Измеритель линейных и угловых перемещений

 

Изобретение относится к измерительной и экспериментальной технике и может быть использовано для контроля, измерения и регистрации линейных и угловых перемещений подвижных объектов или механизмов с ограниченным участком перемещения . Цель изобретения - повышение точности измерителя и расширение области его применения за счет возможности измерения в любой среде, а также измерения угловых перемещений. Для этого в измеритель введены переходная цилиндрическая втулка и измерительный наконечник, закрепленный на втулке так, что температурные приращения длин наконечника и переходной втулки компенсируются, сохраняя неизменным расстояние между отражателем и торцом измерительного наконечника. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

„,; Ж„„1756758 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКЙТ СССР (51)5 G 01 В 17/00

ОГ1ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

: ° 1.::::::: „":-:;:.;. ; ::, :,, :.:-. .. 2 (21) 4811243/28 " :. ::,.-: : -::.,.::,, ..быть использовайо для контроля, иэмере(22) 09:04;90 .:: :::::: . ": --::::;::,:;::,:- ::::,",::::;::ния и регистрации линейных и углов (46) 23.08.92.:Бал. N. 31 .: .:-::.: "::::.;:::.: -:.ремещений подвижйых объектов или (71) Донецкий Гбсударственный универси- ::: механизмовсограниченнымучастком перетет ": . -:. -. - .:. .:.,:.::, .:,:::::...:. .."-:,:..- .::. мещеййя. Цель изобретения — повышение (72) С.П.Клопенко -. :: —::: .:. - .,:::::::::.. -:.:;-:.. :::,:.: -.::::.,::точности измерителя vi расаирение области (56) Патент США, М 4769793, :.. ., .: :, -:. ::;.: его примененйя за счет возможности измекл. G 01 S 9/66, 1988.; :.—:.:: "," :::.. ::.:-:::::. :рения в любой среде, а также измерения . Авторское свидетельство СССР ..:;-: . -:: . угловых перемещений. Для этого в измериQ 1654676, кл. G 01 8 17/06; 1989; : .: : :,:;;:;::тель введены переходная цилиндрическая

Примейение ультраакустики к исследо- втулка и измерительный наконечник, заванию вещества, Сборник. M., Издание MO- крепленный на втулке так, что температурПИ, Вып. XXI; 1965,208 с. с.103-105..:: - ".:.:." . ные приращения длин наконечника и (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЛИНЕЙНЫХ И УГЛО- . переходной втулки компенсируются, соВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ " . .":: :: - -: храняя неизменным расСтояние между отра(57) Изобретение относится к измеритель- " жателем и торцом измерительного ной и экспериментальной технике и может .наконечника. 2 з.п.ф-.лы, 1 ил, Изобретейие относится к измеритель-," ." Недостатком известного датчика являной и экспериментальной технйке и может ется необходимость выдерживать достабыть использовано для контроля, иэмере- ":: точно большим расстояние между . ния и регистрации линейных и угловых rie- — отражающими дополнительными плоскоремещений йодвижных "объектов или " стями для того, чтобйс необходимой точномеханизмов с ограниченным участком йере- : ". стью измерить разность времени пробега

"мещенйя. .. . - - -.-- ".:: " : :. .:,,. ::-, между ними, при этом необходимо вводить

Известен датчик линейнйх перемеще- термокомпенсатор дополйительной акусти: ний, содержащий эхоимпульсный измери-" . :ческой базы, дополнительный электронный тель времени прохождения ультразвукового тракт, что приводит « неоправданной сложсигнала до объекта и обратно, две дополни-: ". ности электронного блока датчйка и его метельные отражающие плоскости, находйщй-: хано-акустического тракта, большой еся на иэвестйом расстоянии друг от друга;" трудоемкости изготовления, неудобству дополнительное устройство для определе- пользования и, несмотря на текущее опренияинтервалавременимеждуэхоимпульса- деление скорости звука, большая погрешми, пришедшими от этих плоскостей, а по ность из-за некомпенсированной интервалу времени — скорость звука в дан-: дополнительной акустической базы и сложный момент времени и исключить частйчное ности точного вычисления скорости звука, влияние температуры на результаты изме.- так как скорость звука зависит йе только от рений. температуры; но и от наличия примесей и

1756758 газонасыщенности, особенно углекислым газом," .

Наиболее близким к изобретению является измеритель скорости звука, содержащий корпус, обратимый электроакустический преобразователь и установленный соосно ему отражатель, протектор, электронный блок, внутренний и внешний компенсационные цилиндры, подвижную и непбдвиж ную опоры, электроакустический преобразователь закреплен на внутреннем компенсационном цилиндре, Недостатком этого измерителя являет- ся непригодность для измерений линейных перемещейий вне жидких сред, отсутствие термобарокомпенсированного наконечни-. ка для предварительного размещения измеряемого обье"кта и из "м"е рител я на необходимом расстоянии друг от друга, невозможность измерять угловые переМеще-" ния обьекта, наличие большой погрешности из-за температурного дрейфа скорбсти-звука в обычных жидкйх средах.

Цель изобретения — повышенйе точно сти и расширение области применения за счет возможности измерения угловых перемещений.

Это достигается тем, что известное устройство, содержащее корпус, обратимый электроакустический преобразователь и установленный соосно ему отражатель", протектор, электронный блок, внутренний и внешний компенсационные цилиндры, подвижную и неподвижную опоры, электроакустический преобразователь закреплен. на внутреннем компенсационном цилиндре, снабжено закрепленным на внешнем компенсационном цилиндре, через переходную втулку. измерительным наконечнйком, оськ вращения отражателя, жеСтко закрепленной в его центре. установленной в корпусе измерительного наконечника, выполненный по периметру боковой по верхности отражателя штифтами, огра-. ничителем перемещ ения отражателя относительно обратимого электроакустического преобразователя, размещенным между преобразователем и отражател м на внутренней стороне внешнего компенсационного цилиндра, упругой цилиндрической оболочкой, образующей замкнутый объем между преобразователем и отражателем, отражатель подпружинен относительно ограничителя, на внутренней стороне внешнего компенсациойного цилиндра выполнены пазы, а штифты отражателя размещены в пазах с зазором.

На чертеже изображен предлагаемый измеритель, Измеритель состоит из цилиндрического корпуса 1, в котором расположен электронный блок 2 измерителя, в торце цилиндрического корпуса 1 расположен электрически соединеннйй с электронным блоком 2 обратимый электроакустический преобразователь 3; з "ùèùåííûé протектором 4. На корпусе 1 размещены соосно ему тонкостенные внутренний 5 и внешний 6

10 ко"м пенсациЪнные цилиндры. Вып"ол ненный в виде плоского диска отражатель 7 соединен штифтами 8 и внешним цилиндром 6 и может перемещаться в пазах 9 внещ-: него компенсационного цилиндра 6 вдоль оси измерителя при вращеййи отражателя

7. Измерительный наконечник 10 установлен на переходной втулке 11. Угловое перемещение контролируемого объекта передается через ось 12. Упругий элемент рительным наконечником 10, устраняя люфт и поджимая отражатель 7 в исходном положении к ограничителю 14, Измерительный наконечник 10 соеди25 нен с переходной втулкой 11 и внешним компенсационным цилиндром 6 опорами 15 и 16, Упругая в осевом направлении оболочка 1? герметично соединена с отражателем

7 и протектором 4. Образованный оболочкой 17, отражателем 7 и протектором 4 герметичный обьем частично заполйен контактной жидкостью 18, В нутреннйй компенсационный цилиндр 5 закреплен на корпусе 1 измерителя стопорными винтами 19.

На внешней стороне внутреннего компенсационного цилиндра 5 в пазах двухзаходной ходовой резьбы размещены в отверстиях перемещаемой опоры 20 фиксаторы 21.

Измеритель работает следующим образом, Измерительный наконечник 10 фиксирует исходное положение измеряемого обьекта. На выходе измерителя появляется частота, соответствующая положению измерительного наконечника 10, соответствующая величине акустической базы в этом положении измерительного наконечника

10. При изменении температуры окружающей среды частота выходного сигнала не изменится. так как акустическая база термокомпенсирована, также термокомпенси ровано положение торца измерител; ого наконечника 10 относительно плоскости, ограничивающий акустическую базу со стороны отражателя 7. В качестве контактной жидкости 18, частично заполня юще 1 герметичный обьем между протектором 4 и отражателем 7, применяются растворы, скорость

20 13 размещен между отражателем 7 и изме1756758 звука в которых в определенных темпера- фон, торец которого герметично закрыт турных интервалах постоянна. крышкой, выполненной из того же материаПри изменении линейного перемеще- ла, что и измерительный наконечник 10, а ния внешний компенсационный цилиндр 6 толщина крышки входит в длину его плеча. перемещается перемещаемой опорой 20 до 5 Угловое перемещение измеряется слекасания торцом измерительного наконеч- дующим образом. Отражатель7в видедисника 10 нового положения обьекта. При ка выполнен с возможностьюперемещения этом приращение расстояния до объекта вдоль оси измерителя относительно плоЛ4 вызывает приращение длины акустиче-. скости, ограничивающей длину термокомской базы на 2 Ь1, что соответственно вызы- 10 пенсированной акустической ба .ы вает увеличение времени пробега,. пропорционально углу своего поворота, выультразвукового импульса в контактной жид-. званного поворотом исследуемого обьекта, кости 18 и, в свою очередь, уменьшенйе час- с которым связан отражатель 7, например, тоты следования эойдирующих импульсов в шлицевой осью 12, на которой перемещаетсинхрокольце; Так как плоскость торца изме- 15 ся исследуемый объект, рительного наконечника 10 относительно ра- Например, на внутренней поверхности бочей плоскости отражателя 7 остается йа вйешнего компенсационного цилиндра 6 в одном и том же удалении, независимо от место размещения отражателя 7 выполнена воздействйя температуры, погрешность - двухзаходная ходовая резьба 9 r, таким шапри измерении линейных перемещейий 20 гом, что за один оборот отражатель 7 отхообусловлена; в основном, изменением cd- дит от плоскости, ограничивающей длину рости звука в контактной жидкости, - .; термокомпенсированной акустической баОт величины люфтов s подвижных сое- зы, что позволяет уверенно отслеживать динениях показания измерителя не зави- уголповоротаснеобходимойточностью. На сят, .: .." ..-. -- 25 боковой поверхности отражателя 7 по его

Термокомпенсация торца йзмеритель- диаметру установлены штифты 8, входящие ного наконечйика 10 осуществляется при- в пазы 9 в двухэаходной ходовой резьбы, менением переходной втулки 11, иэ причемотражатель7висходномположении материала с таким значением ТКЛР; соеди- совмещен своей плоскостью с плоскостью, ненная опорой 15 на внешнем компенсаци- 30 ограничивающей длину термокомпенсироанном цилиндре 6 у одного своего торца, "в :ванной акустической базы и поджат упругим плоскости, ограничивающей акустическую элементом 13 в ограничитель 14, помещенбаэу со стороны отражателя 7, а у другого . ный внутри внешнего компенсационного своего торца соединенная опорой 16 t." из- " цилиндоа 6. Один виток двухзаходной ходомерительным наконечником 10, причем 35 вой резьбы 9 может быть снабжен пазами, расстояние между опорами 15 и 16 устанав- сбрасывающими отражатель 7 после одного ливается таким, что образуется компенса- оборота в исходное состояние. В качестве ционное плечо, температурное приращение упругой оболочки 17 применен сильфон из которого равно по величине и противопо- полимерных материалов, возможно примеложного направления температурному при- 40 нение гофрированных обрезиненных рука-. ращению измерительного наконечника 10 - вов. от места соединения его с переходной втул- Для обеспечения свободного хода измекой 11 и, значит, от плоскости, ограничива- рителя герметичный объем заливается ющей акустическую базу со стороны частичноконтактнойжидкостью,приминиотражателя 7 до своего торца. ":,. 45 мальной длине акустической базы.

В связи с этим измерительный наконеч- . Использование изобретения позволяет ник 10 не ограничен своим линейным раз- . измерять помимо линейного перемещения мером и может быть выполнен не только объекта угловое перемещейие, использонеобходимой длийы, но и представлятЬ со- ..вать измерительные наконечйики разнооббой тонкий гибкий элемент, позволяющий 50 разной формы и длины для измерений или контролировать положение объекта, доступ,перемещений на необходимое расстояние к которому ограничен, или, в виде со-. измеряемыхобъектов,раэмещенныхвтрудставного, из шарообразных элементов, нодоступных местах, или герметичных объпомещенных в гибкую оболочку, для кон-:емах без нарушения герметичности при . тролирования положения объекта, раэме- 55 сохранении точности измерений. щенного, например, внутри вакуумной камеры, причем перемещение объекта мо- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я жет производиться самим измерителем,:c . 1. Измеритель линейных и угловых пепередачейусилияперемещениячереэсиль-- ремещений, содержащий корпус, обратимый электроакустический преобраэовател ь

1756758 и установленный соосно ему отражатель, протектор, электронный блок, внутренний и внешний компенсационные цилиндры, подвижную и неподвижную опоры, электроакустический преобразователь закреплен на внутреннем компенсационном цилиндре, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, расширения области йрименения за счет возможности измерения в любой среде и измерения угловых перемещений„он снабжен закрепленным на внешнем компенсационном цилиндре через переходную втулку измерительным йаконечником, осью вращения отражателя; установленной в корпусе измерительного наконечника и жестко закрепленной в его .центре, выполненными по периметру боковой поверхности отражателя штифтами, ограничителем перемещения отражателя относительно обратимого злектроакустического преобразователя, размещенным между преобразователем и отражателем на внутренней стороне внешнего компенсаци5 онного цилиндра, упругой цилиндрической оболочкой, образующей замкнутый объем между преобразователем и отражателем, отражатель подпружинен относительно orpa me s, на внутренней стороне внеш10 него компенсационного цилиндра выполнены пазы, а штифты отражателя размещены в пазах с зазором, 2. Измеритель по п,1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что измерительный наконечник вы15 полнен в виде стержня, 3. Измеритель по п,2, о т л и ч а е "щ и йс я тем, что измерительный наконечник выполнен составным из шарообразных элементов, помещенных в гибкую оболочку.