Датчик угла наклона

 

ДАТЧИК УГЛА НАКЛОНА, содержащий корпус, тензометрированный упругий элемент, связанный с инер (Л со sl 00 .i ционной массой, стлич.аю1)ий с я тем, что, с целью повьппення чувствительности , снижения погрешности и получения линейной амплитудной характеристики при измерении малых углов , упругий элемент датчика выполнен составньтм, нмеюрщм внутренний осевой стержень из материала с высоким модулем Юнга, и охватывающий его полый цилиндр из материала с низким модулем Юнга, причем внутренний стержень скреплен одним концом с торцом полого цидиндра, а другим - с введейным в датчик устройством натяжения, укрепленным на корпусе.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

С 01 С 9/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю

Яд

CrO

М

В

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA (21) 3478401/18-10 (22) 05,08,82 (46) 30.10.83, Бюл. К 40 (72) В.П.Георгиевский, Е.И.Прусс, Е.Н.Ремизов и В.Н.Крюковских (53) 528.541(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 666419, кл. G Ol С 9/02, 23,08,76, 2. Авторское свидетельство СССР

У 611110, кл, G 01 С 9/06, 15.08.75 (прототип) ° (54) (57) ДАТЧИК УГЛА НАКЛОНА, содержащий корпус, тензометрированный упругий элемент, связанный с инер„„Я0„„105 1 373 А ционной массой, о т л и ч .а ю Щ и й» с я тем, что, с целью повышения чувствительности, снижения погрешности и получения линейной амплитудной характеристики при измерении малых углов, упругий элемент датчика выполнен составным, имеющим внутренний осе-. вой стержень из материала с высоким модулем Юнга, и охватывающий его полый цилиндр из материала с низким модулем Юнга, причем внутренний стержень скреплен одним концом с торцом полого цидиндра, а другим - с введейным в датчик устройством натяжения, укрепленным на корпусе.

1 10513

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для дистанционного определения угля наклона н напранления нектара наклона объекта.

Известны устройства для опреде— ления угла наклона и угла плоскости наклона объекта, содержащие корпус, две упругие балочки с тензарезистарами, н конце которых укреплены грузы, балочки укреплены в корпусе так, что их продольные оси параллельны, а плоскости перпендикулярны Г 1 ).

Недостатком известных устройств является нелинейность амплитудной

15 характеристики его измерительных элементов (тензопластин ). Нелинейность устройства проявляется из-за изменения жесткости при изгибе тензапластины в плоскости наклона объекта

20 при изменении напранления вектора наклона. Нелинейность амплитудной характеристики устройства вносит погрешность н измерение угла, усложняет обработку результатов измерений.

Такие датчики, предназначенные преимущественно для измерения больших углов наклона, имеют невысокую точность при измерении малых углов

1 ! наклона. Измерение датчиком малых углов характеризуется умень-шением коэффициента использования диапаэана измерений датчика и соответствующим увеличением погрешнос ти измерений.

Наиболее близким к предлагаемому 35 является датчик угла наклона, содержащий корпус, инерционную массу, подвешенную на тягах, точка пересечения которых совмещена с центром тяжести инерционной. массы, и дифференциальный преобразователь. Тяги наклонены к вертикальной оси датчика на угол, равный предельному измеряемому углу наклона, а преобразователями служат тенэареэисторы,, являющиеся составной 45 частью тяг (2 3

Инерционная масса этого датчика висит на тенэорезисторах,которые испытывают некоторую начальную деформацию растяжения F. 50

При измерении углов наклона от

+ а(. до - g тензорезисторы испытывают деформацию растяжения ат О до

+ E, . Амплитуда ныходнога сигнала датчика при .этом ограничивается пре-,sq дельной деформацией растяжения + f, измеряемой тензорезисторами, деформация сжатия — Е, также измеряемая

73 2 тензорезистсрами, в тягах и тензарезисторах датчика отсутствует, чта уменьшает его сигнал на выходе, а следовательно, и чувствительность не менее чем в 2 раза.

Другим недостатком датчика является нелинейность амплитудной характеристики датчика, вносящей погрешность н измерениях как больших, так и малых углов, Наличие тригонометрических функций в формулах обработки результатов измерений усложняет процесс определения угла наклона и не позволяет следить эа изменением величины угла наклона и направлением вектора наклона н ходе эксперимента, Цель изобретения — повышение чувствительности и снижение погрешности датчика при измерении малых углов наклона.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике угла наклона, содержащем корпус, тенэометрнронанный упругий элемент, связанный с инерционной массой, теизометрираванный упругий элемент выполнен составным, имеющим ннутренний осевой стержень из материала с высоким модулем Юнга, и охватывающий его полый цилиндр из материала с низким модулем Юнга, причем внутренний стержень скреплен одним концом с торцом полого цилиндра, а другим — с введенным в датчик устройством натяжения, укрепленным ня корпусе.

На фнг, 1 изображен датчик угла наклона, общий вид; на фиг. 2 †. разрез А-А на фиг.

Датчик содержит упругий элемент 1 с наклеенными на него тензорезисторами 2, своим основанием жестко скрепленный с корпусом 3, а другим . концом — с инерционной массой 4. Упругий элемент выполнен составным из внутреннего осевого стержня 5 и охватывающего его полого цилиндра. Осевой стержень 5 одним концом скреплен с торцом полого цилиндра, а другим — с натяжным устройством 6.

При наклоне объекта с установленным на нем датчиком угла наклоня на внешней поверхности ynpyroro элемента датчика появляются деформации изгиба, воспринимаемые тенэорезисторами,, соединенными в две полумоставые схемы. Выходные сигналы с каждага полумаста, пропорциональные компонентам углового перемещения, поступают каждый в свой канал усилитель1051

373

Составитель Л. Колюбакина, Редактор H.Áåçðoäíàÿ Техред С.Мигунова орректор Г. Решетник

Заказ 865! /40 Тираж 602 Подписное

ВНИ11ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Фи„ал ППП -Патент", r. ужгород, ул. Проектная1 4 э но-регистрирующей аппаратуры. Величина угла наклона определяется зависимостью ,, г, „г

1 2

5 где of è o(— компоненты углового неремещения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через оси чувствительности тензорезисторов. Направление вектора угла нак- 10 лона определяется суммой векторов

A)7. и pl тех же составляющех углового перемещения.

Использование цилиндрического уп yyroro элемента, обладающего неизменной жесткостью в плоскости накло.на при изменении направления вектора наклона, обеспечивает линейность амплитудной характеристики датчика прн измерении как больших, так и малых углов наклона и снижает погрешность измерений. Тарировка такого датчика сводится к обычному, широко применяемому в измерительной технике, масштабированию, что позволяет следить за изменением величины и направления угла наклона в ходе зкопернмента при подключении датчика, например, к показывающему регистрирующему прибору.

Использование разгруженного полого цилиндра с низким модулем Инга позволяет уменьшить его жесткость при изгибе (увеличить деформацию наружной поверхности полого цилиндра ), чем повышается чувствительность датчика и снижается погрешность измерений.