироваться при температуре от -40^oС до +150^oС.

ЛИТЕРАТУРА
1. Д.И. Агейкин, Е.Н. Костина, Н.Н. Кузнецова. Датчики контроля и регулирования. М.: "Машиностроение", 1965.

2. Ж. Аш и др. Датчики измерительных величин. Кн.2. М.: "Мир", 1992.

3. Л. А. Осипович. Датчики физических величин. М.: "Машиностроение", 1979.

4. О. К. Хомерики. Применение гальваномагнитных датчиков в устройствах автоматики и измерений. Серия "Библиотечка по автоматике". М.: "Энергия", 1971.

5. Заявка ЕПВ 0363738, МПК G 01 d 5/14, заявл. 28.09.89, опубл. 18.04.90.

6. О.К. Хомерики. Полупроводниковые преобразователи магнитного поля. М.: "Энергоатомиздат", 1986.

Изобретение относится к устройствам, контролирующим перемещение объектов. Датчик перемещения содержит преобразователь Холла и постоянные магниты, сопряженные с перемещающимся объектом; преобразователь Холла закреплен перпендикулярно основанию; на основании имеется ось, на которой с возможностью вращения размещен диск с вырезом в виде сектора с углом 60-120^oС; магниты размещены на диске одноименными полюсами навстречу друг другу, а диск снабжен штоком, связанным с перемещающимся объектом скользящей муфтой. Для экранирования от внешних магнитных полей датчик размещен в металлическом корпусе, в котором выполнена прорезь для перемещения штока. Технический результат заключается в том, что датчик вырабатывает сигнал, по форме близкий к линейному, чем обеспечиваются высокая точность изменений и надежность в эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Датчик перемещения, содержащий преобразователь Холла и постоянные магниты, сопряженные с перемещающимся объектом, преобразователь Холла закреплен перпендикулярно основанию, на основании имеется ось, на которой с возможностью вращения размещен диск с вырезом в виде сектора с углом 60-120^o, магниты размещены на диске одноименными полюсами навстречу друг другу, а диск снабжен штоком, связанным с перемещающимся объектом скользящей муфтой. 2. Датчик перемещения по п.1, отличающийся тем, что он размещен в корпусе, имеющем прорезь, обеспечивающую свободное перемещение штока.