Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6504
(13) U
(46) 2010.08.30
(51) МПК (2009)
F 15B 9/00
G 01B 7/00
(54) ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ
(21) Номер заявки: u 20091061
(22) 2009.12.16
(71) Заявитель: Совместное общество с ог-
раниченной ответственностью "Го-
мельский приборостроительный за-
вод" (BY)
(72) Авторы: Карпов Владимир Алексан-
дрович; Ковалев Алексей Викторович;
Литвинов Дмитрий Александрович
(BY)
(73) Патентообладатель: Совместное обще-
ство с ограниченной ответственно-
стью "Гомельский приборостроитель-
ный завод" (BY)
(57)
1. Датчик перемещения для гидравлических систем, содержащий цилиндрический по-
стоянный магнит, соединенный с золотником гидроцилиндра посредством немагнитного
штока, находящегося в гидрожидкости под давлением, и отделенный от окружающей сре-
ды с помощью немагнитной крышки, с внешней стороны которой установлен гальвано-
магнитный элемент и схема обработки, отличающийся тем, что дополнительно содержит
гальваномагнитный элемент, расположенный с внешней стороны немагнитной крышки,
причем гальваномагнитный элемент и дополнительный гальваномагнитный элемент уста-
новлены вдоль линии параллельной оси цилиндрического постоянного магнита эквиди-
стантно относительно его поперечной оси симметрии.
2. Датчик перемещения для гидравлических систем по п. 1, отличающийся тем, что
схема обработки содержит сумматор, входы которого связаны с выходами гальваномаг-
нитных элементов.
(56)
1. Proportional feedback end mechanism. Каталог продукции фирмы Mannesmann
Rexroth GmbH, изд-во Mannesmann technologie, 1991.
2. Proportional feedback end mechanism. Каталог фирмы Husco International Ltd.
Фиг. 1
BY6504U2010.08.30

2. BY 6504 U 2010.08.30
2
Полезная модель относится к устройствам, позволяющим контролировать перемеще-
ние рабочих органов гидросистем золотников гидроцилиндров, в частности к датчику пе-
ремещения для гидравлических систем, и может найти применение в пропорциональных
системах с обратной связью по положению золотника гидрораспределителя.
Известен индуктивный датчик перемещения для гидравлических систем, выполнен-
ный в виде ферромагнитного цилиндрического стержня, сочлененного с помощью немаг-
нитного штока с золотником гидроцилиндра и расположенного в гидрожидкости под
давлением, причем ферромагнитный цилиндрический стержень отделен от окружающей
среды с помощью немагнитной цилиндрической крышки, на которой установлены две ка-
тушки индуктивности, соединенной со схемой обработки [1]. При перемещении ферро-
магнитного цилиндрического стержня относительно оси симметрии индуктивность одной
обмотки увеличивается, а другой уменьшается. Недостатком такого технического реше-
ния датчика является трудоемкость изготовления, сложность схемы обработки, ввиду ра-
боты датчика на переменном токе, и значительные габариты.
Наиболее близким техническим решением является датчик перемещения, содержащий
цилиндрический постоянный магнит, соединенный с золотником гидрораспределителя
посредством немагнитного штока, находящегося в гидрожидкости под давлением и отде-
ленного от окружающей среды с помощью немагнитной крышки, с внешней стороны ко-
торой установлен гальваномагнитный элемент и схема обработки [2]. Данный датчик
работает на постоянном токе, за счет чего существенно упрощается схема обработки и
способ его изготовления. Однако при заданных габаритах магнита его полезное переме-
щение не может быть больше его осевой длины.
Задачей полезной модели является создание датчика перемещения для гидравлических
систем, который обеспечивает возможность повышения диапазона преобразования при
заданной осевой длине постоянного магнита.
Поставленная задача решается тем, что датчик перемещения для гидравлических си-
стем, содержащий цилиндрический постоянный магнит, соединенный с золотником гид-
роцилиндра посредством немагнитного штока, находящегося в гидрожидкости под
давлением и отделенный от окружающей среды с помощью немагнитной крышки, с
внешней стороны которой установлен гальваномагнитный элемент и схема обработки, со-
держит дополнительный гальваномагнитный элемент, расположенный с внешней стороны
немагнитной крышки, причем оба гальваномагнитных элемента установлены вдоль ли-
нии, параллельной оси цилиндрического постоянного магнита эквидистантно относитель-
но его поперечной оси симметрии.
Для заявляемого датчика перемещения в предпочтительных формах его реализации
схема обработки содержит сумматор, входы которого связаны с выходами обоих гальва-
номагнитных элементов.
Заявляемый датчик перемещения для гидравлических систем более подробно будет
рассмотрен ниже на одном из возможных, но не ограничивающих примеров его реализа-
ции со ссылками на позиции фигур чертежей, на которых схематично представлены:
фиг. 1 - функциональная схема заявляемого датчика перемещения для гидравлических
систем;
фиг. 2 - экспериментальные выходные характеристики датчика перемещения (заявля-
емого и прототипа).
На фиг. 1 представлена функциональная схема заявляемого датчика перемещения для
гидравлических систем. Датчик перемещения для гидравлических систем содержит ци-
линдрический постоянный магнит 1, соединенный с золотником гидрораспределителя (на
чертеже не изображен) посредством немагнитного штока 2, например с помощью резьбо-
вого соединения (на чертеже позицией не обозначено). Золотник, немагнитный шток 2 и
цилиндрический постоянный магнит 1 находятся в полости 3 гидрожидкости под давле-
нием. Полость 3 гидрожидкости от окружающей среды отделяет немагнитная цилиндри-

3. BY 6504 U 2010.08.30
3
ческая крышка 4, с внешней стороны которой установлены гальваномагнитный элемент 5
и дополнительный гальваномагнитный элемент 6, выходы которых соединены со входами
сумматора 7, выход которого и является выходом датчика перемещения. Гальваномагнит-
ный элемент 5 и дополнительный гальваномагнитный элемент 6 установлены вдоль линии
параллельной оси 8 цилиндрического постоянного магнита эквидистантно относительно
его поперечной оси 9 симметрии. Стрелками X на чертеже обозначены возможные
направления перемещения цилиндрического постоянного магнита 1 вдоль оси 8, а буква-
ми "N" и "S" - полюса магнита.
Датчик перемещения работает следующим образом.
При расположении гальваномагнитных элементов 5 и 6 симметрично относительно
поперечной оси 9 симметрии цилиндрического постоянного магнита 1 радиальные со-
ставляющие индукции магнитного поля в местах установки гальваномагнитных элементов
5 и 6 равны и противоположны по направлению. Суммарный сигнал с этих элементов на
выходе сумматора 7 равен нулю. При перемещении магнита 1, например, вправо (по
фиг. 1) радиальная составляющая на дополнительном гальваномагнитном элементе 6
уменьшается, а на гальваномагнитном элементе 5 увеличивается, в результате выходное
напряжение на выходе сумматора 7 повышается. Соответственно, при перемещении ци-
линдрического постоянного магнита 1 влево (по фиг. 1), выходное напряжение сумматора
7 уменьшается.
На фиг. 2 графически показана зависимость изменения выходного напряжения Uвых
сумматора 7 от величины перемещения магнита 1 вдоль его оси 8 (график "а"). При пере-
мещении X большем, чем Xm1, выходное напряжение начинает снижаться. Таким образом,
диапазон полезного перемещения оценивается зоной однозначности характеристики пре-
образования (-Xm1; Xm1).
Для датчика перемещения в соответствии с прототипом [2] при прочих равных данных
(идентичные гальваномагнитные элементы, расположенные на таком же расстоянии от
оси 8 цилиндрического постоянного магнита 1, и цилиндрический постоянный магнит 1
имеет такую же длину), характеристика преобразования имеет вид, представленный на
фиг. 2 графиком "б". Диапазон преобразования определен как (-Xm2; Xm2), где Xm2 -
(-Xm2) = l, а l - осевая длина магнита 1.
Для доказательства достижения заявленного технического результата эксперимен-
тально была получена зависимость выходного напряжения Uвыx гальваномагнитного эле-
мента при перемещении его вдоль линии, параллельной оси 8 магнита 1. Длина магнита
l = 15 мм. В качестве гальваномагнитного элемента использовался датчик Холла фирмы
Honeywell SS496A. Расстояние между боковой поверхностью цилиндрического магнита 1
и чувствительным элементом - датчиком Холла составляет 3 мм. Перемещение измеря-
лось штангенциркулем с разрешением 0,1 мм. Напряжение измерялось вольтметром
В7-40/3 класс 0,2 %. Данные экспериментального исследования представлены в таблице.
Графики, представленные на фиг. 2, построены в соответствии с данными таблицы. Из
графиков видно, что диапазон преобразования, обеспечиваемый заявляемым датчиком пе-
ремещения, выше, чем в прототипе. С физической точки зрения это объясняется тем, что
градиент вдоль оси радиальной составляющей индукции магнитного поля за торцом по-
стоянного цилиндрического магнита 1 меньше, чем до торца.

4. BY 6504 U 2010.08.30
4
№ опыта X, мм Uвыx, мВ
1 0,5 89
2 1 165
3 1,5 240
4 2 322
5 2,5 391
6 3 478
7 3,5 559
8 4 636
9 4,5 715
10 5 790
11 5,5 851
12 6 940
13 6,5 955
14 7 994
15 7,5 1013
16 8 1012
17 8,5 1002
18 9 974
19 9,5 931
20 10 885
21 10,5 834
22 11 777
23 11,5 721
24 12 665
25 12,5 604
26 13 565
27 13,5 504
28 14 472
29 14,5 437
30 15 337

5. BY 6504 U 2010.08.30
5
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.