Электромагнитный датчик ускорения жидкости Советский патент 1979 года по МПК G01P15/105 

(54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДАТЧИК УСКОРЕНИЯ ЖИДКОСТИ

1

Изобретение относится к области приборостроения, в частности, к области средств измерения параметров движения жидкости.

Известны индукционные датчики ускорения, предназначенные для измерения трех компонент вектора ускорений, содержащие корпус, заполненный демпфирующей жидкостью, инерционный элемент и преобразователь с магнитной системой ll. Для повышения точности измерения инерционйый элемент датчика, служащий сердечником трех взаимно перпендикулярных обмоток дифференциальной трансформаторной схемы преобразования, выполнен в виде поплавка из ферромагнитного материала со средней плотностью, равной средней плотности жидкости.

Для определения максимальной величины ускорения путем дифференцирования электрического сигнала скорости используются индикаторы максимашьной крутизны изменения сигнала 12.

Эти устройства содержат низкочастотный усилитель, дифференциатор, фильтр низких частот, пиковый детектор, компаратор, триггер и

воспроизводящее измерительное устройство. В результате обработки сигнала обеспечивается сохранение на воспроизводящем устройстве последнего воспроизведенного сигнала, когда воспроизведенный сигнал начинает уменьшаться.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является

0 жидкостный датчик толчков 3|, содержащий канал, заполненный электропроводящей жидкостью, измерительные электроды, погруженные в жидкость, магнитную систему и пороговое уст5ройство для.-протекания жидкости.

Жидкость может совершать движение относительно магнитной системы и электродов при интенсивности толч0ка, превышающего заданное пороговое значение ускорения. Движение жидкости преобразовывается в электрический сигнал с помощью магнитной системы электродов, расположенных один

5 против другого в направлении, перпендикулярном направлению потока жидкости и направлению магнитного поля. В датчике предусмотрен также канал для протекания жидкости

0 в обратном направлении. Недостатком датчика является то что он выдает электрический сигнал лишь тогда, когда ускорение превыш ет определенное пороговое значение причем сигнал йёописывает ускорение как функцию времени. Кроме того, указанный датчик рассчитан на измерение ускорений твердых -тел и не позволяет измерять местные (локальные) ускорения открытых потоков жидкости (например ускорения воды в отдельных точках реки, кана ла или прибойной зоны). Целью изобретения является созд ние устройства, позволяющего измерять и регистрировать как функцию времени локальные ускорения открытых нестационарных потоков жидкост что приводит в итоге к повыиению точности. Это достигается тем, что магнит ная система датчика подключена к источнику переменного тока, измерительные электроды снабжены витками связи с магнитным полем, а вы ходы .токов подключены к частотному детектору. Индукционная наводка, то есть трансформаторная электродвижущая сила (ЭДС), возникающая в витках связи, используется в-качестве несущей Частоты, Эта ЭДС модулируетс по фазе электрическим сигналом, вызванным скоростью жидкости, движущейся в магнитном поле датчика, поскольку этот сигнал сдвинут по фазе на 90° относительно трансфор маторной ЭДС. На вход частотного детектора подается результирующий, модулированный по фазе электрический сигнал, а на выходе этого дете тора сигнал по амплитуде пропорцио нален ускорению жидкости. На фиг. 1 изображен пример выполнения электромагнитного датчика для измерения дЭух компонент локальных ускорений жидкости; на фиг, 2 - то же, разрез. Датчик ускорения содержит источ ник 1 переменного тока, подключенный кабель 2 к чашечному электромагниту 3. Электромагнит 3 прикреплен к изолирующей, стенке 4, на которой расположены электроды 5, б для регистрации горизонтальной Компоненты ускорения и электроды 1 f. В для регистрации вертикал ной компоненты, В центре датчика укреплен общий для всех компонент электрод 9,который соединен с экра нами кабелей. Электроды 5 и 7 снаб жены витками 10 связи, число которЫх и охватываемая их контуром площадь могут регулироваться, К Виткам через экранирова ный симметричный кабель 11 и усили тель - ограничитель 12 фазовый детектор 13 и регистратор 14. Для обеспечения прочности и герметичности конструкции электромагнит 3 и витки 10. после регулировки залиты герметизирующим компаундом 15. Датчик ускорения работает следующим образом. При питании переменным током от источника 1 чашечный электромагнит 2 создает в жидкости магнитное поле. Оно имеет симметричную структуру и ход силовых линий 16. При |движении проводящей жидкости в этом магнитном поле, например,в направлений 17 между электродами 5, б возникает согласно закону электромагнитной индукции электродвижущая сила (ЭДС), амплитуда которой пропорциональна горизонтальной компоненте вектора скорости жидкости V (t), а фаза совпадает с фазой тока, питающего электромагнит. Переменное магнитное поле пронизывающее электрический контур, образованный электродами 5, 6, витками 10 связи и путями токов в жидкости создает в нем индукционную (трансформаторную) ЭДС, сдвинутую по фазе на 90 относительно тока. питающего электромагнит. Частота этой трансформаторной ЭДС используется в датчике в качестве несущей. Ее амплитуда превышает сигнал, вызванный скоростью жидкости, за счет .выбора числа витков 10 связи и их положения в магнитном поле. Результирующий сигнал, поступающий на усилитель - ограничитель 12, промодулирован по амплитуде и по фазе, причем глубина модуляции зависит от скорости жидкости, с выхода усилителя - ограничителя 12 усиленный и ограниченный по амплитуде сигнал подается на вход частотного детектора 13, Поскольку частота колебания есть производная по времени от него фазы, а фаза в данном случае пропорциональнаскорости жидкости, то на выходе частотного детектора 13 сигнал пропорционален ускорению жидкости. Это сигнал фиксируется регистратором 14 как функция времени Получаемое в результате аналогичных преобразований напряжение с электродов 7, 8 пропорционально вертикальной компоненте ускорения жидкости. Оно регистрируется другим каналом многоканального регистратора 14. Локальность измерения ускорений, то есть . объем жидкости, влияющий заметным образом на амплитуду регистрируе- . мого сигнала, зависит от распределения напряженности магнитного поля в жидкости (при фиксированной чувствительности измерительной схемы частотного детектора). Физические процессы, лежащие в основе предлагаемого устройства. могут быть пояснены следующим обра зом. Если в соответствии с onHcatJным выше ток / , питающий элек тромагнит 3, изменяется rio синусоидальному закону с круговой час той и и амплитудой j i fiinui.t , то ЭДС U , обусловленная скорость жидкости, определяется вьфсикёнйём: и U(t)einUJt , W)(t), где к - постоянный коэффициент, оп деляемый конфигурацией магнитного поля и конструкцией датчика. При тех же условиях трансфоряна орная ЭДС будет выражаться формулой:Е Е„ cos ojt где амплитуда Б определяется по мимо напряженности и частоты t из менения магнитного поля числом витков 10 связи и площадью образованного ими контура, который прони вается магнитным полем. Результирующее напряжение V(t), поступающее из цепи электродов 5, (или 7, 8) на усилитель - ограничитель 12, можно представить в виде; . Vft)V a4nttot-i-( , )2+E , 9ft)- ofct . .j Соответственно, напряжение v н выходе частотного детектора будет /rf-tal+ Ugi, L. i 1 dU(t)l .|aH--..t , где :e - коэффициент пропорционал ности. Выбирая параметры и положение витков 10 связи, можно сделать от ношение .Ш. малым (например, 0,1) и с достаточной для практики точн6с;тбю фиксировать регистратором 14 величину, пропорциональную ускорению жидкрёти (t)l dt ); Постоянную составляющ5 «л- в последнем выргикеник можно исключить соответствующим выбором схемы частотного детектора 1.3. Датчик дает возможность измерений локальных ускорений открытых нестационарных потоков жидкости, как в лабораторньк, так и в полевых условиях. Он позволяет одновременно регистрировать две компоненты вектора ускорения как функциюj времени. Датчик не содержит механически подвижных деталей, и его конструкция может быть сделана достаточно прочной для измерения больших ускорений. Формула изобретения Электромагнитный датчик ускорения жидкости, содержащий магн.итную систему и установленные в жидкости 1(3 мери тельные электроды, отличающийся темр что, с целью повьшения точности ускорений нестационарных потоков жидкости, в него введены источник переменного тока, подключенный к магнитной системе, витки связи электродов с магнитным полем, подключенные через усилитель к частотному детектору с регистратором . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 299802, кл. G 01 Р 15/08, 1969. 2.Патент США 3869666 л, G 01 Р 19/2, опублико 1975. 3.Патент ФРГ 2320583, л. G 01 Р 15/а8, опублик. 1975 прототип).

fff