Исследование и разработка магнитожидкостного датчика угла наклона с постоянными магнитами

• Автор: Сабуров, Игорь Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 150 с. : ил

Содержание.

Введение
1. Обзор литературы
1.1. Анализ традиционных конструкций датчиков угла
наклона
1.2. Анализ магнитожидкостных датчиков угла наклона
1.3. Состояние теории и экспериментальных исследований магнитожидкостных датчиков угла наклона
1.4. Требования современной техники к датчикам
Выбор объекта исследования
1.5. Выводы и постановка задачи
2. Исследование магнитожидкостного подвеса чувствительного элемента
2.1. Определение силы подвеса сердечника
2.2. Анализ численных методов расчета магнитных полей
2.3. Конечно-элементное моделирование магнитной системы магнитожидкостного датчика угла наклона
2.4. Требования к выбору магнитной жидкости для магнитожидкостных датчиков угла наклона
2.5. Особенности выбора постоянных магнитов для магнитожидкостного датчика угла наклона
2.6. Исследование влияния размеров магнитной системы на выполнение условия подвеса
2.7. Экспериментальная проверка полученных результатов
2.8. Выводы
3. Исследование метрологических характеристик магнитожидкост-
3.1. Уравнение движения чувствительного элемента
3.2. Исследование влияния размеров магнитной системы на метрологические характеристики датчика в статическом режиме работы
3.3. Исследование влияния размеров магнитной системы на метрологические характеристики магнитожидкостного датчика угла наклона в динамическом режиме работы
3.4. Экспериментальная проверка полученных результатов
3.5. Выводы
4. Анализ погрешностей и основы проектирования магнитожидкостного датчика угла наклона с постоянными магнитами
4.1. Анализ погрешностей магнитожидкостного датчика угла наклона с постоянными магнитами
4.2. Основы проектирования магнитожидкостного датчика угла наклона с постоянными магнитами
4.3. Проектирование и испытание опытного образца магнитожидкостного датчика угла наклона
4.4. Выводы
Заключение
Литература
Приложение

Введение
Актуальность темы. Современное развитие автоматизированных систем контроля физическими и технологическими процессами характеризуется широким использованием первичных средств сбора и обработки информации. При этом датчик является исходным звеном любой информационно-измерительной или управляющей системы и практически полностью определяет её метрологические характеристики.
Измерительные системы предъявляют высокие требования к точности, чувствительности, быстродействию и линейности выходных характеристик различных датчиков, в частности к датчикам угла наклона.
Одним из направлений развития измерительной техники является использование новых физических эффектов и создание принципиально новых конструктивных схем, для которых не существует хорошо проверенной методики расчета и проектирования.
Многочисленные и качественно разнообразные эффекты взаимодействия магнитных жидкостей (МЖ) с электромагнитным полем [78] открывают новые возможности в совершенствовании различных диагностических систем в повышении их чувствительности, точности и стабильности измерений.
Высокая намагниченность МЖ при сохранении высокой текучести позволила создать принципиально новые датчики угла наклона, которые соединяют в себе достоинства традиционных индуктивных датчиков угла наклона и жидкостных уровней, но свободных от их недостатков.
Однако широкое применение магнитожидкостных датчиков сдерживается недостаточностью их изученности, отсутствием теоретических основ работы и методов проектирования.
Таким образом, разработка математической модели магнитожид-

Глава вторая
Исследование магнитожидкостного подвеса чувствительного элемента
При проектировании или исследовании магнитожидкостного датчика угла наклона с постоянными магнитами (ЩЦУН) необходимо рассчитать пондеромоторную силу, действующую на постоянный магнит, со стороны МЖ внутри немагнитного корпуса. Эта сила должна обеспечить подвес чувствительного элемента с гарантированным зазором относительно корпуса. Тогда при перемещении чувствительного элемента, потери на трение будут минимальными, поскольку будет иметь место гидродинамический режим трения, обусловленный вязкостью МЖ.
В общем случае вычисление подъемной силы, действующей на. магнит, является довольно, сложной задачей, особенно при учете нелинейного характера намагничивания и может быть точно решена только в случае простых геометрий. В литературе по данному вопросу имеется расчет, выполненный А.О. Цеберсом [7] для бесконечного постоянного магнита, намагниченного поперек оси и помещенного в цилиндрический сосуд, заполненный МЖ с постоянной магнитной проницаемостью. Сила возникает при смещении осей цилиндров. Полученное решение имеет вид ряда.
В конструкции магнитожидкостного датчика используются постоянные магниты, имеющие осевую намагниченность и конечные размеры, а магнитная жидкость имеет нелинейную зависимость кривой намагничивания, что не позволяет использовать данные А.О. Цеберса для расчета МВДУН.