Преобразователь линейных ускорений Советский патент 1992 года по МПК G01P15/11 

Изобретение .относится к измерительной технике и предназначено для измерения линейных ускорений перемещения элементов механизмов и мэшин, конструкций сооружений и платформ градуированных стендов.

Известен Электромагнитный преобразователь виброускорений (СССР, авторское свидетельство № 794549, кл. G 01 Р 15/11, 1981), содержащий катушку индуктивности, размещенную в упругом подвесе инерционную массу, выполненную в виде двух, жестко скрепленных между собой накладных элементов, установленных по разные стороны торцовых поверхностей катушки. Один из накладных элементов изготовлен из магнитодиэлектрика, а другой - из неферромагнитного токопроводящего материала.

Принцип действия преобразователя основан на преобразовании перемещения инерционной массы в изменение величины индуктивности и добротности катушки индуктивности. Выполнение чувствительного элемента преобразователя в виде инерционной массы на упругом подвесе определяет как достоинства так и недостатки преобразователя.

К достоинствам следует отнести бесконтактный принцип измерения т.е. возможность измерения в поле переменных сил (в отсутствии непосредственной связи перемещения инерционной массы с перемещением исследуемого объекта),

Недостатком преобразователей, выполненных по приведенной кинематической схеме (инерционная масса на упругом подвесе) является проявление динамических (частотных) погрешностей, обусловленных наложением на полезный сигнал собственных колебаний инерционной массы и зависимостью выходного (полезного) сигнала от соотношения собственных и вынуждающих частот колебаний.

Известен Преобразователь линейных ускорений по авторскому свидетельству СССР № 1051436, кл. G 01 Р 15/11. Данный преобразователь содержит цилиндрический полый магнитопровод с прямоугольным внутренним полюсом, две обмотки у оснований магнитопровода, соединенных внутренней ферромагнитной осью, и подвижный элемент в виде кольца из радиалье

VI Ч

Ь О

о

00

но намагниченного магнита, высота которого равна высоте внутреннего кругового полюса и который свободно охватывает ферромагнитную ось магнитопровода. Маг- нитопровод выполнен составным, содержащим две симметричные цилиндрические части и состыкованные одна с другой через диамагнитную прокладку. Также составной выполнена внутренняя ось магнитопровода и содержит два идентичных цилиндрических стержня, соосно и жестко связанных друг с другом соединительной диамагнитной вставкой. В качестве чувствительного элемента в преобразователе служит кольцевой магнит, выполняющего роль инерционной массы, а упругие силы создаются за счет взаимодействия кольцевого магнита с внутренним полюсом магнитопровода.

Недостатком указанного преобразователя является сложность конструкции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому изобретению следует считать Преобразователь линейных ускорений по авторскому свидетельству СССР №169903, кл.С 01 Р 15/11, 1963 г./Данный преобразователь содержит магнитопровод, короткозамкнутый виток, катушку с обмоткой измерения, подвижный сердечник, выполненный с возможностью установки на контролируемый объект.

Недостатком указанного преобразователя является сложность конструкции,

Целью изобретения является упрощение конструкции.

Упрощение конструкции достигается тем, что в преобразователе, содержащем магнитопровод, короткозамкнутый виток, катушку с обмоткой измерения, подвижный сердечник, выполненный с возможностью установки на контролируемый объект, является постоянным магнитом с полюсными наконечниками, короткозамкнутый виток выполнен в виде неферромагнитной металлической конусной гильзы с центральным сквозным отверстием, причем, постоянный магнит, катушка измерения, конусная гильза и магнитопровод установлены соосно друг другу.

В преобразователе отсутствуют инерционная масса и упругий элемент.

Отличительным признаком является: короткозамкнутая неферромагнитная металлическая конусная гильза с центральным цилиндрическим сквозным отверстием.

Авторами предлагаемого изобретения не обнаружено решений со сходным признаком, следовательно, рассматриваемое техническое решение обладает существенным отличием.

Принцип действия предлагаемого устройства основан на индукционном способе преобразования измеряемой величины в электрический сигнал. При этом, для получения сигнала, пропорционального ускорению, используется магнитное поле, создаваемое токами, индуцируемыми в металлическом теле замкнутой формы при перемещении в его полости постоянного

магнита. В устройстве для этой цели используется короткозамкнутая неферромагнитная металлическая конусная гильза с внутренним цилиндрическим сквозным от- верстием.

Если представить, что гильза состоит и

п элементарных замкнутых колец (витков) сечением AF, то ЭДС, наводимая в элементарном кольце при перемещении внутри его постоянного магнита, будет:

En KiBnYm -KiBnSrt),

где Ki - коэффициент пропорциональности; Вп - магнитная индукция поля постоянного магнита в месте расположения элементарного кольца;

Ym S - скорость перемещения магнита;

S - перемещение магнита. Эта ЭДС определяет ток ln в элементарном кольце. Данный ток создает магнитное

поле, изменение которого, отображая скорость изменения тока In или скорость перемещения S, индуцируется ЭДС в витках измерительной обмотки, равную Еизм К21п К1К2Вп5,

где К2 - коэффициент пропорциональности; in - скорость изменения тока в кольцевом элементе гильзы;

S - ускорение перемещения магнита. Таким образом, в витках измерительной

обмотки наводится элементарная ЭДС от тока в элементарном кольце гильзы, пропорциональная ускорению перемещения магнита.

ЭДС в витках измерительной обмотки,

расположенных в поперечном сечении гильзы, будет равна сумме элементарных ЭДС, наводимых от каждого замкнутого кольца сечением A F, а ЭДС в витках, охватываемых магнитным полем одного полюса магнита, будет равна сумме ЭДС от всех элементарных колец, расположенных в данном поле.

Поскольку ЭДС под полюсами магнита разнополярны, то результирующая ЭДС или выходной сигнал преобразователя будет равна разности ЭДС. наводимых в витках измерительной обмотки, расположенных под разноименными полюсами магнита.

Необходимым условием независимости результирующей ЭДС от места положения магнита бнутри гильзы является обеспечение постоянства разности числа элементарных колец гильзы по перемещению магнита, что достигается применением гильзы конусной формы.

Таким образом, применение коротко- замкнутой металлической конусной гильзы обеспечивает наведение в витках измерительной обмотки ЭДС, пропорциональной ускорению перемещения магнита или ускорению перемещения исследуемого объекта.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Преобразователь состоит из штока 1, жестко скрепленного с магнитным сердечником 2, имеющим полюсные наконечники 3. Магнитный сердечник со штоком помещены в полость цилиндрической катушки А, выполненной из электроизоляционного материала. На поверхности катушки намотана многоряднал равномерная обмотка 5, начало и конец которой подсоединяются к регистратору (на чертеже не показано). Катушка с измерительной обмоткой размещены в цилиндрической полости короткозам- кнутой неферромагнитной металлической конусной гильзы 6. Все вышеперечисленные конструктивные элементы расположены в корпусе 7, выполненного из магнитомягкого материала, являющимся магнитопроводом, Корпус закрыт крышками 8 и 9.

Преобразователь работает следующим образом.

При перемещении магнита 2, скрепленного с исследуемым объектом, вдоль оси катушки 4 магнитный поток, пронизывая тело конусной гильзы 6 и замыкаясь через магнитопровод 7, наводит разнополярные под полюсами магнита ЭДС в теле конусной

гильзы, пропорциональные скорости перемещения магнита Малое сопротивление гильзы обуславливает циркуляцию в ней значительных токов, которые, в свою очередь, образуют равномерно нарастающее магнитное поле вдоль оси катушки от вершины конуса гильзы к ее основанию. При изменении величины скорости и направления перемещения магнита изменяются величина и направление магнитного потока вдоль оси катушки Изменяющийся магнитный поток наводит разнополярные ЭДС в измерительной обмотке 5. ЭДС не равны -между собой, т.к. индуцируются полями

разной плотности Выходной сигнал преобразователя, определяемый разностью этих ЭДС, снимается с начала и конца измерительной обмотки. Поскольку циркуляционные токи в теле гильзы пропорциональны

скорости перемещения магнита, а ЭДС, наводимые в измерительной обмотке, пропорциональны скорости изменения величины циркуляционных токов, то выходной сигнал преобразователя пропорционален ускорению перемещения магнита, т.е. ускорению движения исследуемого объекта.

Формула изобретения Преобразователь линейных ускорений,

содержащий магнитопровод, короткозамк- нутый виток, катушку с обмоткой измерения, подвижный сердечник, выполненный с возможностью установки на контролируемый объект, отличающийся тем, что,

с целью упрощения конструкции, подвижный сердечник выполнен в виде постоянного магнита с полюсными наконечниками, короткозамкнутый вигок выполнен в виде неферромагнитной металлической конусной гильзы с центральным сквозным отверстием, причем постоянный магнит, катушка измерения, конусная гильза и магнитопровод установлены соосно друг другу.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения пинейных ускорений. Преобразователь линейных ускорений содержит магнитопри- вод, постоянный м,эгнитс полюсными наконечниками и штоком, катушку с измерительной обмоткой, между катушкой и магнитопроводом установлена коротко- замкнутая не ферромагнитная металлическая конусная гильза с центральным сквозным отверстием, 1 ил.