Датчик угловой скорости Советский патент 1984 года по МПК G05D13/38 

2.Датчик по пЛ, о т л и ч а ющ и и с я тем, что частицы ферромагнитного материала распределены равномерно по объему кольца.

3.Датчик по П.1, о т л и.ч а rout и и с я тем, что частицы ферромагнитного Материала распределены равномерным слоем по внутреннему периметру кольца.

4.Датчик по ПП.1 Й2, о т л и Чающийся тем, что ферромагнитный материал намагничен в адиальных относительно кольца направлениях.

5.Датчик попп.3и4, отли чающийся тем, что ферромагнитный материал намагничен по периодическому закону, например по синусоидальному.

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)

1

Изобретение относится к устройствам автоматики и может быть использовано в центробежных регуляторах скорости вращения. Известен датчик угловой скорости имеющий намагниченный груз, расположенный на объекте -вращения, и исполнительный механизм С 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 ciaновятся 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 .

Применение описанного центробежнОго узла в датчике скорости вращения не позволяет добиться высокой точности контроля скоростей, так как не обеспечивает равномерность распределения ферромагнитного материала по внутреннему периметру, корпуса из-за 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 ско|рости вращения объекта.невозмож1на. К тому же, неравномедное заполнение ячеек внутренней полости кор-пуса ферромагнитным материалом, являющееся следствием поочередного зачерпывания его выступами, требу5 ет усреднения информации о скорости за целый оборот. Таким образом, контролирование скорости вращения объекта с применением указанного центробежного узла возможно лишь

0 с точностью до одного оборота. Кроме того, .датчик не позволяет контролировать скорость вращения в широком диапазоне. При малых оборотах, когда центробежная сила еще

с 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 ферромаг5 нитного материала, распределенного по внутреннему периметру цилиндрического корпуса. Еще большее увеличение числа оборотов влечет за i собой увеличение толщины слоя час0 тиц, распределенных по периметру, вплоть до момента, когда он распределится весь, образовав внутри корпуса равномерное по толщине ферроI магнитное кольцо. С этого момента

5 дальнейшее изменение тока в индукци онной катушке, вызываемое увеличением CKOjpocTH вращения, прекращается, а следовательно, прекращает-, : ся и выдача информации о ее изме0 нении, поэтому диапазон контролируемых скоростей существенно ограничен как со стороны малых, tan и больших скоростей. Применение данного центробежного узла в датчике

g скорости вреицения не обеспечивает высокую надежность его работы. Под действием магнитного поля катушки индуктивности происходит намагничивание ферромагнитного материала.

находящегося в немагнитном корпусе. Под действием остаточного магнетизма происходит слипание частиц и образование в нем неоднородностей. В конечном нтоге 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 из немагнитного материала, ферромагнитный материал в виде частиц и исполнительный механизм, содержит установленное в цилиндрическом корпусе кольцо, выполненное из упругого ; немагнитного материала, в котором распределены частицы ферромагнитного материала.

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

При этом ферромагнитный материал может быть намагничен в радиальных относительно кольца направлениях либо по периодическому закону, например по Синусоидальному.

На фиг.1 схематически изображен предлагаемый датчик.угловой скорости, разрез; на фиг.2 - разрез ;А-А на фиг.1; на фиг.З - центробежный датчик в виде заключенного в цилиндрический корпус упругого немагнитного кольца с напыленньам на его внутреннюю поверхность слоем ферромагнитного материала.

На фйг.Г-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 6, упругое немагнитное кольцо 7, выполненное, например, из резины, слой 8 дисперсного ферромагнитного 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 сроено 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 электри еского сигнала в зависимости от приб

лижения ферромагнитного материала. Уменьшение расстояния между локальным центром масс ферромагнитного кольца 3 и магнитной накладной 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

0 разность потенциалов. Таким образом, любое увеличение или уменьшение скорости вала 1 может контролироваться при помощи сигнала, получаемого с пьезочувствительного элемента.

5 При использовании в датчике центробежного узла (фиг.З) работа датчика происходит аналогичным об. разом, но только к магнитной накладке 6 приближается слой 8 ферромагQ нитного материала, напыленный на упругое немагнитное кольцо 7 по его внутреннему периметру.-При этом происходит, увеличение длины слоя 8. Это увеличение возможно, так как

5 структура этого слоя является мелкодисперсной, т.е. состоящей из мель,чайших 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 меха0 ническое расширение либо сжатие, однако в любом случае на его выходе появляется разность потенциалов. При радиальном намагничивании, ферромагнитного материала, дисперсно

5 распределеннаго в объеме упругого немагнитного кольца, могут быть использованы известные приемы изготовления постоянных кольцевых магнитов, Выполнение намагниченности ферромагQ нитного материала по периметру упруrortf 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

0 переменных синусоидальных магнитных полей.

При использовании предлагаемого датчика угловой скорости достигается более высокая точность контроля

5 скорости- вращения. Высокая скорость

Обеспечивается равномерностью сжати 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 вращен ия, когда упругий материал сильно сжат, увеличение, скорости вращения вызывает очень малые сжатия ферромагнитного материала чувствительность датчика становится

низкой, что также ограничивает контроль скоростей сверху.

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

Предлагаемый датчик обеспечиваетвысокую надежность в работе. Это обусловлено простой конструкцией, отсутствием трущихся частей (в отличие от прототипа не требуется сложная форма корпуса с внутренними выступами по периметру) . Радиальное намагничивание ферромагнитного материала датчика существенно повышает его чувствительность, а периодический закон намагничивания по периметру упругого кольца позволяет просто усиливать сигнал на выходе датчика при необходимости.