Измерительный преобразователь линейных и угловых ускорений

Полезная модель повышает чувствительность и точность измерения линейных и угловых ускорений и может быть использована в системах автоматического регулирования приводов промышленного оборудования. Измерительный преобразователь линейных и угловых ускорений, содержащий корпус, в котором между соосно расположенными соплами размещена подвижная инерционная заслонка, сопла через постоянные дроссели подключены к линии подвода рабочей среды, измерительные камеры сопл линиями управляющего сигнала соединены с исполнительным элементом, корпус имеет линию отвода рабочей среды, заслонка удерживается в центре корпуса пружинами, а положение сопл вдоль оси чувствительности можно регулировать. В корпусе преобразователя выполнена центральная расточка, соединенная с линией подвода рабочей среды и образующая с заслонкой радиальную гидравлическую опору. Повышение чувствительности и точности измерения преобразователя достигается за счет использования гидравлической радиальной опоры подвижной инерционной заслонки. Гидравлическая опора обеспечивает устойчивое положение заслонки на оси чувствительности преобразователя и исключает сухое трение с корпусом.

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для измерения и контроля линейных и угловых ускорений в системах автоматического регулирования приводов промышленного оборудования.

Известен измерительный преобразователь ускорений (акселерометр), содержащий корпус, в котором между соосно закрепленными соплами размещена подвижная инерционная заслонка, сопла через постоянные дроссели подключены к линии подвода рабочей среды, измерительные камеры сопл соединены с соответствующими линиями выходного сигнала, корпус имеет линию отвода рабочей среды, а заслонка находится во взвешенном состоянии за счет ее обтекания встречными потоками рабочей средой со стороны сопл [1].

Данный преобразователь имеет низкую чувствительность и точность измерений, так как заслонка находится в неустойчивом положении относительно оси сопл.

Известен также измерительный преобразователь ускорений, содержащий корпус, в котором между соосно закрепленными соплами размещена подвижная инерционная заслонка, сопла через постоянные дроссели подключены к линии подвода рабочей среды, измерительные камеры сопл линиями управляющего сигнала соединены с исполнительным элементом, корпус имеет линию отвода рабочей среды, а заслонка находится во взвешенном состоянии за счет сил взаимодействия соосных кольцевых магнитов, закрепленных на корпусе и на концах заслонки, и направленных в сторону геометрического центра корпуса [2].

Недостатком данного преобразователя является низкая чувствительность и точность измерений, так как заслонка находится в неустойчивом положении относительно оси сопл.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является измерительный преобразователь линейных и угловых ускорений, содержащий корпус, в котором между соосно расположенными соплами размещена подвижная инерционная заслонка, сопла через постоянные дроссели подключены к линии подвода рабочей среды, измерительные камеры сопл линиями управляющего сигнала соединены с исполнительным элементом, корпус имеет линию отвода рабочей среды, заслонка удерживается в центре корпуса пружинами, а положение сопл вдоль оси чувствительности можно регулировать [3].

Недостатком рассматриваемого преобразователя является низкая чувствительность и точность измерений, причиной чего является наличие сил сухого трения между инерционной заслонкой и корпусом чувствительного элемента.

Сила сухого трения заслонки о стенки корпуса возникает вследствие радиальной неуравновешенности сил, действующих на заслонку, в результате несоосного расположения заслонки относительно корпуса, а также неправильности геометрических форм заслонки и отверстия в корпусе.

Работа преобразователя возможна только при возникновении ускорений, обеспечивающих силы инерции, превышающие по величине силы трения на заслонке. Последнее условие ограничивает область применения устройства.

Целью полезной модели является повышение чувствительности и точности измерения линейных и угловых ускорений объекта.

Указанная цель достигается тем, что в корпусе выполнена центральная расточка, соединенная с линией подвода рабочей среды и образующая с заслонкой радиальную гидравлическую опору.

Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает, что имеет место наличие новых деталей и функциональных связей между ними.

Новой деталью является радиальная гидравлическая опора, образованная заслонкой и центральной расточкой корпуса, соединенной с линией подвода рабочей среды.

Новые функциональные связи: рабочая среда, подведенная с избыточным давлением в центральную расточку корпуса преобразователя, создает равномерно распределенную по цилиндрической поверхности центрирующую силу, удерживающую заслонку на оси чувствительности; жидкость, проходящая из центральной расточки в сливные полости преобразователя через радиальные зазоры между корпусом и заслонкой, предотвращает возникновение сухого трения.

Наличие радиальной гидравлической опоры повышает чувствительность и точность измерения линейных и угловых ускорений объекта.

Конструктивная схема измерительного преобразователя линейных и угловых ускорений показана на фиг. 1.

Измерительный преобразователь линейных и угловых ускорений, содержит корпус 1, в котором между соосно расположенными соплами 2 и 3 размещена подвижная инерционная заслонка 4, сопла через постоянные дроссели 5 и 6 подключены к линии 7 подвода рабочей среды, измерительные камеры сопл линиями 8 и 9 управляющего сигнала соединены с исполнительным элементом 10, корпус имеет линию 11 отвода рабочей среды, заслонка удерживается в центре корпуса пружинами 12 и 13, а положение сопл вдоль оси чувствительности X-X можно регулировать.

В корпусе выполнена центральная расточка 14, соединенная с линией 7 подвода рабочей среды и образующая с заслонкой 4 радиальную гидравлическую опору. Жидкость из центральной расточки 14 проходит в сливные полости преобразователя и далее в линию 11 отвода рабочей среды через радиальные зазоры между корпусом и заслонкой, что исключает сухое трение между ними.

Измерительный преобразователь линейных и угловых ускорений работает следующим образом.

В исходном положении, когда силы инерции в направлении оси чувствительности X-X отсутствуют, рабочая среда (жидкость) из линии 7 подвода поступает через постоянные дроссели 5 и 6 в измерительные камеры сопл 2 и 3, а затем, пройдя сопротивления в виде зазоров между торцами сопл и заслонки 4, по линии 11 отвода рабочей среды сливается в бак. Инерционная заслонка находится в равновесии, занимая симметричное положение в центре корпуса, под действием сил центрирующих пружин 12 и 13. Это приводит к созданию одинаковых сопротивлений истечению рабочей жидкости из сопл и равенству давлений в измерительных камерах.

Рабочая среда, подведенная с избыточным давлением в центральную расточку 14 корпуса преобразователя, создает равномерно распределенную по цилиндрической поверхности центрирующую силу, удерживающую заслонку 4 на оси чувствительности X-X. Жидкость, проходящая из центральной расточки в сливные полости преобразователя и далее в линию 11 через радиальные зазоры между корпусом и заслонкой, предотвращает возникновение сухого трения.

При возникновении линейного ускорения движения контролируемого объекта, направленного вдоль оси чувствительности (например, вправо), под действием силы инерции заслонка 4 смещается влево и изменяет гидравлические сопротивления сопл 2 и 3. Сопротивление истечению масла из сопла 2 увеличивается, а из сопла 3 уменьшается, что приводит к соответствующему изменению давлений в измерительных камерах. Возникающая разность давлений (перепад) используется как управляющий сигнал на входах исполнительного элемента, например, дросселирующего золотникового распределителя.

При изменении направления ускорения объекта на противоположное, происходит перемещение заслонки 4 вправо. Сопротивление истечению масла из сопла 3 увеличивается, а из сопла 2 уменьшается, что приводит к возникновению соответствующего перепада давлений в измерительных камерах сопл.

При исчезновении ускорения инерционная заслонка 4 под действием пружин 12 и 13 возвращается в начальное положение, что приводит к выравниванию давлений в измерительных камерах сопл. Преобразователь возвращается в исходное положение.

Предлагаемый измерительный преобразователь может быть использован для измерения угловых ускорений. В этом случае ось вращения объекта, перпендикулярная оси чувствительности X-X, должна находиться на некотором расстоянии слева или справа от геометрического центра корпуса. При этом работа преобразователя не отличается от рассмотренной выше.

Для настройки требуемых статических характеристик преобразователя (по расходу, по давлению в рабочих камерах и т.д.), предусмотрена регулировка зазоров между торцами сопл и заслонкой, путем осевого смещения сопл в корпусе.

Для формирования выходного сигнала исполнительный элемент 10 в предлагаемом преобразователе может быть выполнен в виде четырехщелевого золотникового распределителя с пружинным центрированием. Под действием разности давлений в линиях 8 и 9 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 объекта или автоматического управления приводом промышленного оборудования.

Благодаря сравнительно небольшим габаритным размерам и массе измерительный преобразователь линейных и угловых ускорений их можно легко устанавливать на подвижные органы технологического оборудования в любом удобном месте, вне рабочей зоны.

Источники информации, принятые во внимание

1. Залманзон, Л.А. Аэрогидродинамические методы измерения входных параметров автоматических систем / Л.А. Залманзон. - М.: Наука, 1973, с. 307-309, рис. 7.15а.

2. Патент РФ 2150116. Кл. G01 15/00. - Приоритет от 16.02.1998. - Опубликован 27.05.2000. - Бюл. 15.

3. Симанин, Н.А. Измерительные преобразователи типа «сопло- заслонка» для гидравлических систем автоматического регулирования приводов промышленного оборудования / Н.А. Симанин, В.В. Голубовский, А.Н. Расстегаев // «XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего _плюс»: Научное периодическое издание. Серия Технические науки. Пищевые производства. - Выпуск 06(10)/2013. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. технол. акад., 2013. - С. 180 (рис. 1) (прототип).

Измерительный преобразователь линейных и угловых ускорений, содержащий корпус, в котором между соосно расположенными соплами размещена подвижная инерционная заслонка, сопла через постоянные дроссели подключены к линии подвода рабочей среды, измерительные камеры сопл линиями управляющего сигнала соединены с исполнительным элементом, корпус имеет линию отвода рабочей среды, заслонка удерживается в центре корпуса пружинами, а положение сопл вдоль оси чувствительности можно регулировать, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения, в корпусе выполнена центральная расточка, соединенная с линией подвода рабочей среды и образующая с заслонкой радиальную гидравлическую опору.