Центробежный датчик угловой скорости Советский патент 1984 года по МПК G05D13/18 

Изобретение относится к устройствам автоматики и может быть использовано в системах регулировани скорости вращения коленчатого вала дизельного двигателя. Известен центробежный датчик уг левой скорости, содержащий электри ческую контактную пару, которая пр превышении скорости замыкается ток проводящим инерционным элементом п действием центробежных сил ClJ. Недостаток указанного датчика необходимость снятия показаний дат чика с вращающейся части контролируемого объекта. Наиболее близ: им к предлагаемом по технической сущности является центробежный датчик угловой скорос содержащий выполненный из немагнит ного материала и соосно установлен ный на валу корпус, частично запол ненный ферромагнитным порошком, и индукционную катушку с разомкнутым магнитопроводом, причем внутренняя Поверхность корпуса снабжена высту пами. При вращении корпуса этого датчика имеющийся в нем порошок за хватывается выступами внутренней по верхности корпуса и под действием центробежных сил удерживается во .впадинах между ними, образуя сплошное кольцо. Через образованный таким образом кольцевой магнитопровод замыкается магнитный поток катушки Полное сопротивление катушки увеличивается за счет увеличения индук тивного сопротивления, и ток в цепи катушки резко уменьшается. Это уменьшение тока используется для контроля превышения скорости Г23, Недостатками известного датчика являются низкая точность, узкий диапазон контролируемых скоростей, а также зависимость его работы от ориентации в гравитационном поле. Низкая точность обусловлена неравномерным заполнением ячеек ферро магнитным порошком вследствие поочередного зачерпывания порошка выступами. Это требует усреднения информации о скорости за целый оборот Таким образом, контролирование скорости вращения объекта с применением известного датчика возможно лишь с точностью до одного оборота Узкий диапазон контролируемых скоростей обусловлен тем, что при малых оборотах, когда центробежная сила невелика, .ферромагнитный порошок в основном сосредотачивается пересыпаясь на боковой поверхности цилиндра, в нижней его части. Увлекаемый выступами цилиндра ферромагнитны{ порошок высыпается вниз в процессе вращений до тех пор пока вес порошка не будет уравновешен центробежной силой. До этого магнитный поток индукционной катушки не замыкается и информация об изменении скорости не может быть получена. При дальнейшем увеличении числа оборотов центробежная сила становится достаточной для удержания части ферромагнитного порошка, распределенного по внутреннему периметру цилиндра. Еще большее увеличение скорости вращения влечет за собой увеличение толщины слоя пброшка, распределенного по периметру, вплоть до момента, когда он не распределится весь, образовав внутри корпуса ферромагнитное кольцо. С этого момента дальнейшее изменение тока в индукционной катушке, вызываемое увеличением скорости вращения, прекращается, а следовательно, прекргццается и выдача информации. Зависимость работы датчика от ориентации его в гравитационном поле объясняется тем, что действие его основано на взаимодействии центробежных сил и сил гравитации. Поэтому для его правильной работы нужно наличие гравитационного поля и . необходима определенная пространственная ориентация устройства относительно этого поля. Цель изобретения - расширение области применения и повышение точности датчика. Поставленная цель достигается тем, что в центробежном датчике угловой скорости, содержащем выполненный из немагнитного материала и соосно установленный на валу тороидальный корпусJ заполненный ферромагнитным порошком, и индукционную катушку с разомкнутым магнитопроводом, более удаленная от оси вращения стенка тороидального корпуса выполнена упругой, а стенки, перпендикулярные оси вращения, соединены внутри .тороидального корпуса с серединой стенки, ближайшей к оси вращения, упругими -герметичными перегородками, разделяющими тороидальный корпус на три полости, одна из которых, более удаленная от оси вращения, герметична и заполнена ферромагнитным порошком, а две другие сообщены с атмосферой. На Фиг.1 изображен центробежный датчик угловой скорости; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1. Выполненный из немагнитного материала тороидальный корпус 1 датчика жестко закреплен на валу 2. Ось 00 симметрии тороидального корпуса 1 датчика совпадает с его осью вращения. Более удаленная от оси вращения стенка 3 тороидального корпуса 1 выполнена- упругой, например из резины, а стенки 4 и 5 корпуса 1, перпендикудярные оси вращения, соединены внутри корпуса 1 с

серединой стенки 6, ближайшей к оси вращения, упругими герметичными перегородками 7 и 8, разделяя внутреннее пространство тороидального корпуса 1 на три полости: герметичную 9 и две 10 и 11, сообщенные с атмосферой через отве -тия 12 и 13, выполненные в стенках 4 и 5. Герметичная полость 9 целиком заполнена ферромагнитным порошком. Тороидальный . корпус охвачен без соприкосновения индукционной катушкой 14 с разомкнутым магнитопроводом 15. . Датчик работает следующим образом. ,.. . .. .

При вращении вала 2 и жестко связанного с ним тороидального корliyca 1 ферромагнитный порошок, рарположё нный в герметичной полости §, под действием центробежных сил начинает давить на упругую стенку 3 тороидального корпуса 1 и, преодолевая ее упругое сопротивление, выгибает ее наружу, в разрыв магнитопровода 15 индукционной катушки 14. Магнитный поток катушки 14 замыкается, ее индукционное сопротивление увеличивается, а ток в цепи катушки уменьшается. Это уменьшение тока ; зависит от скорости вращения тороидального корпуса датчика и используется как управляющий сигнал в стабилизаторах скорости вращения. V

При перемещении ферромагнитного порошка от оси врёицения к периферии в герметичной плоскости 9 не созда-. ётся разряжение, препятствующее пербмещению порошка, потому, что на порошок через упругие перегородки 7 и 8 оказывает воздействие атмосфвр;ное давление воздуха, находящегося JB полости 10 и 11, сообщенных через Отверстия 12 и 13 с атмосферой. .Пунктирными линиями на фиг. 1 и 2,пока-; зано положение упругой стенки 3 и упругих перегородок 7 и 8 ;; в процессе вращения. Полное заполнение герметичной полости 9 ферромагнитным порошком резко снижает зависимость работы датчика от его ; ориентации в гравитационном поле. Предлагаемый датчик, например, в отличие от датчика-прототипа может работать и в положении, когд9 ось вращения расположена вертикально

Предлагаемый центробежный Датадк, угловой скорости обладает более высокой точностгьй выдачи управляющего сигнала в зависимости от скорости.

вращения, поскольку в нем распределение ферромагнитного порошка по периферии происходит при любой скорости равномерно по всем ргшиальным направлениям, т.е. -сигнал с выхода предлагаемого датчика может быть сформирован для управления скоростью вращения за период меньший, чем время одного оборота вала, в то время как в датчике-прототипе, из-за неравномерности распределения ферромагнитного прошка по периферии корпуса для управления может быть использован только лишь сигнал усредненный за период не меньший, чем время одного оборота.

Пока ферромагнитный порошок не заполнил полностью ячейки внутренней полости его корпуса устройствоПрототип работает в режиме датчика, т.е. сигнал, снимаемый с индукционной катушки, зависит, хотя и не точно, от скорости вращения, но как только весь запас ферромагнитного порошка уже израсходован, т.е. oti. весь распределен по периметру корпуса, сигнал на выходе устройства уже более не зависит от ув &личения скорости вращения и при щшьнейшем увеличении cKOpbCTjJ: остаемся постоянным, что указывает иа пр евышение скорости. Причем диапазон скоростей, в котором весь порошок распределяется по периметру корпуса, мал, т.е. практически устройствО-прототип работает 3 режиме указателя превышения скоросфи вращения, а в режиме датчика paeib aeT. в очень узком диапазоне скоростей.

Более широкий диапазон контролируемых скоростей в предлагаемом центробежном датчике угловой скогрости обеспечивается равномерным по периметру и плавным, в зависимости от скорости вращения, выгибанием герметичной полости, заполненной ферромагнитным порошйом, в разрыв магнитопроводаиндукционной Причем снизу (со стороны маллх скоростей врёицения) диапазон контролируемых ск ч остей ограничен чувствительностью упругих перегородок 7 и 8 герметичной полости 9, а сверху (со стороны больших скрростей jepaЛцения) - прочностью угчругой стен КИ 3.. .:-,.;,. , ,.

Простота конструкции пред лагаемог6 датчика обеспечивает его овысокую надежность.

V

:Р

ЦБНТРОБЕЖШЙ ДАТЧИК УГЛОВО СКОРОСТИ, содержащий выполненный из немагнитного материала и собсно установленный на валу то роидальный корпус, заполненный фещюмагнитным порошком, и индукционную катушку с разомкнутым магнитопроводом, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения и повышения точности, в нем более удаленная от оси вращения стенка тороидального корпуса выполнена упругой, а стенки, перпендикулярные оси вращения, соединены внутри тороидального корпуса с серединой стенки, ближайшей к оси вращения, упругими герметичными перегородками, разделяющими тороидальный корпус на три полости/ одна из которых более удаленная от оси вращения, герметична и заполнена ферромагнитным порошком, а две другие сообщены с атмос- § ферой..