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

Устройство для измерения величины и направления угла наклона Устройство для измерения величины и направления угла наклона Устройство для измерения величины и направления угла наклона Устройство для измерения величины и направления угла наклона Устройство для измерения величины и направления угла наклона 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для определения углов наклона строительных механизмов и машин, а также при эксплуатации различных промышленных зданий и сооружений

Изобретение относится к измерителям углов наклона объектов и позволяет повысить точность измерения

Уровень // 1686306
Изобретение относится к геодезическому приборостроению и может быть использовано при определении величины и направления наклона различных элементов конструкций

Изобретение относится к устройствам для измерения углов наклона объекта в трехмерной системе координат относительно гравитационного и магнитного полей Земли и может быть использовано, например, при горизонтально-наклонном бурении скважин. Сущность изобретения: датчик угла наклона объектов содержит корпус из двух полусфер (1, 2), каждая из которых включает по немагнитному электропроводному изолированному друг от друга сектору (3). Внутри секторов (3) размещен шар (4) со смещенным центром масс и нулевой плавучестью. Одна полусфера шара (4) выполнена из электропроводящего немагнитного материала (5), а другая полусфера - из диэлектрика (6) и имеет постоянный магнит (7). Шар (4) удерживается концентрично полусферам (1, 2) гидростатическим подвесом за счет сил поверхностного натяжения жидкости (8), заполняющей эквидистантный зазор («А») по сферической поверхности. Технический результат: упрощение и уменьшение габаритов устройства, повышение его чувствительности и надежности, расширение шкалы измерений. 2 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в системах контроля и управления подвижными объектами, а также в приборах охранной сигнализации. Датчик углового положения содержит полый сферический корпус, частично заполненный жидкостью, внутри которого установлены электроды, электрически соединенные с закрепленными в корпусе токовыводами, при этом в корпусе, выполненном с электропроводящей внутренней сферической поверхностью, установлено закрепленное на токовыводах концентрично внутренней поверхности корпуса сферическое тело из диэлектрического материала, электроды выполнены в виде равномерно размещенных на внешней поверхности сферического тела шести одинаковых по форме и площади электропроводящих площадок, каждая из которых электрически соединена с соответствующим ей токовыводом, при этом между электропроводящими площадками на сферическом теле выполнены несоединенные между собой выступы, разделяющие внутреннюю полость датчика до внутренней поверхности корпуса с образованием зазоров, обеспечивающих перетекание жидкости при изменении углового положения датчика, причем жидкость имеет высокую диэлектрическую проницаемость. Технический результат - повышение чувствительности, упрощение эксплуатации и расширение области применения датчика углового положения. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для измерения углов наклона объекта в трехмерной системе координат относительно гравитационного и магнитного полей Земли и может быть использовано при горизонтально-наклонном бурении скважин. Датчик угла наклона объекта, чувствительный элемент которого выполнен в виде шара со смещенным центром масс, снабженным постоянным магнитом, размещенным в корпусе из полусфер, состоящих из немагнитных электропроводных изолированных друг от друга секторов, и удерживающегося концентрично сфере гидростатическим подвесом за счет сил поверхностного натяжения жидкости, заполняющей сферический зазор, и нулевой плавучести, обеспечивающего измерение углов наклона объекта по трем осям одновременно за счет рассогласования сигналов емкостного сопротивления и частоты между секторами полусфер корпуса, при этом полусферы шара выполнены из диэлектрика и снабжены оппозитно расположенными электропроводящими немагнитными гальванически соединенными или разъединенными между собой экранами размером до 1/4 сферы. Технический результат – повышение стабильности и точности измерений углов наклона объекта. 4 ил.
Наверх