Устройство для измерения малых углов наклона

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ УГЛОВ НАКЛОНА, содержащее генератор , трансформатор с индуктивной связью, дифференциальный емкостный датчик, выполненньй в виде сосудаj частично заполненного токопроводящей жидкостью, над поверхностью которой расположены первый и второй плоские электроды, систему автоматического уравновешивания, первый вход которой подключен к общему электроду датчика - токопроводящей жидкости, и первый уравновешивакщий элемент, выход которого соединен с вторым входом первого управляемого делителя напряжения, а средняя точка вторичной обмотки трансформатора соединена с выходом первого управляемого делителя напряжения, отличаю - щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений путем компенсации погрешности от влияния изменений уровня токопроводящей жидкости , оно снабжено вторым управляемым делителем напряжения, инвертором, вторым уравновешивающим элементом, блоком коммутации и образцовым конденсатором , а в датчик введен третий плоский электрод, расположенный в одной плоскости Ь первым и рторым электродами посередине меязду ними, причем выход генератора подсоединен к первым входам управляемых делителей напряжения, к второму входу системы автоматического уравновешис вания и к входу инвертора, выход которого соединен с третьим входом (Л первого управляемого делителя напряжения и через блок коммутации и образцовый конденсатор - с первым входом системы автоматического уравновешивания , выход системы автоматического уравновешивания через блок коммутации соединен с входами урав новешивающих элементов, выход второ1 го уравновешивающего элемента соеди:й нен с вторым входом Второго управляемого делителя напряжения, выход 00 последнего подключен к первичной обмотке трансформатора и через блок коммутации - к третьему электроду датчика, а концы вторичной обмотки трансформатора через блок коммутации соединены соответственно с первым и вторым электродами датчика.

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5Ц4 С 01 С 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCH0IVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОТ ЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3592158/24-10 (22) 20.05.83 (46) 23.08.85. Бюл. № 31 (72) Ф.Б.Гриневич, А.И.Новик и А.Е.Лабузов (71) Институт электродинамики

АН Украинской ССР (53) 528.541 (088.8) (56) Патент Франции № 2076850, кл. G 01 С 9/00, 30.01.70.

Авторское свидетельство СССР № 1059425, кл. С 01 С 9/18, 07.12.82. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

МАЛЫХ УГЛОВ НАКЛОНА, содержащее генератор, трансформатор с индуктивной связью, дифференциальный емкостный датчик, выполненный в виде сосуда, частично заполненного токопроводящей жидкостью, над поверхностью которой расположены первый и второй плоские электроды, систему автоматического уравновешивания, первый вход которой подключен к общему электроду датчика — токопроводящей жидкости, и первый уравновешивающий элемент, выход которого соединен с вторым входом первого управляемого делителя напряжения, а средняя точка вторичной обмотки трансформатора соединена с выходом первого управляемого делителя напряжения, .о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений путем компен„„SU„„1124248 А сации погрешности от влияния изменений уровня токопроводящей жидкости, оно снабжено вторым управляемым делителем напряжения, инвертором, вторым уравновешивающим элементом, блоком коммутации и образцовым конденсатором, а в датчик введен третий плоский электрод, расположенный в одной плоскости с первым и вторым электродами посередине между ними, причем выход генератора подсоединен. к первым входам управляемых делителей напряжения, к второму входу системы автоматического уравновешивания и к входу инвертора, выход которого соединен с третьим входом первого управляемого делителя напряжения и через блок коммутации и образцовый конденсатор — с первым входом системы автоматического уравновешивания, выход системы автоматического уравновешивания через блок коммутации соединен с входами урав новешивающих элементов, выход второго уравновешивающего элемента соединен с вторым входом второго управляемого делителя напряжения, выход последнего, подключен к первичной обмотке трансформатора и через блок коммутации — к третьему электроду датчика, а концы вторичной обмотки трансформатора через блок коммутации соединены соответственно с первым и вторым электродами датчика.

1174748

Изобретение относится к измерительной технике, s частности к устройствам для измерения углов наклона объектов.

Целью изобретения является повы- 5 шение точности измерения путем компенсации влияния изменений уровня рабочей жидкости в датчике.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. устройство содержит дифференциальный емкостный датчик 1, частично заполненный токопроводящей жидкостью

2, например ртутью, свободная поверхность которой служит общим электро- ° З дом датчика. Внутрь датчика введены три плоских электрода, лежащих в одной плоскости над поверхностью жидкости 2, причем электроды 3 и 4 соединены через блок 5 коммутации с - 20 концами вторичной обмотки 6 трансформатора 7 с тесной индуктивной связью, а электрод 8, .расположенный посередине между электродами 3 и 4, подключен через блок 5 коммутации к выходу вто-g5 рого управляемого делителя 9 напряжения. Выход генератора 10 соединен с первыми входами первого и второго управляемых делителей 11 и 9 напряжения с входом инвертора 12 и вторым входом системы 13 автоматического уравновешивания, выход которой связан через блок 5 коммутации с входами, первого и второго уравновешивающих .элементов 14 и 15, выходы которых соответственно подсоединены к вторым управляющим входам делителей 11 и 9.

Кроме того, выход инвертора 12 .подключен к третьему (дополнительному) .входу делителя 11 и через блок 5 коммутации и образцовый конденсатор 16 к первому входу системы 13 автоматического уравновешивания, который также соединен с общим электродом

2 датчика 1, выход первого управляе- мого делителя 1 1 напряжения соединен с серединой вторичной обмотки 6 трансформатора 7, а выход второго . управляемого делителя 9 - с первич- . ной обмоткой 17 трансформатора 7.

Блок 5 коммутации имеет два состояния. В первом состоянии.в нем замкнуты те ключи, которые соединяют, концы вторичной обмотки 6 трансформатора 7 „ с электродами 3 и 4 датчика, а выход системы 13 автоматического уравнове-, шивания - с входом первого уравнове- шивающего элемента 14. При этом осуществляется собственно измерение угла наклона. Во втором состоянии в блоке 5 коммутации замкнуты те ключи, которые соединяют третий электрод 8 датчика с выходом второга делителя 9, образованный конденсатор 16 — с выходом инвертора 12, а выход системы 13 автоматического уравновешивания — с входом второго уравновешивающего элемента 15. При этом осуществляется процесс компенсации. В процессе работы второе состояние предшествует первому.

Состояние блока коммутаций можно изменять вручную,илн с помощью специальных импульсов, вырабатываемых системой 13 автоматического уравновешивания после достижения состояния равновесия. В качестве уравновешивающих элементов предлагается использовать реверсивные счетчики импульсов, а в качестве управляемых делителей напряжения— цифроаналоговые преобразователи.

Подключение инвертора 12 к первому управляемому делителю 11 напряжения необходимо для задания некоторого начального смещения, обеспечивающего уравновешивание устройства при измерении наклонов как в одну, так и в другую сторону от горизонтального положения. Информация о значении измеряемого угла наклона снимается с выхода первого уравновешивающего элемента 14.

Устройство работает следующим образом. . В состоянии блока 5 коммутации, соответствукщем измерению, при некотором наклоне датчьпса на входе системы 13 автоматического уравновешивания появляется разность токов, протекающих через конденсаторы, образованные соответственно плоскими "= электродами 3 и 4 и общим электродом 2 датчика. При этом с выхода системы 13 автоматического уравновешивания-на уравновешивающий элемент

14 начинают поступать команды (например, импульсы), что приводит к изменению его состояния и соответственно к изменению выходного напряжения Ug управляемого делителя 11.

Для состояния равновесия, при котором сигнал на выходе системы 13 автоматического уравновешивания отсутствует, можно записать выражение для этого напряжения

11„= U — <>

11747 где U — напряжение, снимаемое с половины вторичной обмотки б трансформатора 7;

1 — расстояние между центрами плоских электродов 3 и 4;

d — начальный зазор конденсаторов (при горизонтальном положении датчика);

A- измеряемый угол наклона.

В выражение (1) входит параметр

1, который обладает значительной нестабильностью, например температурой.

Для устранения погрешности от неста15 бильности зазора перед измерением производится регулировка напряжения

U таким образом, чтобы изменение за зора не влияло на результат измерения. Для этого блок 5 коммутации . 20 перед измерением переключают во второе состояние, при этом на вход системы 13 автоматического уравновешивания поступает разность токов, нро-.

25 текающих через образцовый конденсатор

16 и конденсатор, образованный плоским электродом 8 и общим электродом датчика, емкость которого практичес- . ки не изменяется .при малых углах наклона, а зависит только от зазора (предполагается, что между электродами находится воздух, диэлектрическая проницаемость которого равна единице и остается постоянной при значительных изменениях температуры). З5

Принимая, что количество витков первичной обмотки 7 равно половине витков вторичной обмотки 6 трансфор48 4 матора 7, можно записать условие ран

I новесия схемы, когда блок 5 коммута-; ции находится во втором состоянии

Cod

S (2) где Ur — напряжение генератора 10;

S — площадь электрода 8;

Cd — емкость образцового конденсатора.

Напряжение U, равное выходному напряжению второго управляемого делителя 9, не изменяется при переключении блока 5 коммутации в режим измерения, так как остается неизмеиньи состояние второго уравновешивающего элемента 15 при отключении его входа от выхода системы 13.автоматического уравновешивания.

2S

А= — P =КР, Csl где К вЂ” постоянная величина, равная

2S

Ce1

Таким образом, измеряемый угол

3 прямопропорционален коду на выходе уравновешивающего элемента !4, когда схема находится в состоянии равновесия.

Подставляя выражение (2) в выраже-. ние (1) и учитывая, что выходным параметром P устройства является код на выходе уравновешивающего элемента

14, определяемый отношением, получаем окончательное выражение для угла наклона:

1174748

Составитель В.Агапова

Редактор О.Черниченко Техред О.Неце Корректор M.Ïoæo

Заказ 5170/41 Тираж 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4