Датчик положения

.2. Авторское свидетельство СССРМ 511616, кл. С 01 В 7/ОО, 1974 (про"тотип).(54)(57) ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ, содержа- . гдещий постоянный магнит, связываемыйс контролируемым объектом в процес- . 9 фсе измерения, и магниточувствительный элемент, о т ли ч а ю щ и й . -с я тем что, с целью повышениянадежности, магниточувствительныйэлемент выполнен в виде герметичного заполненного феррожидкостью сосуда с погруженным в нее грузом, закрепленным на оси вращения со смещением его .центра тяжести относительно этой оси, к одному из выступающихза пределы сосуда концов оси вращения прикреплена спиральная пружина,другой конец которой соединен с со-и сосуд материал за и фер кость явращениз немаматери требэаны с я, груз нитного алов гр емая жид отношен судом, осьвыполнены иа плотностирожидкостипружины свС(Кр ала, из когруз;сть ферро-. щая от распостоянным ом с ферро-ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС.ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ(ТИ- плотность материторого выполнен к - кажущаяся плотно жидкости, завися сфгояния Ь междумагнитом и сосуджидкостью С - жесткость пружины, 1 - величина линейного смещения центра тяжести груза.относительно оси вращения; д - ускорение силы тяжести; Ч в . объем груза;- максимальное значение кажувак щейся плотности феррожидкос.ти при расстоянии Ь - О.30 Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и можетбыть использовано для непрерывногоконтроля положения рабочих. органовмеханизмов в различных, отрасляхпромышленности, например для контро 5ля рабочихорганов станков с ЧПу,для .контроля положения электродовпри автоматической сварке и т.п,Известно устройство для определения положения объекта, содержащее 10подвижный постоянный магнит и Ферромагнитные элементы, образующие ламеди магнитного реле. Эти элементырасположены в гнездах вдоль траектории перемещения магнита и яеремещаются при его прохождении из исход,ного положения в положение индикации, сигнализируя о положении магнита1,Недостатком устройства является,сложность конструкции и невысокаяточность, обусловленная большим шагом дискретности расположения ферромагнитных элементов.Наиболее близким техническим решением к изобретению является датчик положения, содержащий постоянный магнит, связываемый с контролируемым обЪектом в процессе измерения, и магниточувствительные элементы - герконы, расположенные подлине перемещения магнита на рас-стояниях, равных шагу дискретности,примерно длине баллона геркона. Герконы подключены через логическиеэлементы к схемеиндикации положения 35магнита 23.Однако дискретность контроляположения объекта (магнит ) обуславливает его ограниченную точность,а наличие источника питания и большого количества .схемотехническихмагниточувствительных и логических -элементов увеличивает эксплуатационные затраты на техническое обслуживание и снижает надежность датчика положения.Целью изобретения является повыщение надежности датчика положения.Для достижения поставленной целив датчике положения, содержащем . 50постоянный магнит, связываемый сконтролируемым объектом в процессеизмерения, и магниточувствительныйэлемент, последний выполнен в видегерметичного заполненного феррожидкостью сосуда с погруженным в неегрузом, закрепленным на оси враще-.ния со смещением его центра тяжести относительно этой оси, к одномуиз выступающих эа пределы сосудаконцов оси вращения прикреплена 60спиральная пружина, другой конецкоторой соединен с сосудом, осьвращения, груз и сосуд выполнены изнемагнитного материала, а плотностиматериалов груза и Феррожидкости и 65 требуемая жесткость пружины связаны соотношениямиф ж Ю Ргрф 1С(Ргр-.УФ-ккрм ахЕЧ(4-"-, - ), (4 где- плотность материава, изкоторого выполнен груз; о- кажущаяся плотность ферротф-экжидкости, зависящая отрасстояния л между постоянным магнитом и сосудом сферрожидкостью;С - жесткость пружины;1 - величина магнитного смещения центра тяжести грузаотносительно оси вращения;9 " ускорение силы тяжести;Ч - объем груза;уФ-Фк максимальное значение кажуЖфьхщейся плотности феррожидкости при расстоянии и = О,На чертеже схематично изображен датчик положения.Датчик содержит постоянный магнит 1, связываемый с контролируемым объектом 2 в процессе измерения, и соосно расположеныый .с ним герметичный сосуд 3, выполненный из немагнитного материала и заполненный феррожидкостью 4, например, на основе Ге 03 . Через отверстия 5 и б в стенках сосуда 3 проходит герметично уплотненная в них немагнитная ось 7 вращения, на которой эксцентрично закреплен груз 8, выполненный из неМагнитного материала и погру-. женный в феррожидкость 4, Центр тяжести груза 8 смещен относительно оси 7 вращения на величину 1, К одному концу оси 7 вращения прикреплена спиральная пружина 9, а к другому регистратор 10, например стрелочный индикатор.Датчик положения работает следующим образом. В исходном состоянии, когда контролируемый объект 2 и связанный .с ним постоянный магнит 1 находятся на максимальном расстоянии Ппх от дна сосуда 3 с феррожидкостью 4, последняя находится вне зоны действия магнита 1, и ее начальная плотность будет минимальной. При этом груз 8, погруженный в феррожидкость 4 и установленный эксцентрично на оси 7 вращений, занимает наиниэшее положение, устанавливаясь под углом вотносительно вертикали - направления перемещения контролируемого объекта 2, зависящим от начальной плотности феррожидкости, плотности груза, смещения 1 его центра тяжести относительно оси вращения и жест. - кости С пружины 9. Ьчевидно, что величина этого угламисоответствует состоянию равновесия, когда мо101373 б мент, создаваемый силой Р тяжести груза, погруженного. в феррожидкость4, и выталкивающей силой Г, будет уравновешен противодействующим ему моментом пружины 9, зависящим от ее жесткости С, величина которой должнаудовлетворять неравенству 2).При перемещении контролируемогообъекта 2 смагнитом 1 по направлению к сосуду 3, т,е, при уменьшении расстояния Ь, происходит подмагни чивание феррожидкости 4, что приводит к увеличению ее кажущейся плотности,фж , являющейся Функцией расетояния Ь от сосуда 3 до магнита 1. Величина р ,(Ь) должна " удовлетворять неравенству 1) при ,любом Ь. Вследствие изменения(Ь) нарушается сложившееся в исходном состоянии равновесие сил за счет увеличения выталкивающей(Архимедовой) силы Г, благодаря чему груз 8 всплывает в Феррожидкостн4, пдворачиваясь вместе с осью 7 на , некоторый угол сС до тех пор, пока. перемещение. груза не будет уравновел шено за счет закручивания пружины 9. .Максимальный уголо поворота оси 7. .с грузом 8 не превышает Ф и равен 4 нюх = .-оиск.Таким образом, угол поворота оси 7 вращения с грузом 8 зависит от расстояния Ь между магнитом 1 и дном сосуда 3, т.е. зависит от положенйяконтролируемого объекта 2,Эта зависимость нелинейна, однакоэта нелинейность может.быть скомпенсирована в регистраторе 10, вкачестве которого может быть использован не только стрелочный прибор,.но и аналого-цифровой преобразователь угла в электрический сигнал ссоответствующими средствами коррек 10 ции нелинейностиНаличие начального углаосх исключает .возможность попадания подвижной системы датчика в мертвуюточку, когда Архимедова сила прохо 5 дит через ось. 7 вращения, что затрудняло бы поворот оси с грузоМ.,Воэможность непрерывного контрО.ля положения объекта и высокая чув-.ствительность феррожидкости к изменению магнитного поля, проявляющаяся в соответствующем изменении еекажущейся плотности, позволяет ис-,пользовать. датчик для контроляположения объекта, совершающегоплавные возвратно-поступательныеперемещения.1Отсутствие дополнительного источника электропитания датчика и высо;кая стабильность свойств элементов,из которых он выполнен., повышаютнадежность датчика положения. ИИПИ Заказ 2998/47раж 600 Подписное филиал ППП фПатентф,г.ужгород,ул, Проектная