Измерительный преобразователь ускорений типа "сопло-заслонка"
Полезная модель повышает чувствительность и точность измерения и контроля линейных и угловых ускорений объекта и может быть использовано в системах автоматического регулирования приводов промышленного оборудования. Преобразователь состоит из немагнитных корпуса, инерционной заслонки и двух сопл, двух пар постоянных магнитов, двух постоянных дросселей, линий подвода и отвода рабочей среды, двух линий управляющего сигнала и исполнительного элемента. Пятый магнит соосно размещен на корпусе с возможностью перемещения между двумя закрепленными на корпусе магнитами и силами взаимодействия связан с первым, вторым, третьим и четвертым магнитами, образуя с заслонкой общую подвижную инерционную массу. Повышение чувствительности и точности измерения ускорения достигается за счет увеличения инерционной массы подвижных частей преобразователя без изменения его габаритов.
Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для измерения и контроля линейных и угловых ускорений в системах автоматического регулирования приводов промышленного оборудования.
Известный измерительный преобразователь ускорений (акселерометр), содержащий заслонку, расположенную в корпусе во взвешенном состоянии между соплами, подключенными к линии подвода рабочей среды через постоянные дроссели, и измерительные камеры сопл, соединенные с соответствующими линиями выходного сигнала, имеет низкую чувствительность и точность измерений [1].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является измерительный преобразователь ускорений типа «сопло-заслонка», содержащий корпус, в котором между соосно закрепленными первым и вторым соплами размещена с возможностью перемещения заслонка, сопла подключены через первый и второй постоянные дроссели к линии подвода рабочей среды, измерительные камеры сопл соединены с первой и второй линиями управляющего сигнала, корпус соединен с линией отвода среды, исполнительный элемент, подключенный к первой и второй линиям управляющего сигнала, первый и второй магниты, соосно закрепленные на корпусе на одинаковом расстоянии от его геометрического центра, третий и четвертый магниты, соосно закрепленные на концах заслонки с возможностью ее удержания во взвешенном состоянии на оси корпуса, при этом силы взаимодействия магнитов направлены в сторону геометрического центра корпуса [2].
Недостатком такого измерительного преобразователя является низкая чувствительность и точность измерений, обусловленная незначительной инерционной массой подвижной заслонки, а, следовательно, и небольшими по величине силами инерции, действующими на заслонку.
Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерения линейных и угловых ускорений объекта.
Указанная цель достигается тем, что в преобразователь введен пятый магнит, соосно размещенный на корпусе между первым и вторым магнитами с возможностью перемещения и силами взаимодействия связанный с первым, вторым, третьим и четвертым магнитами, образуя с заслонкой общую подвижную инерционную массу.
Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает, что имеет место наличие новых деталей и функциональных связей между ними.
Новой деталью является пятый магнит, соосно размещенный на корпусе между первым и вторым магнитами с возможностью перемещения, и образующий с заслонкой общую подвижную инерционную массу.
Новые функциональные связи: пятый магнит силами взаимодействия связан с первым и вторым магнитами, удерживающими его в среднем положении, а также с третьим и четвертым магнитами, образуя с заслонкой общую подвижную инерционную массу.
Наличие пятого магнита, связанного силами взаимодействия с третьим и четвертым магнитами позволяет увеличить инерционную массу подвижных частей преобразователя без изменения его габаритов. Увеличение инерционной массы приводит к пропорциональному увеличению силы инерции, что обеспечивает повышение чувствительности и точности измерения ускорения объекта.
Измерительный преобразователь ускорений типа «сопло-заслонка» (фиг.1) содержит корпус 1, заслонку 2, первое и второе сопла 3 и 4, первый, второй, третий, четвертый магниты 5, 6, 7, 8, первый и второй постоянные дроссели 9 и 10, линии подвода 11 и отвода 12 рабочей среды, первую и вторую линии управляющего сигнала 13 и 14, исполнительный элемент 15 и пятый магнит 16.
Заслонка 2 установлена в корпусе 1 между соосно закрепленными первым и вторым соплами 3 и 4, подключенными через первый и второй постоянные дроссели 9 и 10 к линии подвода 11 рабочей среды. Линия отвода рабочей среды 12 подключена к корпусу 1.
Первый и второй магниты 5 и 6 соосно закреплены на корпусе 1 на одинаковом расстоянии от его геометрического центра, а третий и четвертый магниты 7 и 8 соосно закреплены на концах заслонки 2, удерживаемой на оси чувствительности Х-Х, при этом силы взаимодействия магнитов направлены в сторону геометрического центра корпуса 1.
Измерительные камеры первого и второго сопл 3 и 4 подключены через первую и втору линии управляющего сигнала 13 и 14 к входам исполнительного элемента 15.
Пятый магнит 16 соосно размещен на корпусе 1 между первым и вторым магнитами 5 и 6 с возможностью перемещения. При этом силы взаимодействия между магнитами 5, 6 и 16 удерживают последний в среднем положении, а силы взаимодействия между магнитами 7, 8 и 16 обеспечивают связь заслонки 2 и подвижного магнита 16, образуя общую подвижную инерционную массу.
Измерительный преобразователь ускорений типа «сопло-заслонка» работает следующим образом.
В исходном положении, при отсутствии ускорения, на преобразователь не действует сила инерции. Рабочая среда подается под давлением р из линии подвода 11 через первый и второй постоянные дроссели 9 и 10 в измерительные камеры первого и второго сопл 3 и 4, из которых истекает в рабочее пространство корпуса 1 и далее отводится через линию отвода 12. Силы взаимодействия между магнитами 5, 6 и 16 удерживают последний в среднем положении, а силы взаимодействия между магнитами 7, 8 и 16 обеспечивают связь заслонки 2 и подвижного магнита 16, образуя общую подвижную инерционную массу. Заслонка 2 занимает симметричное положение в центре корпуса 1 под действием упругих сил, образованных парами магнитов 5, 7 и 6, 8, и создает одинаковые сопротивления истечению рабочей среды из сопл 3 и 4, что обуславливает равенство давлений в измерительных камерах р1=р 2.
При возникновении линейного ускорения объекта, направленного вдоль оси чувствительности Х-Х, например, вправо, под действием силы инерции магнит 16 перемещается влево на величину, пропорциональную ускорению, и за счет сил взаимодействия с магнитами 7 и 8 перемещает в ту же сторону и на ту же величину заслонку 2, то есть магнит 16 и заслонка 2 с магнитами 7 и 8 образуют общую подвижную инерционную массу. Сопротивление истечению рабочей среды из сопла 3 увеличивается, а из сопла 4 уменьшается, что приводит к соответствующему изменению давлений в измерительных камерах р1>р2 и линиях 13 и 14 управляющего сигнала. Возникшая разность давлений 
р=р1-р2 на входах исполнительного элемента 15 приводит его в действие. Исполнительный элемент 15 формирует результирующий сигнал, несущий информацию о величине ускорения объекта.
Для формирования выходного сигнала исполнительный элемент 15 в предлагаемом преобразователе выполнен в виде четырехщелевого золотникового распределителя с пружинным центрированием. Под действием разности давлений р в линиях 13 и 14 управляющего сигнала и под торцами золотника, последний смещается в своем корпусе, изменяя проходные сечения соответствующих щелей и, тем самым, формируя результирующий сигнал, который используется для регистрации ускорения или автоматического управления приводами промышленного оборудования.
Вместе с тем, предлагаемый измерительный преобразователь ускорений типа «сопло-заслонка» может быть использован для измерения угловых ускорений. В этом случае ось вращения объекта, перпендикулярная оси чувствительности, должна находиться на некотором расстоянии слева или справа от геометрического центра корпуса 1. При этом работа преобразователя не отличается от рассмотренной выше.
Источники информации, принятые во внимание
1. Залманзон Л.А. Аэрогидродинамические методы измерения входных параметров автоматических систем [Текст]. - М.: Наука, 1973, с.307-309, рис.7.15а.
2. Патент РФ 
2150116. Кл. G01Р 15/00. - Приоритет от 16.02.1998. - Опубликован 27.05.2000. - Бюл. 15. (прототип).
Измерительный преобразователь ускорений типа «сопло-заслонка», содержащий корпус, в котором между соосно закрепленными первым и вторым соплами размещена с возможностью перемещения заслонка, сопла подключены через первый и второй постоянные дроссели к линии подвода рабочей среды, измерительные камеры сопл соединены с первой и второй линиями управляющего сигнала, корпус соединен с линией отвода среды, исполнительный элемент, подключенный к первой и второй линиям управляющего сигнала, первый и второй магниты, соосно закрепленные на корпусе на одинаковом расстоянии от его геометрического центра, третий и четвертый магниты, соосно закрепленные на концах заслонки с возможностью ее удержания во взвешенном состоянии на оси корпуса, при этом силы взаимодействия магнитов направлены в сторону геометрического центра корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения, в него введен пятый магнит, соосно размещенный на корпусе между первым и вторым магнитами с возможностью перемещения и силами взаимодействия, связанный с первым, вторым, третьим и четвертым магнитами, образуя с заслонкой общую подвижную инерционную массу.
