Устройство для бесконтактного измерения скорости вращения вала в агрессивной среде
Устройство относится к автомобильному приборостроению и может использоваться для измерения макетной и угловой скорости большого числа ферромагнитных роторов. Устройство состоит из ферромагнитного ротора, датчика скорости, причем ферромагнитный ротор выполнен в виде кольца из магнитотвердого материала с радиально намагниченными полюсами, опрессованного защитным материалом от воздействия агрессивной среды.
Полезная модель - устройство для измерения скорости вращения вала - относится к автомобильному приборостроению и может использоваться для измерения линейной и угловой скорости разнообразных роторов, работающих в замкнутом объеме с агрессивной средой.
Для бесконтактного измерения скорости вращения вала используется устройство, состоящее из двух конструктивно законченных элементов: датчика, регистрирующего изменение величины напряженности магнитного поля, и ротора, являющегося источником изменения величины напряженности магнитного поля. Причем, ротор жестко закреплен на валу, скорость вращения которого необходимо измерить.
Известен бесконтактный датчик скорости автомобиля, включающий магниточувствительный элемент для измерения угловой скорости вращения ферромагнитного ротора [1].
Известен также датчик скорости для коробки передач автомобиля [2]. Недостатками данных устройств являются наличие большого количества конструктивных элементов, входящих в состав датчиков.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является бесконтактный датчик скорости автомобиля, позволяющий измерять частоту вращения ферромагнитного зубчатого ротора, а в датчике в качестве чувствительного элемента используется магниторезистивный модуль [3].
Целью данной полезной модели является упрощение конструкции, и соответственно, технологии изготовления бесконтактного датчика скорости автомобиля, а так же улучшение технических характеристик устройства. Сущность данной полезной модели состоит в
том, что традиционный металлический ротор заменен на ротор, выполненный в виде кольца из магнитотвердого материала, опрессованного защитным материалом от воздействия агрессивной среды. Кольцо имеет радиально намагниченные полюсы (N и S), причем количество полюсов равно удвоенному количеству зубьев металлического колеса. Поэтому количество импульсов с выхода чувствительного элемента за один оборот вала будет тем же, что и в традиционной зубчатой конструкции ферромагнитного (металлического) ротора. В датчике в качестве регистратора изменения магнитного поля используется более простой пороговый элемент Холла или магниторезистор, в данной конструкции не требуется использование постоянного магнита, поскольку нет необходимости в создании постоянного магнитного поля внутри корпуса датчика, где расположен магниточувствительный элемент. Кольцо для защиты от агрессивной среды опрессовано стеклонаполненным полиамидом или другим полимерным материалом. Применение специальных магнитотвердых материалов для кольца, защитной оболочки из полимера обеспечивают стабильность магнитного поля в большом диапазоне температур: от -45°С до +130°С, долговременную стабильность магнитного поля - не менее 10 лет.
На фиг.1 представлено исполнение устройства для бесконтактного измерения скорости вращения вала в агрессивной среде, где:
1 - вал редуктора;
2 - ротор датчика скорости;
3 - бесконтактный датчик скорости.
На фиг.2 представлены графики зависимости величины напряженности магнитного поля от времени (а) и напряжения на выходе датчика от времени (б).
Устройство работает следующим образом:
На валу 1, скорость вращения которого необходимо измерить, неподвижно закреплен радиально намагниченный ротор 2. Характер изменения величины напряженности магнитного поля в точке А на расстоянии 
от поверхности ротора при вращении ротора приведен на фиг.2(а).
В данной конструкции расстояние может быть до 10 мм. В точке А помещается пороговый магниточувствительный элемент на основе датчика Холла, выходной сигнал которого имеет два состояния: логическая "1" - напряжение на выходе датчика U1 и логический
"0" - напряжение на выходе датчика U0 (см. фиг.2(б)). При превышении некоторой пороговой величины H пор в точке А чувствительный элемент переходит в открытое состояние и на выходе датчика формируется напряжение, соответствующее логическому "0": выходное напряжение U 0 Если напряженность магнитного поля в точке А меньше величины Hпор, то чувствительный элемент находится в закрытом состоянии и на его выходе формируется сигнал логическая "1": выходное напряжение U1. Таким образом, при вращении вала 1 с выхода магниточувствительного датчика будем иметь последовательность импульсов, частота следования которых будет пропорциональна скорости вращения вала.
Данная конструкция устройства бесконтактного измерения скорости вращения вала имеет следующие преимущества по сравнению с устройством для ротора с металлическими зубьями:
- отсутствие постоянного магнита в корпусе датчика;
- использование более простого и дешевого по цене порогового датчика Холла;
- повышение надежности из-за сокращения количества элементов в датчике;
- увеличение рабочего зазора (до 10 мм против 2÷3 мм в устройстве с ротором с металлическими зубьями);
- повышенная помехоустойчивость, поскольку пороговый датчик Холла срабатывает на изменение внешнего магнитного поля, которое создается ротором, а других источников магнитного поля в редукторе нет.
Источники информации:
1. Патент РФ на полезную модель №35441.
2. Свидетельство РФ на полезную модель №10262.
3. Патент РФ на изобретение №2260188 - прототип.
1. Устройство для бесконтактного измерения скорости вращения вала в агрессивной среде, состоящее из ферромагнитного ротора, датчика скорости с чувствительным элементом, заключенного в полимерный корпус, отличающееся тем, что ферромагнитный ротор выполнен в виде кольца из магнитотвердого материала с радиально намагниченными полюсами.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцо для защиты от агрессивной среды опрессовано стеклонаполненным полиамидом, либо другим полимерным материалом.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что чувствительный элемент датчика скорости выполнен на основе эффекта Холла или магниторезистора.
