Устройство для измерения величины и направления угла наклона

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ВЕЛИЧИНЫ И НАПРАВЛЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА ОБЪЕКТА, содержащее полый шар, до половины наполненный электропроводной жидкостью, и размещенные в ней электроды в виде шаровых сегментов, включенные в измерительную схему, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено дополнительно полым шаром с электропроводной жидкостью и шаровыми сегментами-электродами, аналогичными по выполнению основным, причем в каждом из шаров помещена пара электродов, развернутая на 90° относительно другой пары, а все шаровые сегменты имеют угол раскрыва, равный 124,8. -UtOHit оо № -UtviM

COI03 СОВЕТСКИХ .

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

9(51) 6 01 С 9/ б с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHAIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3357243/18-10 (22) 31.08.81 (46) 30.08.83. Бюл. Р 32 (72) Г.A. Дейнега и В.Г. Никонов (71) Отделение Всесоюзного научноисследовательского, проектно-конструкторского и технологического института источников тока (53) 528.541(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 558152, кл. G 01 С 9/36, 04.06.75.

2. Патент ClllA Р 4023278, кл. G 01 С 9/20, опублик. 1977.

3. Патент США Р 3164023, кл. G Oi С 9/20, опублик. 1975.

4. Авторское свидетельство СССР

9 452749, кл. G 01 С 9/36, 21.08.72 (прототип).

„„SU„„1038805 А (54)(57) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ

ВЕЛИЧИНЫ И НАПРАВЛЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА

ОБЪЕКТА, содержащее полый шар, до половины наполненный электропроводной жидкостью, и размещенные в ней электроды в виде шаровых сегментов, включенные в измерительную схему, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено дополнительно полым шаром с электропроводной жидкостью и шаровыми сегментами-электродами, аналогичными по выполнению основным, причем в каждом из шаров помещена пара электродов, развернутая на 90 относительно другой пары, а все шаровые сегменты имеют угол раскрыва, равный и

124 8о ф

Изобретение относится к контроль- тельную схему, снабжено дополнино-измерительной технике и служит тельно полым шаром с электроп одля измерения величины и напранле- водной р ния углов наклона объектов. жидкостью и ша оным р ыми сегментами-электродами, аналогичными ния п

Известны устройства для определе- по ныполнени пространственного положения 5 н каждом из н ю основным,. причем объекта со е ждом из шаров помещена пара ованных а, с держащие по два ориенти- шаровых электродов разве р ортогонально друг относи- 90 относительно друг и рнутая на тельно д га го пары, а все о друга датчика сферического шаровые сегменты имеют угол раскрытипа с парами электродов и каждой, ва, равный 124,8 опротинления которых либо смачиваемые электропроводящей жид- )О На фиг.l приведена схема уст ой ва, вид сверху; на фиг-.2 — сфера р стсопротивления столбов жидкости между одной из частей устройства; на электродами линейно изменяются при изменениях углов наклона (1 ) и (21. ства на фиг.4 — шкала.

Недостатком укаэанных устройств 15 Устройство (фиг.l) с е является ог а я граниченный диапазон изме- лый шар 1 с парой симметричных электряемых углов наклона, а также боль- родов 2 и 3, второй шар 4 со своей шая погрешность измерения неличины и направления угла наклона. на 90 относитель и осительно первой пары

Известны датчики наклона сфери20 электродов, генерато 7 о тор опорных сического типа, выполненные в виде нусоидальных сигналон и регистрируюдвух сообщающихся торои .альных тру- щее устройство 8. Полые шары 1 и 4 бок, развернутых друг относительно заполнены до полонины электролитом друга на 90О и частично заполненных 9. Электроды выполнены в в нены в виде вертиртутью, находящейся н контакте с кально расположенных сегментов, обобщим электродом. Остальная часть разованных дугами большого круга и трубок заполнена электролитом с со- углом раскрына 124,8 противлением, большим чем у ртути. Устройство работает следующим

Внутрь трубок вмонтированы электро- образом. ды. В горизонтальном положении элект В горизонтальном положении пл щ— р че кая проводимость между общим 30 ди электродов, смачиваемые электрои с электродом и остальными четырьмя электродами одинакова. При наклонах следовательно, и снимаемый сигнал ртуть перемещается, при этом изме- равен нулю. Шар (фиг.2) схематически няется электрическая проводимость представляет один из датчиков с между электродами, и дает информацию 35 электродом, образованным вертикаль- о величине и направлении угла накло- ными дугами 10 и 11 большого круга (33 с углом раскрыва . Дуга 12 делит

Данное устройство имеет ограничен- электрод пополам и повернута на угол ный диапазон измеряемых углов накло- Ч относительно нулевого направления на и большую погрешность измерения 40 наклона датчика. Второй симметричвеличины и направления углов наклона. ный электрод на чертеже не показан.

Кроме того, диапазон измеряемых yr- у - вертикальная ось датчика; У вЂ” лов наклона ограничен сектором в ось датчика после его наклона,на основании датчика, заполненным Угол Ы; Ч - угол направления накртутью. 45

Наиболее близким по технической Сечение АВ В определяет уровень сущности и достигаемому эффекту к электролита, сечение AB Â вЂ” грани- предлагаемому является устройство для цу смачиваемости шара после наклона.

1 измерения величины и направления Из рассмотрения прямоугольных угла наклона, содержащее полый шар, сферических треугольников ABB и до половины заполненный электропро50

АВ. В., (углы В и В равны 90 а гол

1 а угол водной жидкостью, и преобразователь A =- о() находим изменение смачиваемой омического типа с электродами н виде электролитом площади электрода при шаровых сегментон, погруженных до наклоне датчика на угол о(и повороте половины в электропроводную жидкость его на угол Ч, равное разности и включенных в измерительную схему 55 площадей прямоугольных треугольников (4), Цель изобретения — повышение точ- LlS„=r гс созсоз 9+ — зюЫ-arccoscos 9- — x ности измерения величины и направле,-Т, ния угла наклона. Sin oL) „ (1)

Поставленная цель достигается 60 где bS - изменение площади электро1 тем, что устройство, содержащее по- да; лый шар, до полонины заполненный - радиус сферы. электропроводной жидкостью, и разме Изменение смачиваемой электролищенные.в ней электроды в виде шаро - том площади симметричного электрода, вых сегментов, включенные н измери- повернутого на угол 180, опреде4

°

1038805 ляется таким же выражением, но с противоположным знаком.

Для второго датчика, повернутого о относительно первого на угол 90 изменение площади электрода д52 может быть представлено следующим вы- 5 ражением:

É5 = Г prccos sin(A-/з100 -orccossln V--)

/ Д1 (2/ 2) хоп OL), () 10

Соответственно, для симметричного электрода изменение площади аналогично, но со знаком минус.

Принципиальная схема устройства аналогична приведенной на фнг.З, ве- )5 личины R1, Р, R R4 — сопротивления четырех электродов датчиков при их горизонтальном положении ° Сопротивления эти одинаковы и равны R

Изменение смачиваемой электролитом площади электрода д5 приводит к изменению сопротивления hR, равному

У Р

ЗбДS S 5+45

25 где а - расстояние между электродом и сферическим корпусом датчикау

g — - удельное сопротивление электролита.

Значения проводимостей электродов для описываемого устройства:

Uрr

go их 02 - =О х

OlX OlV 5

S-d5 (ь.) р с

У = = ) (6)

Э Э

5-д5

Ч—

4 к +ДЯ ро1

Полагая, что входное сопротивление схемы индикации Й„ >> и, получим — OrCcOS COS Р+ — ) ЗсП 1-CIFCCOSGOS cc

) sin oLf sin 404 = 0 sinMt (э) )31 . 1

2) ) ах

U = — Г (сюГссозМп Ч+-)sin@,-arccossin x Ч--(sino(J cosmist=U созе+ (э) /31

2) ах 1 где О и Оа амплитудные значения

OI II сигналов.

При подаче сигналов U „ и 0„ на регистрирующие устройсвва получаем на экране пятно, положение которого характеризует величину ot,,è направление угла Ч наклона датчика

0 oIrccossin Чб — IsinoL-avccossin (9- 2 ) sino( а> 2!

Ч= oirc Ь = сй"сЛи мх

olrcooscos 9+ — )sino(,-cetcco$cos (9- — (sino((11)

zI Yã! -. от круговой шкалы в полярной системе координат не более чем на 0,9% в о. диапазоне углов наклона 0-80, а шкала прототипа в указанном диапазоне углов имеет существенные отличия от круговой — до 27,6%.

Таким образом, устройство имеет большую точность измерений: наприМер, при наклоне в 45О погрешность измерения величины и направления о наклона не превышает 0,3 где o(и Ч - текущие переменные;

)Ь - величина постоянная, выбираемая 45 из условия минимальности погрешности по величине и направлению углов наклона. Методом итераций находят угол =124,8, при котором погрешности по углу и направлению наклона минимальны.

Шкала (фиг.4) построена по результатам вычислений. Как видно, шкала предлагаемого устройства отличается

It (ссс ссос сл (Ч+- sin oi-nrcoos coo Iv- — )сссссЦ *(arenas sin(vrs )nina(-arenas sin(V-s )s nci) .j Iso/

2) 1038805 1038805

0"

Составитель Л. Колюбакина

Редактор В. Петрам Техред В.,цалекорей Корректор.А. Дзятко

Заказ 6208/48 Тираж 602 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4