Датчик кута нахилу

Реферат: Датчик кута нахилу містить чутливий елемент у вигляді тороїдальної порожнини, заповненої двома рідинами, що не змішуються, з близькою питомою вагою. Рідини є магнітними з різною магнітною проникністю, а на протилежних сторонах тороїдальної порожнини розташовані обмотки. UA 109808 U (12) UA 109808 U UA 109808 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до вимірювальної техніки і може бути використана для контролю відхилення від вертикалі стовбура свердловини в процесі буріння. Відомий вимірник нахилу, що містить замкнуту трубку, частково заповнену магнітною рідиною, з розташованими на протилежних ділянках трубки обмотками з постійним кроком [1]. Недоліком вимірника нахилу є невисока надійність роботи при вібраціях, що супроводжує процес буріння, оскільки при вібраціях межа розділу магнітної рідини і газоподібного середовища руйнується, що перешкоджає проведенню вимірювань в процесі буріння. Найбільш близьким аналогом є датчик зенітного кута, що містить чутливий елемент у вигляді тороїдальної порожнини, заповненої двома рідинами, що не змішуються, з близькою питомою вагою [2]. Недоліком даного датчика зенітного кута є низька точність при визначенні малих кутів нахилу. В основу корисної моделі поставлена задача у підвищенні точності вимірювань при вібраціях, а також підвищення надійності датчика за рахунок збільшення вібро-, удароміцності та вібростійкості. Поставлена задача вирішується тим, що у датчику кута нахилу, який містить чутливий елемент у вигляді тороїдальної порожнини, заповненої двома рідинами, що не змішуються, з близькою питомою вагою, згідно з корисною моделлю, рідини є магнітними з різною магнітною проникністю, а на протилежних сторонах тороїдальної порожнини розташовані обмотки. Суть пропонованої корисної моделі пояснюється графічним матеріалом, де зображений загальний вигляд датчика кута нахилу. Датчик кута нахилу містить чутливий елемент у вигляді тороїдальної порожнини 1, внутрішня поверхня якої виконана з матеріалу, що має властивість незмочування магнітною рідиною, або тонкошарового магніторідинного покриття, що не змочується. Тороїдальна порожнина заповнена двома магнітними рідинами, що не змішуються 2, 3, з близькою питомою вагою, але з різною магнітною проникністю. На протилежних сторонах тороїдальної порожнини розташовані обмотки 4, 5 та 6, 7. Всі обмотки намотані рівномірно з постійним кроком. Обмотка 6 живиться від генератора синусоїдальної напруги UВ з фіксованою частотою f. Вимірювальні обмотки 4, 5 включені послідовно одна назустріч іншій так, що сигнали, що індукуються в них при горизонтальному положенні датчика, взаємно компенсуються. Датчик кута нахилу працює таким чином: У горизонтальному положенні датчика кута нахилу, межа розділу двох магнітних рідин, що не змішуються, розташовується симетрично щодо внутрішньої порожнини, охопленої вимірювальними обмотками 4, 5, включені, наприклад, в плечі моста змінного струму високої частоти (на кресленні не показано). Оскільки електричні опори обмоток рівні між собою, то міст знаходиться в рівновазі і сигнал на виході відсутній. При відхиленні датчика кута нахилу від вертикалі межа розділу двох магнітних рідин, що не змішуються, прагне зайняти горизонтальне положення, що приводить до її переміщення щодо вимірювальних обмоток 4, 5. Магнітна рідина є колоїдним розчином частинок магнетиту Fe3O4 в рідинному носієві. Для запобігання злипанню феромагнітних частинок між собою їх покривають стабілізатором, за який використовуються поверхнево-активні речовини [3]. Малий розмір частинок порядку 100 ангстрем і їх тепловий рух перешкоджає злипанню і осіданню частинок [3]. При розташуванні магнітної рідини в тороїдальній порожнині 1, де існує магнітне поле, сили взаємодії між частинками зростають. Зменшення об'єму, займаного магнітними рідинами 2, 3 під однією вимірювальною обмоткою і збільшення під іншою викликає зміну індуктивних опорів обмоток, що приводить до порушення рівноваги моста змінного струму і появи вихідного сигналу, пропорційного косинусу кута нахилу. При нахилі датчика щодо вимірюваного об'єкта зміна об'єму магнітних рідин під вимірювальними обмотками в тороїдальній порожнині з незмочуваними магніторідинними внутрішніми поверхнями вище, ніж у відомих, за рахунок відсутності часткового прилипання магнітних рідин до поверхні, а також за рахунок вібрацій при бурінні, що збільшує чутливість датчика. Почергова силова дія обмоток на магнітні рідини викликає її пожвавлення і тим самим знижує зону нечутливості датчика, що забезпечує підвищення точності датчика нахилу. Спектр частот вібрацій при турбінному бурінні 5…300 Гц, максимальні перевантаження лежать в діапазоні частот 20…30 Гц. Вібрація при бурінні приводить до додаткової похибки. Похибка від вібрації може бути знижена, якщо при конструюванні датчика вибрати частоту власних коливань рідин значно менше частоти вібрацій при бурінні, на якій перевантаження максимальні. 1 UA 109808 U Квадрат частоти власних коливань  02 датчика кута нахилу, виконаного у вигляді тороїдальної порожнини радіусом R, заповненої двома магнітними рідинами, що не змішуються, з близькою питомою вагою, але з різною магнітною проникністю, визначається згідно з формулою: 5 02  де 10 15 20 g ( 1   2 ) ,    R ( 1   2 ) g - прискорення вільного падіння; 1 ,  2 - щільність першої та другої відповідно магнітної рідини. Як видно з формули, частоту власних коливань можна зменшити, підібравши магнітні рідини, що не змішуються, з близькою питомою вагою. Таким чином, конструктивні особливості виконання дозволяють створити датчик кута нахилу, що має наступні переваги: висока чутливість датчика; вібро-, удароміцний та вібростійкий при дії значних перевантажень; довговічність роботи. Джерела інформації: 1. А. с. 1439405 СССР, МКИ. G01 С9/18 Измеритель наклона / А.Ф. Пшеничников, А.В. Лебедев (СССР). - № 4244181/24-10; заявл. 01.04.87; опубл. 23.11.88, Бюл. № 43. 2. А.с. 1587183 СССР, МКИ. Е21 В47/02 Датчик зенитного угла / Г.Н. Ковшов, А.А. Посылаев (СССР). - № 4455096/23-03; заявл. 25.04.88; опубл. 23.08.90, Бюл. № 31. 3. Фертман В.Е. Магнитные жидкости: Справ, пособие / В.Е. Фертман - Мн.: Выш. шк., 1988. 184 с. - ISBN 5-339-00085-0. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 Датчик кута нахилу, що містить чутливий елемент у вигляді тороїдальної порожнини, заповненої двома рідинами, що не змішуються, з близькою питомою вагою, який відрізняється тим, що рідини є магнітними з різною магнітною проникністю, а на протилежних сторонах тороїдальної порожнини розташовані обмотки. Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2