ES2232004T3

ES2232004T3 - Detector magnetico de desplazamiento.

Info

Publication number: ES2232004T3
Application number: ES98939210T
Authority: ES
Inventors: John P. Dilger; Nile Kenton Dielschneider
Original assignee: Fisher Controls International LLC
Current assignee: Fisher Controls International LLC
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 2005-05-16
Anticipated expiration: 2018-08-04
Also published as: WO1999008073A1; CA2299315C; DE69827011T2; KR100589646B1; CN1266484A; KR20010022696A; CA2299315A1; AR011488A1; CN1236283C; AU746417B2; BR9811072A; JP2001512817A; US6060881A; TR200000800T2; EP1002218A1; EP1002218B1; AU8768598A; BR9811072B1; JP4136308B2; DE69827011D1

Abstract

Un sensor de desplazamiento comprende un conjunto de imanes provisto de un alojamiento para fijarse en uno del primer y segundo elementos relativamente desplazables. Un primer y segundo imanes se fijan en este alojamiento del conjunto de imanes de manera que el polo norte de un imán confronte con el polo sur del otro imán y viceversa. El primer y segundo imán forman un espacio longitudinal entre ellos. Una pieza polar que forman el flujo en cada uno de los polos tienen configuraciones para marcar el flujo magnético del borde en el espacio longitudinal de manera que la densidad de flujo magnético en el espacio longitudinal varía sensiblemente linealmente a lo largo de una línea de este espacio separando los polos opuestos de los imanes. Un conjunto de sensor de campo magnético tiene un alojamiento para fijarse al otro del primer y segundo elementos. Un sensor de flujo magnético se fija al alojamiento sobre la línea situada en dicho espacio longitudinal que separa el primer y segundo imanes.En una realización, cada una de las piezas polares que forman el flujo tiene una forma pentagonal en un plano de configuración de flujo primario, formando así una cara estrecha opuesta al espacio longitudinal entre el primer y segundo imanes. La cara estrecha de cada pieza polar que forman el flujo es más ancha al nivel de la configuración de flujo primario que la longitud de la línea en el espacio longitudinal.

Description

Detector magnético de desplazamiento.

Antecedentes de la invención

La presente invención es un detector magnético de desplazamiento que tiene una reluctancia del circuito magnético que es constante con el desplazamiento. Más específicamente, la presente invención es un detector magnético de desplazamiento que tiene piezas polares de formación del flujo mejoradas para un rendimiento mejorado.

Normalmente, los detectores magnéticos de desplazamiento incluyen un generador de flujo que proporciona una fuente constante de flujo magnético y un dispositivo de captación que mide el flujo. Normalmente, el generador de flujo se instala en un elemento y el dispositivo de captación se instala en otro elemento, de modo que la densidad del flujo magnético detectado por el dispositivo de captación se basa en el desplazamiento entre los elementos. Los detectores magnéticos de desplazamiento normalmente miden el desplazamiento lineal o rotacional y proporcionan un resultado proporcional al desplazamiento de la posición absoluta lineal o rotatoria de los elementos. Los detectores magnéticos de desplazamiento pueden usar electroimanes o imanes permanentes como fuente del flujo magnético. Un dispositivo de captación (p. ej. una resistencia magnética, un diodo magnético o un detector de efecto Hall) intercepta el flujo magnético y detecta los cambios en el campo magnético producido por los imanes.

Los detectores magnéticos de desplazamiento se usan habitualmente en cooperación con los microprocesadores en sistemas de control remoto con dispositivos de campo. Por ejemplo, los detectores magnéticos de desplazamiento pueden utilizarse para controlar la posición de válvulas. Ejemplos de detectores magnéticos de desplazamiento de la técnica precedente se encuentran en Prinz et al. U.S. Patent N°. 4,532,810, Wolf et al. 5,497,081, y Riggs et al. U.S. Patent N°. 5,359,288.

La gama útil de los detectores magnéticos de desplazamiento de la técnica precedente está limitada por el flujo de expansión de los imanes. Cuando dos imanes permanentes son alineados de forma adyacente, la característica mecánica de cada imán y su proximidad a la otra cara polar imantada dicta la distribución del flujo magnético de una cara polar a la cara polar opuesta. En los polos magnéticos, aparece un flujo de expansión entre los imanes. Las variaciones del flujo de expansión son no lineales y, en consecuencia, el campo magnético detectado por el detector magnético de desplazamiento varía de forma no lineal con el desplazamiento. Esta falta de linealidad proporciona un detector impreciso y lecturas erróneas, lo que limita la gama útil y la eficacia de los detectores magnéticos de desplazamiento.

Gb-A-872 072 describe un detector según el preámbulo de la reivindicación 1.

Breve resumen de la invención

La presente invención se refiere a un detector magnético de desplazamiento según la reivindicación 1.

Según la invención, un detector de desplazamiento detecta el desplazamiento relativo entre el primer y el segundo elemento. El detector de desplazamiento incluye un ensamblaje de imanes que tiene un alojamiento para la instalación en el primer y el segundo elemento. El primer y el segundo imán están instalados en el alojamiento del ensamblaje de imanes de modo que el polo norte de un imán se sitúa enfrente del polo sur del otro imán y viceversa. El alojamiento del ensamblaje de imanes sujeta el primer y el segundo imán formando un espacio longitudinal entre el primer y el segundo imán. Una pieza polar de formación del flujo está provista en cada uno de los polos del primer y el segundo imán. Las piezas polares de formación del flujo están configuradas en conjunto para esculpir el flujo de expansión magnético en el espacio longitudinal, de modo que la densidad del flujo magnético en el espacio longitudinal varía sustancialmente de forma lineal a lo largo de una línea en el espacio longitudinal entre un punto entre el polo norte del primer imán y el polo sur del segundo imán y un punto entre el polo sur del primer imán y el polo norte del segundo imán. Un ensamblaje para el detector del campo magnético tiene un alojamiento para la instalación en el otro de dichos primer y segundo elemento. Un detector del flujo magnético está instalado en el alojamiento del detector en la línea en el espacio longitudinal entre el primer y el segundo imán.

Cada una de las piezas polares de formación del flujo tiene forma de pentágono en un plano de un modelo de flujo primario, formando una cara estrecha que se sitúa frente al espacio longitudinal entre el primer y el segundo imán. En Un aspecto de esta forma de realización del detector de desplazamiento, la cara estrecha de cada pieza polar de formación del flujo es mas ancha a través del modelo de flujo primario que a lo largo de la longitud de la línea en el espacio longitudinal.

En una forma de realización del detector de desplazamiento, las piezas polares de formación del flujo son piezas polares de metal anexas a cada polo del primer y del segundo imán. La fuerza magnética que exhiben los imanes puede ser empleada para sostener las piezas polares en contacto con los polos de los imanes. De forma alternativa, las piezas polares pueden estar conectadas a los polos magnéticos con adhesivo.

En otra forma de realización del detector de desplazamiento, las piezas polares de formación del flujo forman parte del primer y del segundo imán respectivamente.

En otra forma de realización del detector de desplazamiento, el primer y el segundo imán son imanes permanentes.

Breve descripción de los dibujos

Fig. 1 es una vista en perspectiva de un detector magnético de desplazamiento de la presente invención.

Fig. 2 es una vista en perspectiva aumentada, con algunas partes eliminadas para una mayor claridad, del detector magnético de desplazamiento mostrado en la Fig. 1.

Fig. 3 es una vista en perspectiva de un ensamblaje de imanes en bloque y de un ensamblaje del detector del campo magnético del detector magnético de desplazamiento, tomada generalmente en la dirección de la flecha 3 de la Fig. 2.

Fig. 4 es una vista desde arriba de los ensamblajes mostrados en la Fig. 3.

Fig. 5 es una vista fragmentada del ensamblaje de imanes en bloque mostrado en las Figs. 3 y 4.

Fig. 6 es vista en perspectiva, con algunas partes no mostradas para una mayor claridad, de los imanes del ensamblaje magnético en bloque con un detector del campo magnético entre los imanes.

Fig. 7 es un diagrama que ilustra el ensamblaje de imanes en bloque mostrado en las Figs. 3-5 y el modelo de flujo asociado.

Descripción detallada de las formas de realización preferidas

La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un detector magnético de desplazamiento con piezas polares de formación del flujo según la forma de realización actualmente preferida de la presente invención. El detector magnético de desplazamiento comprende un ensamblaje de imanes móvil 10 (mostrado con mayor detalle en las Figs. 2-5) y un ensamblaje de un detector del campo magnético 20. El ensamblaje del detector del campo magnético 20 está colocado en un alojamiento de un instrumento fijo 30, y en una horquilla de accionamiento fija 32 por medio del brazo de colocación 34. Como se muestra en la Fig. 2, el ensamblaje de imanes 10 está dispuesto para el movimiento lineal o recíproco del vástago de válvula 106 en la dirección de la flecha 38. El conector del vástago 102 está conectado entre el vástago de accionamiento y 104 y el vástago de válvula 106. El vástago de accionamiento 104 transmite un movimiento lineal desde un accionador de la válvula, por ejemplo un diafragma sensible a la presión (no mostrado), hacia el vástago de válvula 106, el cual a su vez acciona una conexión de válvula (no mostrada) de un modo conocido en la técnica para abrir y cerrar la válvula bajo control.

Como se muestra particularmente en las Figs. 2-5, el ensamblaje de imanes 10 comprende un alojamiento 50 que soporta imanes de barra permanentes 52 y 54 en las cavidades 64 y 66. Como se muestra particularmente en la Fig. 5, los imanes 52 y 54 están dispuestos de modo que uno de los imanes, por ejemplo el imán 52, tiene su polo norte 56 orientado hacia la parte superior del alojamiento 50 y su polo sur 58 orientado hacia el fondo del alojamiento 50. El otro imán, por ejemplo el imán 54, está orientado en oposición a imán 52 con su polo norte 62 hacia el fondo del alojamiento 50 y su polo sur 60 hacia la parte superior del alojamiento 50. El alojamiento 50 orienta los imanes 52 y 54 de modo que las superficies confrontadas 57 son paralelas entre sí y respecto a la línea longitudinal 81 en el espacio longitudinal entre los imanes. Aunque los imanes 52 y 54 pueden ser electroimanes o imanes permanentes, se prefiere un imán permanente porque puede ser fácilmente incorporado al detector y no requiere una fuente de energía independiente. Los imanes 52 y 54 son preferiblemente imanes de Alnico V. Se apreciará que los imanes 52 y 54 son una fuente de flujo magnético constante.

Como se muestra particularmente en la Fig. 5, una pieza polar de formación del flujo 70 está anexa a cada uno de los polos 56, 58, 60, y 62 de los imanes 52 y 54. Las piezas polares 70 pueden estar compuestas por cualquier material magnético adecuado, como acero laminado en frío G10100. Dado que las piezas polares son magnéticas, la fuerza magnética expuesta alrededor de los imanes 52 y 54 mantiene las piezas polares 70 en contacto con los palos del imán, y no son necesarias pegatinas, adhesivos o sustancias similares. De forma alternativa, se puede usar un adhesivo para pegar las piezas polares 70 a los respectivos polos magnéticos.

En una forma de realización alternativa de la presente invención, las piezas polares de formación del flujo 70 no son componentes separados de los imanes 52 y 54, sino que son una parte íntegra de los propios imanes. Así, los imanes 52 y 54 pueden ser moldeados con las piezas polares 70 integradas, como parte de los imanes. En esta forma de realización, cada imán (con las piezas polares) es el componente singular que está situado en las cavidades 64 y 66 del alojamiento 50.

Las piezas polares 70 proporcionan un rendimiento óptimo del detector magnético de desplazamiento. Normalmente, los imanes despliegan un flujo de expansión en los polos, dando como resultado variaciones del flujo no lineales que originan un rendimiento del detector magnético de desplazamiento impreciso o erróneo. Las piezas polares 70 "esculpen" el flujo magnético proporcionando un cambio lineal en la densidad de flujo. Para esculpir el flujo de expansión, las piezas polares 70 linearizan las mediciones del flujo sobre la longitud de los imanes, aumentando de ese modo espectacularmente la gama útil de los imanes y el detector magnético de desplazamiento.

Como se muestra particularmente en las Figs. 5 y 7, las piezas polares 70 tienen forma de pentágono, cuando se ven en el plano del modelo de flujo primario (figura. 7), con dos pares de superficies paralelas normales entre sí. La superficie estrecha 71 del pentágono forma una cara estrecha que es significativamente más ancha a través del modelo de flujo primario (hacia dentro del papel de la Fig. 7 y a lo largo de la línea 83 en la Fig. 5) que en la dirección a lo largo de la longitud de los imanes 52 y 54. Más particularmente, se ha determinado experimentalmente que la forma de pentágono de las piezas polares 70 optimiza el rendimiento lineal sobre la longitud total de los imanes del detector magnético de desplazamiento. El tamaño de las piezas polares pentagonales 70 se basa en la distancia de separación entre los imanes 52 y 54, la longitud de los imanes, y el área de corte transversal de los imanes. Así, imanes de dimensiones y separaciones diferentes requieren tamaños de las pieza polares pentagonales diferentes.

Es importante para la presente invención, que la cara 71 de las respectivas piezas polares pentagonales 70 sea paralela a superficie 57 del imán de barra respectivo 52 y 54. Si una cara 53 de un polo de imán no es perpendicular a la superficie 57 del imán correspondiente, puede ser necesario insertar una cuña magnética u otro separador (o incluso un adhesivo) entre la cara 53 del imán y la cara 55 de la pieza polar respectiva 70 para asegurar que la cara 71 es paralela a la superficie 57 del imán. Por lo tanto, si la cara del polo 53 está mellada o dañada de cualquier otra manera, proporcionando una cara no perpendicular a la longitud del imán, la reparación mediante cuñas puede hacer que el imán sea utilizable.

Como está ilustrado particularmente en las Figs. 3 y 4, el ensamblaje del detector del campo magnético 20 incluye un cilindro no magnético 82 que se extiende entre los imanes 52 y 54 en el alojamiento 50. Los materiales aceptables para el cilindro 82 son aluminio o cerámica. El cilindro 82 contiene un detector del campo magnético 80, por ejemplo un detector de efecto Hall, colocado próximo al ensamblaje de imanes 10 entre los imanes 52 y 54. El detector del campo magnético 80 se instala en el interior del cilindro 82 mediante un casquillo de plástico acetálico 85 ranurado para colocar de forma precisa el detector 80 dentro del cilindro 82 a unas 0.002 pulgadas. El cilindro 84 se conecta al alojamiento del instrumento 30 (Figs. 1 y 2) y permite el suministro a través del mismo de los cables para los componentes electrónicos. En un forma de la invención, el alojamiento 30 está formado por un material no magnético adecuado como aluminio o plástico rígido. Un cierre no magnético 86 coloca el alojamiento del ensamblaje del detector 20 en el alojamiento 30, y el brazo de colocación 34 fija el alojamiento 30 sobre una horquilla de accionamiento fija 32.

Como se muestra en la Fig. 2, el alojamiento 50 del ensamblaje de imanes 10 está unido a una abrazadera 90 mediante pasadores 92, arandelas 94 y tuercas 96 fijadas a través de las ranuras correspondientes 98 y 100 en el alojamiento 50. Además, la abrazadera 90 está conectada a un conector de vástago 102 que une un vástago de accionamiento roscado 104 con un vástago de válvula 106 de una válvula. Por lo tanto, el ensamblaje de imanes 10 está rígidamente conectado al ensamblaje vástago / accionador de válvula cuya posición es controlada por el detector de desplazamiento de la presente invención. A medida que el vástago de válvula 106 se mueve en la dirección de la flecha 38, el conector del vástago 102 y la abrazadera 90 mueven el ensamblaje de imanes 10 en relación al ensamblaje del detector del campo magnético 20. El detector del campo magnético 80 (figura. 6) permanece fijo debido a que está acoplado a la horquilla de accionamiento fija 32 y al alojamiento de instrumento 30. El movimiento del ensamblaje de imanes 10 en la dirección de la flecha 38 provoca un desplazamiento relativo entre el ensamblaje de imanes y el detector del campo magnético 80 dentro del ensamblaje del detector de campo magnético 20. Así, la densidad del flujo magnético a través del detector de campo magnético 80 varía con el desplazamiento del accionador 104 y el vástago de válvula 106.

La Fig. 6 ilustra una vista en perspectiva del detector del campo magnético 80 situado entre los imanes 52 y 54 con las piezas polares de formación del flujo 70 anexas, y la Fig. 7 ilustra las líneas del flujo magnético 110 entre los imanes 52 y 54. Preferiblemente, los imanes 52 y 54 tienen la misma fuerza magnética, de modo que la línea 81 está centrada entre y en paralelo a las superficies 57 de los imanes 52 y 54, la línea 83 es ortogonal a la línea 81 en una dirección a lo largo de la anchura de las superficies 57, y la línea 83 cruza la línea 81 en el punto medio 112 centrado entre las piezas polares y centrado entre los bordes de los imanes 53 y 54 a lo largo de la anchura de las superficies 57 (Figs. 5 y 7). En el punto 112, la densidad del flujo magnético es nula (cero). El detector es calibrado colocando el detector 80 en el punto medio 112 donde la fuerza del campo magnético es cero y calibrando el detector.

A lo largo de línea longitudinal 81 entre los imanes, la densidad del flujo aumenta uniformemente desde el punto medio del ensamblaje en dirección a los polos, hasta una densidad de flujo de máxima directamente entre las caras polares 71. Dado que los polos están orientados de forma opuesta, las direcciones del flujo son opuestas en las regiones a lo largo de la línea 81 a cada lado del punto medio. Por lo tanto, la densidad del flujo varía a lo largo de línea 81 desde un máximo en una dirección entre un conjunto de caras polares, a través del cero en el punto medio 112, hasta un máximo en la dirección opuesta entre el otro conjunto de caras polares. En uso, el detector del campo magnético 80 está orientado a mitad de camino entre los imanes 52 y 54 en la línea 81, de modo que a medida que el ensamblaje de imanes se mueve alternativamente en la dirección de la flecha 38 (Fig. 2) en paralelo a la línea 81, el detector 80 cruza el modelo de flujo entre los imanes en deslizamiento y produce un voltaje proporcional a la posición relativa del detector del campo magnético 80 respecto al ensamblaje de imanes 10. Al esculpir el flujo de expansión, las piezas polares 70 linearizan las mediciones del flujo sobre la longitud de los imanes. Así, las piezas polares 70 aumentan espectacularmente la gama útil y la exactitud de las lecturas de voltaje producidas por el detector del campo magnético 80.

Claims

1. Detector de desplazamiento para detectar el desplazamiento relativo entre un primer (104) y un segundo elemento (106), el cual comprende:

-: un ensamblaje magnético (10) que tiene,

-: un alojamiento del ensamblaje de imanes (50) para la instalación en el primer elemento,

-: un primer y un segundo imán (52, 54) instalados en el alojamiento del ensamblaje de imanes (50) de modo que el polo norte (56) del primer imán (52) se sitúa frente al polo sur (60) del segundo imán (54) y el polo sur (58) del primer imán (52) se sitúa frente al polo norte (62) del segundo imán (54), de manera que el alojamiento del ensamblaje de imanes soporta el primer y el segundo imán formando un espacio longitudinal entre el primer y el segundo imán (52, 54), y

-: una pieza polar de formación del flujo (70) en cada uno de los polos norte y sur del primer y el segundo imán (52, 54), las piezas polares de formación del flujo (70) estando configuradas para esculpir el flujo de expansión magnético en el espacio longitudinal, de modo que la densidad del flujo magnético en el espacio longitudinal varía sustancialmente de forma lineal a lo largo de una línea (81) en el espacio longitudinal que se extiende sustancialmente en paralelo a la longitud de al menos uno de los imanes y entre los polos encarados del primero y el segundo; y

-: un ensamblaje de un detector del campo magnético que tiene

-: un alojamiento para el detector (30) para ser instalado en el segundo elemento (106), y

-: un detector del flujo magnético (80) colocado en el alojamiento del detector (30) en la línea (81) en el espacio longitudinal entre el primer y el segundo imán (52, 54),

: caracterizado por el hecho de que

-: cada una de las piezas polares de formación del flujo (70) tiene forma de pentágono en un plano de un modelo de flujo primario a través del espacio longitudinal, la forma de pentágono formando una cara estrecha que se sitúa frente al espacio longitudinal entre el primer y el segundo imán (52, 54) y en paralelo a la línea en el espacio longitudinal.

2. Detector de desplazamiento según la reivindicación 1, en el cual el primer y el segundo imán (52, 54) son imanes permanentes.

3. Detector de desplazamiento según la reivindicación 1, en el cual cada una de las piezas polares de formación del flujo (70) es una pieza polar de metal anexa a un polo respectivo del primer y del segundo imán (52, 54).

4. Detector de desplazamiento según la reivindicación 3, en el cual las piezas polares (70) están fijadas al polo respectivo mediante una fuerza magnética exhibida por el respectivo imán.

5. Detector de desplazamiento según la reivindicación 1, en el cual cada una de las piezas polares de formación del flujo forma parte íntegra del respectivo primer y segundo imán (52, 54).

6. Detector de desplazamiento según la reivindicación 1, en el cual el primer y el segundo imán (52, 54) son imanes 1 de sustancialmente igual longitud y sustancialmente igual anchura y que tienen polos en las extremidades opuestas, los imanes 1 formando superficies confrontadas sustancialmente en paralelo entre sí que forman el espacio longitudinal, y donde la línea (81) en el espacio longitudinal es sustancialmente paralela a las dos superficies confrontadas y se extiende por la longitud de los imanes en un punto medio entre las superficies confrontadas y a mitad de la anchura de los imanes.

7. Detector de desplazamiento según la reivindicación 1, en el cual la cara estrecha se encuentra en un plano paralelo a la longitud del imán respectivo.

8. Detector de desplazamiento según la reivindicación 7, en el cual cada uno de los polos tiene una cara polar sustancialmente perpendicular a la longitud del imán respectivo, y cada una de las piezas polares de formación del flujo (70) es una pieza polar de metal que tiene una segunda cara anexa a una cara del polo respectivo, la segunda cara siendo perpendicular a la cara estrecha (71), y la pieza polar estando orientada en el polo respectivo de modo que la cara estrecha (71) sea paralela a la longitud del imán.

9. Detector de desplazamiento según la reivindicación 8, en el cual la cara estrecha (71) de cada pieza polar de formación del flujo (70) es más ancha a través del modelo de flujo primario que a lo largo de la línea en el espacio longitudinal.

10. Detector de desplazamiento según la reivindicación 1, en el cual la cara estrecha (71) de cada pieza polar de formación del flujo es más ancha a través del modelo de flujo primario que a lo largo de la línea en el espacio longitudinal.

11. Detector de desplazamiento según la reivindicación 1, en el cual cada una de las piezas polares de formación del flujo (71) es una pieza polar de metal anexa a un polo respectivo del primer y del segundo imán (52, 54).

12. Detector de desplazamiento según la reivindicación 11, en el cual la cara estrecha (71) de cada pieza polar de formación del flujo es más ancha a través del modelo de flujo primario que a lo largo de la longitud de la línea en el espacio longitudinal.

13. Detector de desplazamiento según la reivindicación 1, en el cual uno del primer y segundo elemento es un accionador de válvula (104) y un alojamiento del vástago de válvula (106), y el otro del primer y segundo elemento es un alojamiento fijo (30), de manera que el detector de desplazamiento detecta el desplazamiento lineal entre el vástago de válvula (106) y el alojamiento fijo (30).

14. Detector de desplazamiento según la reivindicación 1, en el cual uno del primer y segundo elemento es un accionador de válvula (104) y un alojamiento del vástago de válvula (106, y el otro del primer y segundo elemento es un alojamiento fijo (30), de manera que el detector de desplazamiento detecta el desplazamiento lineal entre el vástago de válvula (106) y el alojamiento fijo (30).