RU15609U1 - Датчик ускорения - Google Patents

Description

Данная полезная модель относится к области измерительной техники, а именно, к преобразователям линейного ускорения.

Известен датчик ускорения l , содержащий корпус, чувствительный элемент, дифференциальный трансформаторный преобразователь положения, дифференциальный магнитоэлектрический силовой преобразователь.

Наиболее близким по технической сущности является датчик ускорения , содержащий корпус, чувствительный элемент с подвижной частью, установленной в корпусе посредством упругого шарнира, дифференциальный трансформаторный преобразователь положения,состоящий из двух магнитопроводов с о 1моткой возбуждения в каждом и двумя кольцевыми сигнальными катушками на подвижной части, дифференциальный магнитоэлектрический силовой преобразователь с двумя компенсационными катупжши на подвижной части и двумя магнитными системами, кавдая из которых содержит постоянный магнит и магнитопровод, при этом обмотки возбуждения дифференциального трансформаторного преобразователя положения подключены к источнику питания переменного тока, сигнальные катушки соединены последовательно. Недостатком такого датчика ускорения является громоздкость конструкции, вызванная наличием отдельных магнитных систем дифференциального трансформаторного преобразователя положения и дифференциального магнитоэлектрического силового преобразователя. Техническим результатои полезной модели является уменьшение габаритных размеров и повышение точности измерения ускорений.

содержащем корпус, чувствительный элемент с подвижной частью, установленной в корпусе посредством упругого шарнира, дифференциальный трансформаторный преобразователь положения, состоящий из двух магнитопроводов с обмоткой возбудцения в каждш и двух кольцевых сигнальных катушек на подвижной части, дифференциальный магнитоэлектрический силовой преобразователь с двзмв компенсационными катушками на подвижной части и двумя магнитными системами, каждая из которых содержит первый постоянный магнит и магнитопровод, при этом обмотки возбуждения дифференциального трансформаторного преобразователя положения подключены к источнику питания переменного тока, сигнальные катушки соединены последовательно, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен в пластине из беряллиевой бронзы с закрепленной в корпусе неподвижной частью и подвижной частью, которые соединены медцу собой двумя перемычками, упругий шарнир с осью, параллельной плоскости пластины, образован выполненными в каждой перемычке с кнждой её стороны канавками в виде части поверхности цилиндра с радиусом 0,5 мм с минимальным расстоянием между ними 18 мкм по толщине перемычки, на каадой стороне подвижной: части установлены кольцевая компенсационная катушка и кольцевая сигнальная катушка, выполненная с меньшим диаметром, чем компенсационная катушка, на подвижной части на расстоянии от оси упругого шарнира до оси компенсационных катушек за пределами компенсационной катушки выполнен выступ, на котором установлен второй постоянный магнит плоской форш с полюсами, расположенными по направлению от оси упругого шарнира до оси компенсационной катушки, каждый первый постоянный магнит дифференциального магнитоэлектрического силового преобращователя выполнен в виде диска с полюсами на его торцах из самариево кобальтового сплава С ( ) с соотношением диаметра к толщине, равным 5, каждый первый постоян W 0 32

ный магнит установлен с посадкой по внутреннему диаметру титанового кольца, который установлен в корпусе .с посадкой по его внешнему диаметру, каждый магнитопровод дифференциального магнитоэлектрического силового дреосЗразователл образован первым полюсным наконечником и вторым полюсным наконечником, установленными на торцах первого постоянного магнита, а также частью корпуса, расположенной в промежутке, включащем первый и второй полюсные наконечники и титановое кольцо, первый полюсный наконечник выполнен в виде диска с образованием кольцевого рабочего зазора между его внешним диаметром и корпусом и установлен на полюсе первого постоянного магнита, обращенного к подвижной части чувствительного элемента, второй полюсный наконечник выполнен в виде диска с внешним диаметром, равным внешнему диаметру титанового кольца,; и установлен на втором полюсе первого постоянного магнита, каждый магнитопровод дифференциального трансформаторного преобразователя положения выполнен как часть первого полюсного наконечника, которая образована выполненной во внутренней части первого полюсного наконечника кольцевой расточкой на глубину, меньшую толщины первого полюсного наконечника, и втулкой с фланцем, установленной с посадкой по внутреннему диаметру кольцевой расточки с образованием кольцевого рабочего зазора между внешним диаметром кольцевой расточки и внешним диаметром фланца втулки, обмотка возбуждения в каждом магнитопроводе дифференциального трансформаторного преобразователя положения расположена на втулке, магнитные системы дифференциального магнитоэлектрического силового преобразователя расположены е обоих торцев корпуса так, что кольцевые рабочие зазоры в магнитопроводах дифференциального магнитоэлектрического силового преобразователя и дифференциального трансформаторного преобразователя положения обращены к подвижной части чувствительного элемента, полярныеоси первых и вторых полюсных наконечников, первых постоян-

00( ных магнитов, титановых колец, втулок, компенсационных катутпек и сигнальных катушек расположены соосно,по полярной оси каждого пераостолиного вогб агнита выполнено отверстие, по полярной оси каждого первого полюсного наконечника выполнено первое резьбовое отверстие, в которое введен первый винт, расстояние между концом которого и подвижной частью чувствительного элементы В1шолнено равным максимальному свободному ходу подвижной части, в корпусе с каждой стороны чувствительного элемента выполнено по два вторых резьбовых отверстия, находящихся на параллельной оси упругого шарнира линии и расположенных напротив близлежащей от оси упругого шарнина поверхности подвижной части, во вторые резьбовые отверстия введены вторые винты, расстояния от концов которых до подвижной части составляют величину максимального свободного ходе подвижной части, умноженную на отношение расстояний от оси упругого шарнира линии расположения вторых резьбовых отверстий и оси компенсационных катушек, в корпусе с одной из сторон чувствительного элемента выполнено третье резьбовое отверстие, расположенное напротив плоской поверхности второго постоянного магнита и проходящее до него, в третье резьбовое отверстие введен третий винт с расположенным на его конце напротив второго постоянного магнита третьим постоянным магнитом плоской формы с расположением его полюсов в плоскости, параллельной плоскости подвижной части, в титановом кольце каждой магнитной системы дифференциального магнитоэлектрического силового преобразователя выполнены по два расположенных диаметрально относительно друг друга окна, в каждом из которых установлено f вкладышей из термомагнитного материала с точкой Кюри 88°С, в корпусе с поверхностями, параллельными плоскости подвижной части чувствительного элемента, выполнен ланец с соединенными одними своими концами под углом 90° прямыми сторонами и дугообразной стороной, соединяющей другие концы прямых

сторон, на фланце выполнены три площадки, одна из которых расположена в вершине образованными прямыми сторонами угла в 90°, а две другие - на концах прямых сторон, корпус заполнен сухим азотом, компенсационные катушки дифференциального магнитоэлектрического силового преобразователя выполнены с одинаковым направлением витков обмотки, установлены на подвижной части с противополо)|;ным относительно друг друга направлением витков обмотки и соединены последовательно началами обмоток, сигнальные кадушки дифференциального трансформаторного преобразователя положения выполнены с одинаковым направлением витков обмотки, расположены на подвижной части с противоположным OTHOCHTejibHO друг друга направлением витков обмотки и соединены последовательно концом обмотки одной катзгшки с началом обмотки второй катушки, обмотки возбуждения магнитных систем дифференциального трансформаторного преобразователя положения выполнены с одинаковшд направлением витков обмотки, магнитные системы установлены в корпусе с противоположным относительно друг друга направлением витков обмотки, к однаму выводу источника питания переменного тока подключены начало одной обмотки возбуждения и конец второй обмотки возбуждения, к второму вывода источника питания переменного тока другие выводы обмоток возбуждения подключены либо непосредственно, либо одна или другая обмотка возбуждения, подклктаена через последовательно подключенную Бврьируемзгю активноиндуктивную нагрузку, либо одна или другая обмотка возбуждения подключена через последовательно включенную активную цепь, состоящую из параллельно вюшченных варьирзгемого резистора и терморезистора, либо одна из обмоток возбуждения подключена через последовательно соединенные варьируемую активно-индуктивную нагрузку и активную цепь, при этом максимальное полное сопротивление активноиндуктивной нагрузки выполнено как часть полного сопротивления обмотки возбуждения, выраженную через полное сопротивление обмотки возбуждение с коэффициентом, определяемым отношением максимального перемещения подвижной части чувствительного элемента при компенсации обусловленной соленоидным эффектом в дифференциальном магнитоэлектрические силовом преобразователе нелинейности градуировочной характеристики датчика ускорения к разности мезвду максимальным свободным ходом подвижной части и вышеуказанным максимальным перемещением подвижной части при компенсации нелинейности, сопротивления варьируемого резистора и терморезистора выполнены такими, чтобы максимальное температурное изменение сопротивления активной нагрузки в рабочем диапазоне температур окружащей среды составляло часть полного сопротивления обмотки возбуждения, выраженную через полное сопротивление обмотки возбуждения с коэффициентом, определяемым отношением максимального перемещения подвижной части при компенсации максимальной величины температурного изменения смещения градуировочной характеристики датчика ускорения в рабочем диапазоне температур окружащей среды к разности между максимальным свободным ходом подвижной части и указанным максимальным перемещением подвижной части при компенсации температурного изменения смещения.

Путем выполнения магнитной системы дифференциального трансформаторного преобразователя положения в каждом первом полюсном наконечнике дифференциального магнитоэлектрического силового преобразователя роосносо расположения компенсационных катушек и сигнальных катушек, выполнения чувствительного элемента в пластине достигается большая компактность конструкции датчика ускорения, что приводит к уменьшению его габаритных размеров.

мое термообработкой, что приводит к повышению точности измерения ускорений вследствие уменьшения временных изменений напряжений в упругом шарнире, вызывакщих изменение позиционных сил. При установке в окна в титановых кольцах магнитных систем дифференциального магнитоэлектрического силового преобразователя вкладышей из термомагнитного материала с точкой Кюри 88°С обеспечивается, стабильность коэффициента преобразования датчика ускорения в диапазоне температур до 80...90°С, в результате чего повышается точность измерения ускорений. Путем выполнения в подвижной части чувствительного элемента выступа с вторым постоянным магнитом, расположения в корпусе напротив второго постоянного магнита третьего постоянного магнита достигается компенсация посторонних сил от притяжения ферромагнитных включений Е материале подвижной части к первым постоянным магнитам и от позиционным сил, вызванных дефо адацией упругого шарнира. Таким образом повышается точность измерения ускорения вследствие устранения действия сторонних сил на измеряемое ускорение. Посредством введения вторых и третьих винтов обеспечивается опора подвижной части чувствительного элемента на плоскость при её свободном ходе, чем устраняются напряжения в зшругом шарнире, превосходящие предел упругости. Поэтому обеспечиваего постоянство положения подвижной части и компенсационных катушек относительно магнитных систем дифференциального магнитоэлектрического силового преобразователя и повышается точность измерения ускорения за счет уменьшения погрешности от нелинейности градуировочной характеристики датчика ускорения вследствие соленоидного эффекта в магнитных системах дифференциального магнитоэлектрического силового преобразователя.

вижной и неподвижной частями канавок цилиндрической формы с радиусом 0,5 мм и минимальным расстоянием 1Фмкм между ближайшими поверхностями канавок по толщине пластины чувствительного элемента обеспечивается такая минимальная жесткость упругого шарнира, которая позволяет производить измерение ускорения на более нижнем пределе диапазоне измеряемых ускорений, что повышает точность измерений.

При вышеуказаннш выполнении канавок на перемычках обв,спечивается постоянство положения центра масс подвижной части от оси упругого шарнира, чем достигается повышение точности измерения ускорения.

При подключении к одному выводу источника питания переменного тока начала одной обмотки возбуадения и конца другой рбмотки возбзгждения, соединения начала обмотки одной сигнальной катушки с концом обмотки другой сигнальной катушки, соединения начала обмотки одной компенсационной катушки с началом обмотки другой компенсационной катушки в последовательно соединенных сигнальных катушках устраняется возбуждение переменной ЭДС, вызванной переменным магнитным полем вследствие проходящего через компенсационныекааужки . переменного тока вследствие общности выполнения магни гных систем дифференциального трансформаторного преобразователя положения и дифференциального магнитоэлектрического силового преобразователя. Результатом этого является повышение коэффициента преобразования цепи прямой передачи сигнала датчика ускорения при сохранении устойчивости следящей системы. Поэтому повышается точность измерений вследствие уменьшения статической ошибки.

При включении последовательно с одной из обмоток возбуждения варьируемой активно-индуктивной нагрузки обеспечивается выставка подвижной части чувствительного элемента относительно магнитных

систем дифференциального магнитоэлектрического силового преобразователя в положение, при котором минимизируется погрешность от нелинейности градуировочной характеристики датчика ускорения, обусловленной соленоидным эффектом в дифференциальном магнитоэлектрическом силовом преобразователе. Б результате повышается точность измерения ускорения.

При включении последовательно с одной из обмоток возбуждения активной цепи, составляодей из параллельно включенных варьируемого резистора и терморезистора, при изменении температуры окружающей среды обеспечивается перемещение подвижной части таким образом, чтобы скомпенсировать температурное изменение смещения градуировочной характеристики датчика ускорения. Тем самым повышается точность измерения ускорения в рабочем диапазоне температур окружающей среды.

Путем предварительной просушки и заполнения, корпуса датчика ускорения сухим азотом обеспечивается постоянство его коэффициента преобразования вследствие устранения конденсации влаги на подвижной части и установленных на ней компенсационных и сигнальных катушках. В результате повышается точность измерения ускорения.

Посредством выполнения на флаще корпуса трех площадок обеспечивается установка датчика ускорения на объект при эксплуатации на плоскость, чем устраняются деформации корпуса и изменение положения измерительной оси относительно вектора ускорения. В результате повышается точность измерения ускорения при эксплуатапди.

На фкг,.1 представлен общий вид датчика ускорения, на фиг.2,3виды чувствительного элемента, на фиг.4 - устройство упругого шарнира, на фиг.5 - вид датчика ускорения со стороны фланца, на фиг.6 - разрез датчика ускорения, на фиг.7 - электрическая схема датчика ускорения, на фиг.8, 9 схемы включения обмоток возбуждения.

Датчик ускорения (фигЛ) содержит корпус I с фланцем 2. Ествительный элемент 3 с пОЕерхностями 4,5 выполнен в пластине из бериллиевой бронзы и имеет неподвижную часть б, закрепленную Е корпусе I с помощью винта 7, подвижную часть 8, которые соединены перемычками э, 9. Упругий шарнир образован канавками 10, 10 с кавдой из сторон перемычек 9, 9, находящихся на сторонах 4,5 чувствительного элемента 3. С противоположных торцев корпуса I в него вставлены магнитные системы И , II дифференциального магнитоэлектрического силового преобразователя, которые содержат соответственно установленные в титановых кольцах 12( 12 первые постоянные магниты 13, 13, первые полюсные наконечники 14, 14 и вторые полюсные наконечники 15, 15.. Титановые кольца 12, 12 установлены в корпусе I с посадкой по их внешнему диаметру. Первые постоянные магниты 13, 13 установлены с посадкой по внутреннему диаметру титановых колец 12, 12. Первые постоянные магниты 13 13 выполнены из самариевокобальтового сплава ( J/T % ) в форме диска с отношением внешнего диаметра диска и его толщине, равным 5, с полюсами на торцах дисков. Первые полюсные наконечники 14, 14 имеют дисковую форму, установленвг на полюсах первых постоянных магнитов 13, 13, обращенных к подвижной части 8 чувствительного элемента 3. Между внешними поверхностями 16, 16 первых полюсных наконечников 14, 14 и близлежащими поверхностями корпуса I образованы кольцевые рабочие зазоры , 17, обращенные к подвижной части 8. Вторые полюсные наконечники 15, 15 имеют дисковую форму с внешним диаметром, равным внешнему диаметру титановых колец 12, 12,и установлены на вторых полюсах первых постоянных магнитов 131 13. Таким образом магнитопровод магнитной системы II образован первым полюсным наконечником 14, вторым полюсным наконечником 15 и частью корпуса I, расположенной в промежутке, включающем первый полюсный наконечник 14, титановое кольцо 12и второй полюсный наконечник 15. Аналогично магнитопровод II образован первым полюсным наконечником 14, вторым полюсным наконечником 15 и частью корпуса I. В титановых кольцах 12, 12 выполнены расположенные диаметрально окна 18, 18, 18, которых установлены вкладыши 19 19, I9f термомагнитного материала с точкой Кюри . В общем случае подобных вкладышей может быть любое количество. Во внутренней части первых полюсных наконечников 14( 14 выполнены кольцевые расточкл 20 20 ,на глубину, меньшую толщины первых полюсных наконечников 14, 14. По посадке на внутренние диаметры 2l, 21 кольцевых расточек 20, 20 установлены втулки 22, 22 с фланцами 23( 23. На втулках 22, 22 расположены обмотки возбуждения 24( 24 дифференциального трансформа-торного преобразователя положения. Магнитопроводы дифференциального трансфорлаторного преобразователя положения образованы частями первых полюсных наконечников 14, 14 между поверхностями 25 25 на внешних диаметрах кольцевых расточек 20J 20, их плоскими поверхностями 2б.26 и втулками 22 22. Между поверхностями 25, 25 на .внешних диаметрах кольцевых расточек 20l20 и фланцами 23 ( 23 образованы кольцевые рабочие зазоры , 27, обращенные к подвижной части 8. На поверхности 4 подвижной части 8 установлены компенсационная катзгшка 28 дифференциального магнитоэлектрического силового реобразователя и сигнальная катушка 29 дифференциального трансферII матерного преобразователя положения. На поверхности 5 подвижной части 8 установлены компенсационная катушка 28 и сигнальная натушка 29. При этом диаметры компенсационных катушек 28 28 больше диаметров сигнальных катушек 29 29. Компенсационные катушки 281 28 входят соответственно в кольцевые рабочие зазоры 17, выполнены с одинаковым направлением витков обмотки с началами обмотки, находящимися на торцах 30(30 и установлены на подвижной части 8 так, что направления их витков обмотки противоположны. Сигнальные катушки 29(29 входят соответственно в кольцевые рабочие зазоры 27, выполнены с одинаковым направлением витков обмотки с началами обмотки, находящимися не торцах 31, 31, и установлены на подвижной части 8 так, ч то: направленияих витков обмотки йротиэоположны. Обмотки возбувдения 24, 24 выполнены с одинаковым направлением витков обмотки с началами обмотки, находящимися на торцах 32, 32, и расположены на втулках 22,22 так, что направления их витков обмотки противоположны. Полярные оси первых полюсных наконечников 14 14, вторых полюсных наконечников 15, 15,.первых постоянных магнитов 13 13, титановых колец 12, 12, втулок 22, 22, компенсационных катушек 28, 28, сигнальных катушек 29, 29 расположены соосно по оси 33-33. По полярным осям первых постоянных магнитов 13, 13 выполнены отверстия 34, 34. По полярным осям первых полюсных наконечников 14, 14 и втулок 22, выполнены первые резьбовые отверстия 5, 35, в которые введены первые винты 36, 36. Расстояния первого винта 36 от близлежащей поверхности 4 подижной части 8 и первого винта 36 от близлежащей поверхности 5 ыполнены равными максимальному свободному ходу подвижной части 8. v в корпусе I выполнены вторые резьбовые отверстия , 37, в которые введены вторые VLvmbi 38, 38, находящиеся напротив поверхностей 4,5 подвижной части 8, ближайшей к линии 39-39, на которой расположена ось упругого шарнира. Расстояния между вторыми винтами 38( 38 и близлежащими поверхностями 4,5 подвижной части8 выполнены равными величине максимального свободного хода подвижной части 8, умноженной на отношение расстояний от линии 39-39 осей вторых винтов 38, 38 и оси 33-33. Аналогичные вторым резьбовым отверстиям 37, 37 в корпусе I выполнены еще два резьбовых отверстия, расположенные симметрично относительно вторых резьбовых отверстий 37 37 в плоскости, параллельноД поверхностям 4,5 подвижной части 8. В эти два резьбовых отверстия введены; вторые винты, аналогичные вторым винтам 38, 38. Корпус I заполнен сухим азотом с нормальным атмосферным дав- . лением. В чувствительном эЛ8 менте 3 (фиг. 2) неподвижная часть 6 соединена с подвижной частью 8 перемычками s( 9 путем выполнения в чувствительном элементе окна 40. На одной стороне перемычки 9( совпадающей со стороной 4 чувствительного элемента 3, выполнена канавка 10( на одной стороне перемычки 9 также на поверхности 4 выполнена канавка 10. Общая ось 41-41 канавок ю , 10 является осью упругого шарнира. На подвижной части 8 на расстоянии от оси упругого шарнира 41-41 до точки О, являющейся проекцией на поверхность 4 подвижной части 8 полярной оси 33-33 компенсационных катушек 28( 28, выполнен выступ 42, который находится за линией контура 43 подвижной части 8, являщейся проекцией на поверхность 4 внешнего диаметра

компенсационных катушек 28, 28.

На выступе 42 закреплен плоский второй постоянный магнит 44, полюса которого расположены по направлению от оси упругого шарнира 41-41 до точки 0.

На стороне 5 чувствительного элемента 3 (фиг.З) на перемычке 9выполнена канавка 10, на перемычке 9 - канавка 10

Канавки 10,10 (фиг.4) в перемычке 9 выполнены цилиндрической формы с радиусом L , равным 0,5 мм. Минимальное расстояние между их цилиндрическими поверхностями 45, толщине чувствительного элемента 3 выполнено равным 18 мкм.

Напротив второго постоянного магнита 44 (фиг.5) расположен третий постоянный магнит 46 плоской формы с расположением его полюсов в плоскости, параллельной плоскости подвижцой частиВ, совпадащей с плоскостью чертежа.

Фланец 2 корпуса I выполнен в виде соединённых под углом 90° одними своими концамиПрямых сторон 47, 48 и дугообразной хзтороны 49, соединящей другие концы прямых сторон 47, 48. На фланце 2 выполнены площадки 50, 50, в которых образованы соответственно сквозные отверстия 5l,-5I, . Площадк-а 50 образована .в-месте соединения прямых сторон 47 и 48, а площадки 51и соответственно на других концах прямых сторон 47, 48.

Новерхность 52 фланца 2 и поверхности площадок 50 ( 50, 50 параллельны плоскости подвижной части 8 чувствительного элемента 3, совпадащей с плоскостью чертежа.

В корпусе I (фиг.6) третий постоянный магнит 46 установлен на третьем винте 53, входящем в третье резьбовое отверстие 54 в корпусе I, на расстоянии третьего плоского магнита 46 от второго постоянного магнита 44, не меньшем максимального свободного хода подвижной части 8. В датчике ускорения (фиг.7) в простейшем случае к одному выводу источника питания, переменного тока U-i. подключено начало обмотки возбуждения 24 и конец обмотки возбуждения 24, к второму выводу - конец обмотки возбуждения 24и начало обмотки возбуждения 24. Начало обмотки сигнальной катушки 29 соединено с концом обмотки сигнальной катушки 29, начало обмотки которой соединено с входом фазочувствительного усилителя 55. К выходу фазочуствительного усилителя 55 подклккчен конец обмотки компенсационной катушки 28 к началу обмотки которой подсоединено начало обмотки компенсационной катушки 28, конец обмотки которой подключен к резистору Одни вывода обмоток возбуждения 24, 24 постоянно подключены к одному из выводов источника питания переменного тока, а другой вывод одной из обмоток возбуждения, например, 24, подключается к второму выводу источника питания переменного тока через последовательно включенную варьируемую активно-индуктивную нагрузку Др (фиг.8). Варьируемая. активно-инд7ктивная нагрузка Др может 5ыть выполнены в виде сердечника из магнитомягкого материала с обмоткой, количество витков которой варьируется в зависимости от величины требуеого полного сопротивления активно-индуктивной нагрузки. Максимальное полное сопротивление7варьируемой активно-индуктивной нагрузки р определяется соотношением: 7 зр MOf:c. к{ где полное сопротивление одной из обмоток возбуждения 24, г - максимальное перемещение подвижной части 8 для S- 0-/eS3l

компенсации обусловленной соленоидным эффектом в дифференциальном магнитоэлектрическом силовом преобразователе нелинейности градуировочной характеристики датчика ускорения; - максимальный свободный ход подвижной части 8.

Активно-индуктивная нагрузка Др может быть подключена к выводу источника питания переменного тока последовательно с концом обмотки возбуждения 241 При этом активно-индуктивная нагрузка Др может быть подключена только или к обмотке возбуждения 24, или к обмотке возбуждения 24.

Из различных вариантов подключения конца обмотки возбуждения 24 и начала обмотки воз5,уждБния 24 к второму выводу источника питания переменного тока начало обмотки возбуждения 24 (фиг.9) подключено через последовательно подсоединенную активную цепь, состоящую из параллельно соединеных варьируемого резистора EI и терморезистора :2. При этом сопротивления варьируемого резистора RI и терморезистора R2 выполнены такими, чтобы максимальное температурное изменение сопротивления Л Z- активной цепи соответствовало соотношению:. .

;(2)

где - максимальное перемещение подвижной части 8 для

компенсации температурного изменения смещения градтировочной характеристики датчика ускорения при изменении температуры окружающей среды от температуры 6/ до температуры

лг , (3)

/.....;

где tf - сопротивление варьируемого резистора Щ,

- сопротивление терморезистора Е2 при температу 1,

ре окружащей среды Г/.

2Гр сопротивление терморезистора Е2 при температуре окружащей среды t .

Вышеуказанная активная цепь может быть подключена к концу обмотки возбуждения 24. При этом данная активная цепь может быть подключена только к обмотке возбуждения 24или к обмотке возбуждения 24.

В других вариантах подключение к второму выводу источника питания переменного тока конца обмотки возбуждения. 24и начала. обмотки возбуждения 24 возможно в результате комбинаций с последовательным подкл-ючением активно-индукцивнпй нагрузки Др и активной- цепи либо активно-индукцивной нагрзгзкл Др к одной обмотке возбуждения и активной цепи к другой обмотке возбуждения, либо последовательно соединенных активно-индуктивный нагрузки Др и активной цепи к одной из обмоток возбуждения 24 24.

Датчик ускорения (фиг.1) работает следущим образом. При наличии ускорения по измерительной оси, направленной перпендикулярно пoвepxнocтяJVI 4,5 подвижной части 8, подвижная часть 8 под действием сил инерции отклоняется относительно оси 41-41 упругого шарнира от положения равновесия. При перемещении подвижной части 8 сигнальные щ тушки 29, 29 занимают новое положение в кольцевых рабочих зазорах , 27, в результате чего с сигнальных катушек 29, 29 не вход фазочувствительного усилителя 55 поступает электрический сигнал, который после усиления и преобразования в сигнал постоянного тока с выхода фазочувствитшгьного усилителя 55 подается в компенсационные катушки 28( 28 ди$ф0ренциального магнитоэлектрического силового преобразователя, посредством которого производится коглпенсация инерционных сил. При этом напряжение на резисторе Вн является мерой ускорения.

При установке в окна 18 18 титанового кольца 12 вкладышей 19, 19 из термомагнитного материала магнитный поток первого постоянного магнита 13разделяется на две части. Одна часть магнитного потока от одного полюса первого постоянного магнита 13проходит к его другому полюсу через первый полюсный наконечник I4j кольцевой рабочий зазор 17и второй полюсный наконечник ISl Вторая часть магнитного потока проходит через первый полюсный наконечник 14 вкладыши 19, 19 и второй полюсный наконечник 15( Таким образом через кольцевой рабочий зазор проходит только часть магнитного потока первого постоянного магнита 13.

При, например, повышении температуры окружащей среды магнитный поток первого постоянного магнита 13уменьшается,и уменьшается магнитный поток в кольцевом рабочем зазоре что приводит к изменению коэффициента преобразования датчика ускорения и погре-шности измерения ускорения. Но вследствие того, что при повьплении температуры окружавдей среды магнитное сопротивление вкладышей 1919 увеличивается, уменьшается часть магнитного потока, проходящего через вкладыши 19 19. В результате через кольцевой рабочий зазор 17 проходит дополнительный магнитный поток, который до этого проходил через вкладыши 19, 19. Путем подбора количества вкладышей, подобных вкладышам 19, 19, можно добиться того, чтобы при изменении температуры окружащей среды магнитный поток в кольцевом рабочем зазоре 17оставался неизменным.

S(

18

Таким образом обеспечивается постоянство коэффициента преобразования датчика ускорения в рабочем диапазоне температур окружающей среды.

Максимальный свободный ход подвижной части 8 в одну сторону обеспечивается расстоянием межру поверхностью 4 подвижной части 8 и первым винтом 36, в другую сторону - расстоянием между поверхностью 5 и первым винтом 36. При этом при максимальном рабочем ходе в одну сторону подвижная часть 8 опирается на плоскость, образованную поверхностями первого винта 36, второго винта 38и еще одного вкнта, аналогичного второму винту 38 и расположенному симметрично ему в плоскости, параллельный поверхностям 4, 5 подвижной части 8. При максимальном рабочем ходе в другую сторону подвижная часть 8 опирается на: плоскость, образованную поверхностями первого винта 36, второго Еинта 38 и еще одного винта, аналогичного второму винту 38.

Посредством второго постоянного магнита 44 и третьего постоянного магнита 46 (фиг.6) устраняется действие на подвижную часть 8 вредных сил, вызванных магнитным тяжением к первым постоянным магнитам 13, 13 подвижной части 8 вследствие наличия на ней или в ней ферромагнитных вкраплений или инородных материалов, а также напряжениями в упругом шарнире. Ориентируя посредством третьего винта 53 положение полюсов третьего постоянного магнита 46 относительно полюсов второго постоянного магнита 44 можно добиться нейтрализации вредных сил тяжения и напряжений в ртругом шарнире.

Наличие технологических погрешностей в изготовлении элементов датчика ускорения приводит к тому, что компенсационные катушки 28, 28 в кольцевых рабочих зазорах 17, 17 устанавливаются так, что магнитные сопротивления магнитных систем Il( II со стороны торцев 30( 30 неодинаковы, что является причиной возникновения помимо инерционных сил, действующих на подвижную часть 8,посторонних сил

Л(.jg

(соленоидный эффект), вызывающих погрешность измерения ускорения в виде нелинейности градуировочной характеристики датчика ускорения. При вклинении последовательно с одной из обмоток возбуждения 24, 24 варьируемой активно-индуктивной нагрузки Др изменяется падение напряжения от источника питания переменного тока на обмотке возбуждения, к которой подключена данная нагрузка. При этом изменяется сигнал с сигнальных катушек 29, 29, и подвижная часть 8 занимает новое положение относительно магнитных систем III 11 дифференщ ального магнитоэлектрического силового преобразователя., Б зависимости от величины и знака нелинейности градуировочной характеристики активно-индуктивная нагрузка Др включается последовательно с такой из обмоток возбуждения 24, 24 и с такт1 полным, сопротивлением, чтобы подвижная часть 8 заняла такое положение относительно магнитных систем II, II, при котором магнитные ;сопротивления магнитных систем il, 11Ъо стороны торцев ЗО, 30 компенсационных катушек 28 28 были равны. Тогда равнодействуюш;ая действующих на подвижную часть 8 посторонних сил вследствие соленоидного эффекта равна нулю, и нелинейность градуировочной характеристики датчика ускорения существенно снижается. :

При температурном изменении .сопротивления активной цепи из варьируемого резистора I и терморезистора при изменении температуры окружающей среды подвижная часть 8 изменяет свое положение относительно магнитных систем 11, II так, что изменяются положение измерительной оси датчика ускорения относительно вектора ускорения свободного падения и позиционная сила, вызванная деформацией упругого шарнира.

Б зависимости от знака и величины температурного смещения градуировочной характеристики датчика ускорения активная цепь включается последовательно с такой из обмоток возбуж,дения 24, с

такой величиной сопротиБления варьируемого резистора К1и номинальным сопротивлением терморезистора R2, чтобы изменение сигнала датчика ускорения, вызванное изменениями проекции вектора ускорения при изменившемся положении измерительной оси и позиционной силы при изменившейся деформации упругого шарнира, скомпенсировало температурное изменение смещения градуировочной характеристики датчика ускорения. Таким образом существенно снижается температурная погрешность датчика ускорения.

датчик ускорения предварительно просушивается при температуре 85°С, заполняется сухим азотом при температуре 75°С через технологические ниппели и герметизируется.

При измерении ускорения на объекте датчик ускорения устанавливается .посредством находящихся в одной плос|сости площадок 50, 50, фланце 2 корпуса I и крепится винтами через отверстия 511 51,

Источники информации

1.Авторское свидетельство СССР 11 605I8I кл. DIP 15/08. Акселерометр. 1978 г.

2.Патент СМ 1 3540291 ffiai 73-517. Акселерометр.

Claims (1)

1. Датчик ускорения, содержащий корпус, чувствительный элемент с подвижной частью, установленной в корпусе посредством упругого шарнира, дифференциальный трансформаторный преобразователь положения, состоящий из двух магнитопроводов с обмоткой возбуждения в каждом и двух кольцевых сигнальных катушек на подвижной части, дифференциальный магнитоэлектрический силовой преобразователь с двумя компенсационными катушками на подвижной части и двумя магнитными системами, каждая из которых содержит первый постоянный магнит и магнитопровод, при этом обмотки возбуждения дифференциального трансформаторного преобразователя положения подключены к источнику питания переменного тока, сигнальные катушки соединены последовательно, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен в пластине из бериллиевой бронзы с закрепленной в корпусе неподвижной частью и подвижной частью, которые соединены между собой двумя перемычками, упругий шарнир с осью, параллельной плоскости пластины, образован выполненными в каждой перемычке с каждой ее стороны канавками в виде части поверхности цилиндра с радиусом 0,5 мм с минимальным расстоянием между ними 18 мкм по толщине перемычки, на каждой стороне подвижной части установлены кольцевая компенсационная катушка и кольцевая сигнальная катушка, выполненная с меньшим диаметром, чем компенсационная катушка, на подвижной части на расстоянии от оси упругого шарнира до оси компенсационных катушек за пределами компенсационной катушки выполнен выступ, на котором установлен второй постоянный магнит плоской формы с полюсами, расположенными по направлению от оси упругого шарнира до оси компенсационной катушки, каждый первый постоянный магнит дифференциального магнитоэлектрического силового преобразователя выполнен в виде диска с полюсами на его торцах из самариево-кобальтового сплава (Sm₂Cо₅) с соотношением диаметра к толщине, равным 5, каждый первый постоянный магнит установлен с посадкой по внутреннему диаметру титанового кольца, который установлен в корпусе с посадкой по его внешнему диаметру, каждый магнитопровод дифференциального магнитоэлектрического силового преобразователя образован первым полюсным наконечником и вторым полюсным наконечником, установленными на торцах первого постоянного магнита, а также частью корпуса, расположенной в промежутке, включающем первый и второй полюсные наконечники и титановое кольцо, первый полюсный наконечник выполнен в виде диска с образованием кольцевого рабочего зазора между его внешним диаметром и корпусом и установлен на полюсе первого постоянного магнита, обращенного к подвижной части чувствительного элемента, второй полюсный наконечник выполнен в виде диска с внешним диаметром, равным внешнему диаметру титанового кольца, и установлен на втором полюсе первого постоянного магнита, каждый магнитопровод дифференциального трансформаторного преобразователя положения выполнен как часть первого полюсного наконечника, которая образована выполненной во внутренней части первого полюсного наконечника кольцевой расточкой на глубину, меньшую толщины первого полюсного наконечника, и втулкой с фланцем, установленной с посадкой по внутреннему диаметру кольцевой расточки с образованием кольцевого рабочего зазора между внешним диаметром кольцевой расточки и внешним диаметром фланца втулки, обмотка возбуждения в каждом магнитопроводе дифференциального трансформаторного преобразователя положения расположена на втулке, магнитные системы дифференциального магнитоэлектрического силового преобразователя расположены с обоих торцов корпуса так, что кольцевые рабочие зазоры в магнитопроводах дифференциального магнитоэлектрического силового преобразователя и дифференциального трансформаторного преобразователя положения обращены к подвижной части чувствительного элемента, полярные оси первых и вторых полюсных наконечников, первых постоянных магнитов, титановых колец, втулок, компенсационных катушек и сигнальных катушек расположены соосно, по полярной оси каждого первого постоянного магнита выполнено отверстие, по полярной оси каждого первого полюсного наконечника выполнено первое резьбовое отверстие, в которое введен первый винт, расстояние между концом которого и подвижной частью чувствительного элемента выполнено равным максимальному свободному ходу подвижной части, в корпусе с каждой стороны чувствительного элемента выполнено по два вторых резьбовых отверстия, находящихся на параллельной оси упругого шарнира линии и расположенных напротив близлежащей от оси упругого шарнира поверхности подвижной части, во вторые резьбовые отверстия введены вторые винты, расстояния от концов которых до подвижной части составляют величину максимального свободного хода подвижной части, умноженную на отношение расстояний от оси упругого шарнира линии расположения вторых резьбовых отверстий и оси компенсационных катушек, в корпусе с одной из сторон чувствительного элемента выполнено третье резьбовое отверстие, расположенное напротив плоской поверхности второго постоянного магнита и проходящее до него, в третье резьбовое отверстие введен третий винт с расположенным на его конце напротив второго постоянного магнита третьим постоянным магнитом плоской формы с расположением его полюсов в плоскости, параллельной плоскости подвижной части, в титановом кольце каждой магнитной системы дифференциального магнитоэлектрического силового преобразователя выполнены по два расположенных диаметрально относительно друг друга окна, в каждом из которых установлено n вкладышей из термомагнитного материала с точкой Кюри 88^oC, в корпусе с поверхностями, параллельными плоскости подвижной части чувствительного элемента, выполнен фланец с соединенными одними своими концами под углом 90^o прямыми сторонами и дугообразной стороной, соединяющей другие концы прямых сторон, на фланце выполнены три площадки, одна из которых расположена в вершине образованными прямыми сторонами угла в 90^o, а две другие - на концах прямых сторон, корпус заполнен сухим азотом, компенсационные катушки дифференциального магнитоэлектрического силового преобразователя выполнены с одинаковым направлением витков обмотки, установлены на подвижной части с противоположным относительно друг друга направлением витков обмотки и соединены последовательно началами обмоток, сигнальные катушки дифференциального трансформаторного преобразователя положения выполнены с одинаковым направлением витков обмотки, расположены на подвижной части с противоположным относительно друг друга направлением витков обмотки и соединены последовательно концом обмотки одной катушки с началом обмотки второй катушки, обмотки возбуждения магнитных систем дифференциального трансформаторного преобразователя положения выполнены с одинаковым направлением витков обмотки, магнитные системы установлены в корпусе с противоположным относительно друг друга направлением витков обмотки, к одному выводу источника питания переменного тока подключены начало одной обмотки возбуждения и конец второй обмотки возбуждения, к второму выводу источника питания переменного тока другие выводы обмоток возбуждения подключены либо непосредственно, либо одна или другая обмотка возбуждения подключена через последовательно подключенную варьируемую активно-индуктивную нагрузку, либо одна или другая обмотка возбуждения подключена через последовательно включенную активную цепь, состоящую из параллельно включенных варьируемого резистора и терморезистора, либо одна из обмоток возбуждения подключена через последовательно соединенные варьируемую активно-индуктивную нагрузку и активную цепь, при этом максимальное полное сопротивление активно-индуктивной нагрузки выполнено как часть сопротивления обмотки возбуждения, выраженную через полное сопротивление обмотки возбуждения с коэффициентом, определяемым отношением максимального перемещения подвижной части чувствительного элемента при компенсации, обусловленной соленоидным эффектом в дифференциальном магнитоэлектрическом силовом преобразователе нелинейности градуировочной характеристики датчика ускорения к разности между максимальным свободным ходом подвижной части и вышеуказанным максимальным перемещением подвижной части при компенсации нелинейности, сопротивления варьируемого резистора и терморезистора выполнены такими, чтобы максимальное температурное изменение сопротивления активной нагрузки в рабочем диапазоне температур окружающей среды составляло часть полного сопротивления обмотки возбуждения, выраженную через полное сопротивление обмотки возбуждения с коэффициентом, определяемым отношением максимального перемещения подвижной части при компенсации максимальной величины температурного изменения смещения градуировочной характеристики датчика ускорения в рабочем диапазоне температур окружающей среды к разности между максимальным свободным ходом подвижной части и указанным максимальным перемещением подвижной части при компенсации температурного изменения смещения.