БЕСКОНТАКТНЫЙ ФЕРРОЗОНДОВЫЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ КЛАПАНА
Аннотация
Целью исследования является разработка бесконтактного феррозондового датчика положения для контроля открытого/закрытого состояния клапана. Существует немало примеров использования в современной техники элементов или устройств, взаимодействующих с магнитным полем. Одной из актуальнейших задач является использование влияния магнитного поля в качестве средства контроля или составляющей управляющей среды. Применение магнитооптических датчиков для контроля функционирования технических объектов обусловлено их бесконтактным способом измерения, возможностью изме-рения не только магнитных, но и других различных физических величин, относительной простотой, надежностью и дешевизной конструкции чувствительного элемента, гибко-стью в применении, эксплуатацией в низкотемпературных и высокотемпературных средах. Одним из датчиков подобного типа является феррозондовый преобразователь магнитного поля. Примером объекта внедрения феррозондового датчика являются клапаны различных пневмогидравлических систем. Сущность поставленной задачи заключается в создании бесконтактного концевого переключателя золотника клапана, сигнализирующего о закрытом или открытом состоянии клапана и передающего эту информацию в систему контроля. Предлагается разбиение данной задачи на этапы и последовательное их выпол-нение. Сначала производится поиск и анализ уже существующих решений, реализующих датчик положения с использованием феррозондового метода контроля для усовершенст-вования разрабатываемой конструкции. Далее, разрабатывается первоначальная конст-рукция чувствительного элемента феррозондового преобразователя, согласно начальной конструкции, создается геометрическая 3D-модель чувствительного элемента, выбирается предполагаемый материал составляющих элементов датчика. С помощью численных методов компьютерного моделирования моделируется работа датчика и определяется его выходная характеристика при различных режимах работы. По расчетным характеристикам выбирается и рассчитывается оптимальная конструкция и конфигурация чувствительного элемента датчика. По итогам моделирования разрабатываются сборочные и рабочие чертежи датчика. Предложенный способ решения задачи характеризуется сложностью изучения нелинейных магнитных систем и их моделирования. Результаты данного исследования могут быть рекомендованы для разработки магнитооптических датчиков подобного или иного типа и изучения материалов с нелинейными магнитными свойствами.
Список литературы
1. Baranochnikov M.L. Mikromagnitoelektronika [Micromagnetoelectronics]. Vol. 1. DMK PRESS, 2001, 544 p.
2. Baranochnikov M.L. Mikromagnitoelektronika [Micromagnetoelectronics]. Vol. 2. DMK PRESS, 2002, 691 p.
3. Braverman V.Ya., Belozertsev V.S., Lelekov A.T. Patent 0002457476 Russian Federation MPK7 G 01 N 27/82. Ferrozondovyy datchik dlya slezheniya za stykom svarivaemykh detaley [Ferroprobe sensor for monitoring the joint of welded parts]; applicant and patent holder edu-cational institution of higher professional education SibGAU. No. 2010144736/28; dec. 01.11.10; publ. 07/27/12.
4. Tsybin Yu.N., Brezinskiy A.A., Nikolaenko O.S. Patent 0000197484 Russian Federation MPK7 G 01 R 33/00. Datchik ferrozondovyy v magnitnom ekrane [Ferroprobe sensor in a magnetic screen]; applicant and patent holder Joint-Stock Company Scientific Research Institute of Command Devices. No. 2020100561; dec. 01/09/20; publ. 04/30/20.
5. Pudov V.I., Reutov Yu.Ya., Korotkikh S.A. Patent 02123303 Russian Federation MPK7 A 61 B 17/50, A 61 B 5/06. Ferrozondovyy polyusoiskatel' [Ferroprobe pole detector]; applicant and patent holder Institute of Physics of Metals, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences. No. 96120296/14; dec. 08.10.96; publ. 12/20/98.
6. Gordeliy V.I. Patent 02315991 Russian Federation MPK7 G 01 N 27/83. Modul'nyy datchik dlya sistem avtomatizirovannogo magnitnogo kontrolya rel'sov [Modular sensor for systems of automated magnetic control of rails], No. 2006125395/28; dec. 07/17/06; publ. 01/27/2008.
7. Van Yan'chzhan, Li Tszintszi, Shi Tszyakin. Patent 108983124 China MPK7 G 01 R 33/04. Magnitnyy datchik s obratnoy svyaz'yu po sostoyaniyu nasyshcheniya [Saturation Feedback Magnetic Sensor]; applicant and Patent Holder of JILIN UNIVERSITY. No. 201811118866.7; dec. 09/25/18; publ. 12/11/18.
8. Lyu Dongliang, Li Zhiming. Patent 210605010 China IPC7 G 01 V 3/08. Ferromagnitnoe ustroystvo obnaruzheniya dlya kontrolya ferromagnitnykh veshchestv v rezhime prostranstvennogo pozitsionirovaniya [Ferromagnetic Detection Device for Inspection of Fer-romagnetic Substances in Spatial Positioning Mode]; applicant and Patentee of SHENZHEN NIMAGE TECHNOLOGY CO., LTD. No. 201921468161.8; dec. 09/05/2019; publ. 05/22/20.
9. Luo Yubiao, Yang Lei, Xia Yuechun, Huang Xinglong, Liu Feibiao, Xiang Biao, Zeng Jiheng. Patent 210775814 China MPK7 G 01 R 33/04. Ferrozondovyy massiv datchikov s vozmozhnost'yu obnaruzheniya orientatsii korabel'nykh gruzov [Ferroprobe sensor array capa-ble of detecting ship cargo orientation]; applicant and patent holder SHENZHEN LEILI TECHNOLOGY CO., LTD. No. 201921549087.2; dec. 09/18/2019; publ. 06/16/2020.
10. Li Zhiguang. Patent 210981760 China MPK7 G 01 M 13/00. Ustroystvo izmereniya mekhanicheskikh kharakteristik avtomaticheskogo vyklyuchatelya na osnove ferrozondovogo datchika [Fluorescent probe based circuit breaker mechanical measurement device Applicant and Patent Holder of SHIJIAZHUANG HANDY ELECTRICAL INSTRUMENTS CO., LTD. No. 201922172017.6; dec. 12/06/2019; publ. 07/10/2020.
11. Yu Runqiao, Cheng Dongfang, Hu Bo, Xia Guisuo, Cheng Qiangqiang. Patent 206270508 China IPC7 G 01 V 3/08. Ustroystvo obnaruzheniya metalla [Metal detection device]; appli-cant and patentee NINGBO YINZHOU CITAI ELECTRONIC SCIENCE & TECHNOLOGY CO., LTD. No. 201621459612.8; dec. 12/28/2016; publ. 06/20/2017.
12. Scarzello. John F., Holmes. John J., O’Keefe. Edward C. Patent US 6456069 MPK7 G 01 33/04. Ferrozondovyy datchik magnitnogo polya, soderzhashchiy ferromagnitnyy issleduemyy material, v ego magnitnuyu tsep' [Ferroprobe magnetic field sensor containing a ferromagnetic test material into its magnetic circuit]; applicant and Patentee of the United States of America as represented by the Secretary of the Navy. - No. 09517559; dec. 03/02/2000; publ. 09/24/2002.
13. Baranov P. Kolomeytsev A., Zatonov I. Modelirovanie ferrozondovogo datchika [Modeling a fluxgate sensor], Materials Science and Engineering [Materials Science and Engineering]. Tomsk, 2018.
14. Baranova V.E. Izmerenie slabogo magnitnogo polya na osnove ferrozondovogo datchika: dis. ... kand. tekhn. nauk [Measurement of a weak magnetic field based on a fluxgate sensor:: cand. of eng. sc. diss.]: defended 12.01.16. Murav'ev Sergey Vasil'evich. Tomsk, 2015, 134 p.
15. Tang S.K. Skhema vozbuzhdeniya ferrozondovogo datchika s ispol'zovaniem nasyshchayushchegosya induktora [Excitation circuit for a fluxgate sensor using a saturable inductor], Sensors and Actuators A: Physical [Sensors and Actuators A: Physical]. Department of Electronics, Power Electronics Research Center, National University of Ireland, Galway, Ireland, 2004, pp. 156-165.
16. Sankov O.V., Legkiy V.N. Issledovanie ferrozondovykh magnitnykh ob"ektov dlya sistem blizhney lokatsii [Investigation of fluxgate magnetic objects for systems of near location] Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo un-ta im. N.E. Baumana [Herald of the Bauman Moscow State Technical University], 2009, No. 2 (75), pp. 90-101.
17. Volkov A.V., Reutov V.Ya. Ferrozondovyy komp'yuternyy magnitometr [Ferrosonde computer magnetometer]. Ekaterinburg: Institut fiziki metallov Uro RAN, 2015, pp. 322-327.
18. Yankin S. Integratsiya paketov COMSOL i SOLIDWORKS [Integration of COMSOL and SOLIDWORKS packages], COMSOL Co. Free access mode: https://www.comsol.ru/video/18-minutes-intro-to-livelink-for-solidworks-webinar-ru (accessed 01 February 2022).
19. Yankin S. Osnovy elektrotekhnicheskikh raschetov v COMSOL Multiphysics [Fundamentals of electrical calculations in COMSOL Multiphysics], COMSOL Co. Free access mode: https://www.comsol.ru/video/intro-to-ac-dc-modeling-in-comsol-webinar-ru (accessed 30 Jan-uary 2022).
20. Davies N. Modeling Transformers and inductors in COMSOL Multiphysics, COMSOL Co. – Free access mode: https://cn.comsol.com/video/modeling-transformers-and-inductors-in-comsol-multiphysics (accessed 01 February 2022).
