Датчик угловой скорости

(50 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О 1 НРЫТИЙ(71) Северо-Эападный заочный политехнический институт(53) 621.436-552.9(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство ССС В 396669, кл. 0 05 П 13/041973.2. Авторское свидетельство СССР 9 474794, кл. 0 05 Р 13/38, 1975 (прототип).,(54)(57) 1. ДАТЧИК УГЛОВОЙ СКОРОСТИ,содержащий установленный на валуцилиндрический корпус из немагнит"ного материала, ферромагнитный материал в виде частиц и исполнительный механизм, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышенияточности и расширения области при-,менения датчика, он содержит установленное в цилиндрическом корпусе,кольцо, выполненное из упругого немагнитного материала, в котором распределены частицы ферромагнитногоматериала.1080126 10 15 20 25 ЗО 35.40 45 2. Датчик по пЛ, о т л и ч а ю,щ и й с я тем, что частицы ферромагнитного материала распределеныравномерно по объему кольца,3. Датчик по п.1, о т л и.ч а ю. щ и й с я тем, что частицы ферромагнитного материала распределены равномерным слоем по внутреннему периметру кольца. 1Изобретение относится к устройст-вам автоматики и может быть использовано в центробежных регуляторахскорости вращения.Известен датчик угловой скорости,имеющий намагниченный груз, расположенный на объекте вращения, иисполнительный механизм13,Недостатком описанного датчикаявляется пространственная локализация магнитного поля его магнитноймассы, приводящая к тому, что дляполучения информации о скоростивращения при любом его угловом положении исполнительный механизм необходимо .располагать в датчике также на объекте вращения. При этомсъем информации с исполнительногомеханизма и регулировка датчика становятся затруднительными, а надежность датчика из-за воздействияцентробежных сил понижена.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является датчик угловой скорости, со.держащий установленный на валу цилиндрический корпус из немагнитно.го материала, ферромагнитный материал в виде частиц и исполнительный механизм 1.2 3.Применение описанного центробеж-,ного узла в датчике скорости вращения не позволяет добиться высокойточности контроля скоростей, таккак не обеспечивает равномерностьраспределения ферромагнитного материала по внутреннему периметрукорпуса иэ-эа возможного смещенияматериала. Способствуют смешаниючастиц и выступы, на внутренней поверхности цилиндрического корпуса,служащие для захвата частиц привращении. В результате, магнитныйпоток индукционной катушки, замыкаемый кольцом из ферромагнитного материала, меняется не только в зависимости от числа оборотов, из-зачего высокая точность контроля скорости вращения объекта. невозможа. К томУ же, неравномерное запол 4. Датчик по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что ферро,магнитный материал намагничен в радиальных относительно кольца направлениях,5. Датчик по пп.З и 4, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что Ферро" магнитный материал намагничен по периодическому закону, например по синусоидальному. 2нение ячеек внутренней полости кор-:пуса ферромагнитным материалом,являющееся следствием поочередного зачерпывания его выступами, требу 5 ет усреднения информации о скорости эа целый оборотТаким образом, контролирование скорости вращения объекта с применением указанного центробежного узла возможно лишь с точностью до одного оборота.Кроме тогодатчик не позволяет .контролировать скорость вращенияв широком диапазоне. При малых оборогах, когда центробежная сила ещеневелика, ферромагнитный материалв основном сосредотачивается набоковой поверхности цилиндрическогокорпуса в его нижней части. Приэтом магнитный поток индукционнойкатушки не замыкается и информацияоб изменении скорости вращения неможет быть получена При дальнейшем увеличении числа оборотов центробежная сила становится достаточной для удержания части Ферромагнитногоматериала, распределенногопо внутреннему периметру цилиндрического корпуса. Еще большее увеличение числа оборотов влечет засобой увеличение толщины слоя частиц, распределенных по периметру,вплоть до момента, когда он распределится весь, образовав внутри корпуса равномерное по толщине ферро-.магнитное кольцо. С этого моментадальнейшее изменение тока в индукционной катушке, вызываемое увеличением скорости вращения, прекраща"ется, а следовательно, прекращает-.,ся и выдача информации о ее изменении, поэтому диапазон контролируемых скоростей существенно ограничен как со стороны малых, таки больших скоростей. Применение дан.ного центробежного узла в датчикескорости вращения не обеспечиваетвысокую надежность его работы. Поддействием магнитного поля катушкииндуктивности происходит намагничивание ферромагнитного материала,находящегося в немагнитном корпусе.Под действием остаточного магнетизма происходит слипание частиц иобразование в нем неоднородностей.В конечном итоге это может привести к выдаче ложной информации оскорости вращения.Цель изобретения - повышение точности и расширение области. применения датчика угловой скорости.Поставленная цель достигаетсятем, что датчик угловой скорости,содержащий установленный на валуцилиндрический корпус иэ немагнитного материала, ферромагнитный материал в виде частиц и исполнительный механизм, содержит установленное в цилиндрическом корпусекольцо, выполненное иэ упругогонемагнитного материала, в которомраспределены частицы ферромагнитного материала.Частицы Ферромагнитного материала могут быть распределены равномерно по объему кольца или же равномерным слоем по внутреннему периметру кольца.При этом ферромагнитный материалможет быть намагничен в радиаль. ных относительно кольца направлениях либо по периодическому закону,например по синусоидальному,На фиг.1 схематически изображенпредлагаемый датчик. угловой скорости, разрез; на фиг,2 - разрезА-А на Фиг.1; на Фиг.З - центробежный датчик в виде заключенного вцилиндрический корпус упругого немагнитного кольца с напыленным наего внутреннюю поверхность слоемферромагнитного материала.На Фйг.1-3 изображены вал 1,скорость которого контролируется,цилиндрический корпус 2 из немагнитного материала, кольцо 3, выполненное из упругого немагнитногоматериала, в котором распределенычастицы Ферромагнитного материала,исполнительный механизм 4, пьезочувствительный элемент 5, магнитнаянакладка б, упругое немагнитноекольцо 7, выполненное, например, 1из резины, слой 8 дисперсного фер-ромагнитного материала.Датчик угловой скорости работаетследующим образомПри вращении вала 1 происходитвращение жестко связанного с нимнемагнитного цилиндрического корпуса 2 и расположенного в корпусесоосно с ним упругого ферромагнитного кольца 3 к удаленной от центра боковой поверхности цилиндрического корпуса. При этом происходитуплотнение и приближение Ферромагнитного материала к исполнительному.механизму 4 выработки электрического сигнала в зависимости от приб . 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 лижения Ферромагнитного материала. Уменьшение расстояния между локальным центром масс ферромагнитного кольца 3 и магнитной накладкой б вызывает изменение силы возаимодействия между ними, обусловленное действием магнитного поля. Это изменение силы вызывает механическое воздействие на пьезочувствительный элемент 5, создавая на его выходе разность потенциалов. Таким образом, любое увеличение или уменьшение скорости вала 1 может контролироваться при помощи сигнала, получаемого с пьезочувствительного элемента.При использовании в датчике центробежнОго узла (фиг.З) работа датчика происходит аналогичным образом, но только к магнитной накладке б приближается слой 8 ферромагнитного материала, напыленный на упругое немагнитное кольцо 7 по его внутреннему периметру. При этом происходит, увеличение длины слоя 8, Это увеличение возможно, так как 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 механическое расширение либо сжатие, однако в любом случае на его выходе появляется разность потенциалов.При радиальном намагничивании ферромагнитного материала, дисперсно распределенного в объеме упругого немагнитного кольца, могут быть использованы известные приемы изготовления постоянных кольцевых магнитов, Выполнение намагниченности ферромаг. нитного материала по периметру упру" гого 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 переменных синусоидальных магнитных полей;При использовании предлагаемого датчика угловой скорости достигает" ся более высокая точность контроля скорости вращения. Высокая скорость1060126 Составитель В,Скибенкоексеенко Техред М.Кузьма Корректор А,Зимокосов акто 8 тираж 842 НИИПИ Государственного по делам изобретений 035, Москва, Ж, РаушПодомитета СССРоткрытийкая наб., д. 4/5 е илиал ППП Патен ужгород, у оектная обеспечивается равномерностью сжатияили расширения ферромагнитного материала по всему периметру кольцаиз упругого немагнитного материала,Это позволяет контролировать угловую скорость вращения вала в пределах малых углов поворота, а нетолько по усредненной за один оборот информации. При этом получениеинформации о скорости вращения происходит непрерывно, Кроме того, достигается значительно более широкийдиапазон контролируемых .скоростейвращения. Этот диапазон определяется со стороны больших скоростейпрактически прочностью корпуса, потому, что сжатие упругого материаламожет происходить вплоть до разрушения корпуса При очень высоких скоростях вращения, когда упругий ма, -териал сильно сжат, увеличение. скорости вращения вызывает очень малые сжатия ферромагнитного материалачувствительность датчика становится низкой, что также ограничивает конт-роль скоростей сверху,Со стороны низких скоростей контроль скорости вращения обусловленупругостью материала кольца, и по"скольку коэффициент жесткости современных упругих материалов может меняться в ввроких пределах, контроль низких скоростей с использованием предла 10гаемого датчика легко осуществим.Предлагаемый датчик обеспечиваетвысокую надежность в работе. Этообусловлено простой конструкцией,отсутствием трущихся частей (в отличие от прототипа не требуется15 сложная форма корпуса с внутреннимивыступами по периметру). Радиальноенамагничивание ферромагнитного материала датчика существенно повышает его чувствительность, а периоди 20 ческий закон намагничивания по периметру упругого кольца позволяетпросто усиливать сигнал на выходедатчика при необходимости,