Устройство для измерения угла отклонения от горизонтальной плоскости

 

УСТРОЙСТВО ДЗШ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ОТКЛОНЕНИЯ ОТ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ, содержащее уровень с сйсте зй подвески левитирующего маятника с одной степенью свободы с помещенным на нем ПОДЕИЖНЫМ элементом датчика перемещений, связанного с отсчетным блоком, источник постоянного тока, отличающееся тем, что, с целью дистанционного управления динамическими параметрами и крутизной преобразования измеряемой величины в ст {лонении маятника, оно снабжено усилителями и дифференцирующими блоками, левитирующий маятник уровня выполнен в виде плоской рамки, на которой закреплен ферромагнитный сердечник, а над маятником помещен многообмоточный электромагнит , причем центры масс рамки и ферромагнитного сердечника совпадают, полюса электромагнита расположены симметрично относительно поперечной оси симметрии сисTeNfoi подвески, одна из обмоток электромагнита соединена с ЕЬЖОДОМ источника постонного тока, другая подклкэчена к выходу первого усилителя , на входе которого включен первый дифференцирующий блок, связанный с датчиком перемещений, а третья обмотка соединена с выходом второго усилителя, на входе которого включен второй дифференцирующий блок, связанный с выходом перво го дифференцирующего блока.

СОЮЗ СааЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСЛУБЛИН

З((0 G 01 C 9/12

ГОСПОДА СТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ

I )

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (21) 348647/18-10 (22) 30,08.82 (46) 07.11.83. Бюл. Р 41 (72) В.Н, Желтиков (53) 528.541(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 144300, кл. G 01 С 9/16, 11.08.60.

2, Авторское свидетельство СССР

9 226865, кл. G 01 С 9/12, 1967.

3, Авторское свидетельство СССР

Р 372437, кл. С 01 С 9/12, 30. 03. 71 (прототип) . (5 4) (57) УСТРОЙСТВО ДЗИ ИЗМЕРЕНИЯ

Л ЛА ОТКЛОНЕНИЯ От ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ

ПЛОСКОСТИ, содержащее уровень с сйстемой подвески левитирующего маятника с одной степенью свободы (с йомещенным на нем подвижным эле-— ментом датчика перемещений, связанного с отсчетным блоком, источник постоянного тока, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью дистанционного управления динамическими параметрами и крутизной

„,,SU„„1 ()52866 А преобразования измеряемой величины в отклонении маятника, оно снабже— но у силителями и дифференцирующими блоками, левитирующий маятник уровня выполнен в виде плоской рамки, на которой закреплен ферромагнитный сердечник, а над маятником помещен многообмоточный электромагнит, причем центры масс рамки и ферромагнитного сердечника совпадают, голюса электромагнита расположены симметрично относительно поперечной оси симметрии системы подвески, одна из обмоток электромагнита соединена с выходом источника постонного тока.„ другая подключена к выходу первогО усилителя, на входе которого включен первый дифференцирующий блок, связанный с датчиком перемещений, а третья обмотка соединена с выходом второго усилителя, на входе которого включен второй дифференцирую щий блок, связанный с выходом перво го дифференцирующего блока. т,- с 2 т с

Нзобретение oTHocHTcR к измери тельной технике и может быть исполь=-овано лри опр делении угла отклонения GT Горкэонтальной f;ëÎñêoñ :H элементов КОНСтрукций,,pI< СбОРОЧных работах к МОНтажЕ Оборудования

B СТРОИТЕЛЬСТВЕ И Т = F

НЗВЕCTHbI 5тCTpOACTBci, ДЛЯ ИЗМЕрЕ ((HR угла Отклонения QT гориз )нталь=НОЙ ПЛОСКОСТИ С ПОМОЩЬЮ Mc

В КОТООЬтХ Груз ПОДВЕщЕН (т(арнт((рно

Йа НЕКОТО,т)ОМ РаССТОЯНИК OT ОСИ В )CI щения) связанной с основанием, и

Величина Отклонения маятника от

< Pc ЦНЕ ГQ ЛО (С)(<Е НИЯ ЦаЕ i Ин))ОРМаЦКЮ

Об QTKRÎHiBíHH ОснОВания GT ГоризОИтальной плоскости < т3, !

Однако крутизна преобразования

НЗМЕОЯЕМОЙ ВЕЛИ« <НЫ В ЧГСЛ ОТКЛОНЕ= .; ИЯ Маять Ика " -"" тэм НН= И ВлЕГЦВ Оа»"-" на единице ° что являе".1" ся недОстат-

Kî . маятниковых наклономеров

Известна подвеска маятника, обеслеч-:Bающая левитацию Всех подвижча;теЙ; что пОлнОстью исключа ет cy Koc тренке H существенно поВышае". Точность измерений (2 !.

Однакл ПодВЕСКа МаятнкКа дает нового эффекта.

На.иболее близким по техниче<=кой сущности к предлагаемому является устройство для измерения угл- отк— лонения от горизонтальной плоскосИ, В КОТО Р<-(<(ЛЕВИТИ) )УЮЩт(й Маятник выполнен в виде кольца., размещенИОх О исхОднО под углОМ K ГОризОН аль ной плоскости,, а центр тяжести кольЦа тМЕЩЕН QT 1(ЕНТР<3. ЕГО ВРаЩЕНИЯ, Г(ри наклоне Вокруг направленкя, параллельного радиусу кольца, ка котором расположен центр тяжести, кольцо раэворачиваетси, причем угол поворота можно получить значительно больше, чем измеряемый наклон.

Для дистанционной передачи данных на кольце размещен подвижный элемент беэреактивного датчика перемещений, сигнал которого можно использовать

В показывающих или регистрирующих приборах (3 „.

Недостаток иэве-,тного устройства заключается в том, что положением центра тяжести кольца нельзя управлять дистанциОнно) B следОВательно) круткзна преобразования измеряемой

В Е.((ИЧИ Ньт <)В УГС)Л ((О В О РО та КОЛЬЦа для конкретного прибора является нерегулируемой величиной. Кроме того, Время успокоения колебаний .кольца, т„< . промежуток от момента отклонения на измеряемый угол до

ocГанОВки кОльЦа. и ГьериОД колеба-. ниЙ кольца являются также неупраэляемымк величинами, так как определяются моментом инерции кольца и аго Вязк-ж Взаимодействием с системой годвески и окружающим газом. поэтому известным Устройством ирак.. И - ЕСКК МО><НО ИЗМЕРЯТЬ ЛИШЬ ОтНссИТЕЛЬНО бОЛЬШКЕ УГЛЫ ОтклОНЕ(<ИЯ ОГоризОнтальной плОскОсти, кОгда колебательная скорость кольца досTaточнО Велкка, цель изобретения -: Обесле.ение

ВОЗМожно .Ти ДИСтаНЦИОН (то УПPÂBЛЯТЬ д<".Иам<(ческимк параметрами к кру:.: Нзной пт>еобразОваниЯ иэмер)»емой

BeRH÷Hны В отк.(оненин маятника. . т КВ.ЭаНHclR ЦЕЛЬ ДОСТИГаЕТС-, тем, что устройство для измерения уг)(а стклОнения От ГОризОнталь:оА плоскости, содержащее уровень

СИСТЕМОЙ ПОДВЕСКИ т(ЕВИТИРУтщ)т(ЕГО маятника с ОДНОЙ степенью свободы

ПОМЕЩЕ . -(НЬ(М На НЕМ П ОД В т(жн Ы(:(ЛЕментом датчика перемещений, связан"(O: C .— OTC ) &TH ). б ло;Q? i(, Ист<зт„-IHK постGRI-. ногс тока, снабжено усилител..мк I — <КФФЕр н((»т(ртт)тт<т1<((ттИ бттО <ВМИ леви:- -Hpó(0(i)HA маЯтник Урсвня Выпсл - Е Н В» КДЕ ((ЛО СК Ой Q ci Мхи и а -:О т О РО и закреплiBH 0)ерромагнЙтный сердечник ) а над маятником помещен многообмоточный электромаГнкт ) причем цен т ры;::.асс рамки и ферромагнктного серд<е» ника совпадают полюса эл к т ромагнита расположены симметрично относительнО полеречнОЙ Оси симмет»рии системы подвески) Одна иэ ОбмотОк электромагнита соединена с Выходом

ИGTQHHик-„- -Остоянного тока, другая

Под(т.ЛЮт)ЕНа K ВЬ(Ходу ПЕОВОГО у Илителя, !Ia Входе которого Включен ле рБый Диффтэ Ре и Цирук)тщкй блОк - В Язанный с датчиком перемещений, а .- ретья Обмотка СОединена с Вь(хОдОМ

Второго усилителя„ на входе котороГО включен ВтОГ)ОЙ диффеpeHцир/ющий блОк., <" Вязанный с ВыходОм пер» ВОГО дифференцирующего блока.

На Фиг,т . (. Схематически представлена конструкция уровня устройства для измерения угла отклонения от

Горизонтальной плоскости; на Фиг,2 тзХЕ(т(а СОЕДИ)<ЕНИЯ бЛОКОВ т HB. ФИГ = 3 схема подключения ОДИОГО из элект=Оот(з т = тт т ов <" 1(<»"< е(т<ы пл <тзе<ки )4ая-Рника

ЪстрОйстВО длR иэмерения угла

ОТКЛОНЕНИЯ ОТ ГОРИЗОН"тc("bHOA ПЛОС

КОСТИ :ОCTОКТ И, iipGBHR H СХЕ)т",. У",:равлення, тто< рЕ Н .,Одттг yH.—, i(Е»(тт (В л

И. Ма (ткьтх И ЭЛЕКТРомаГНКТ . ИСТЕтджх тОДВЕ Ск ((Iâ Ед(та ттаттЕ (а ) . т(я <)ения леБН: ации маятника с Одной степенью свободы =- л .Håé"(w» переме= тт<ЕНИЕМФ ВОСЕМЬ ОДИНаКQBI.IX ЭЛЕКТРОмагнитов 1 размещены) ПО четыре cBep=ху т(снизу <-, — я(.ор А -акрелленных

В Одной плоскости на рамке 3 маятника,-. на которой помещены также Феферромагнктный сердечник 4 к подвижс перемещенкй, Расстояние между протиВОпОложными маГнитами 1 Выбрано

1052866 больше высоты якорей 2 на 0,050,1 мм, а длина якорей на 5-10 мм больше длины полюсов электромагнитов ° Центры масс маятника и ферромагнитного сердечника совмещены. Над рам..ой 3 установлен электромагнит 5

7, полюса которого расположены симметгччно относительно поперечной оси симметрии системы подвески маятника.

Схема управления состоит из источ- )p ника 8 постоянного тока, подключенного к обмотке 9, и электромагнита

7. Выход датчика б линейных перемещений через первый дифференцирующий блок 10 нключен на вход первого усилителя 11, выход которого нагружен обмоткой 12 электромагнита 7.

Вход второго дифференцирующего блока 13 соединен с выходом первого дифференцирующего блока 10, а выход второго дифференцирующего блока 20 включен на вход второго усилителя

14, подключенного к обмотке 15 электромагнита 7. Блоки 10 и 13 выполняют однократное дифференцирование информативного параметра их 25 входных сигналов по времени. Выход датчика б перемещений соединен с отсчетным блоком 16. Кроме того, схема управления содержит источник

17 переменного напряжения, на выход которого подключены обмотки всех электромагнитов 1 через восемь оди- наковых конденсаторон 18, которые образуют с обмотками электромагнитов 1 резонансные контуры на час- 35 тоте источника 17. Источник 8 постоянного тока, усилители 11 и 14 и отсчетный блок 16 снабжены регуляторами коэффициентов передачи.

Устройство работает следующим 4О образом.

После включения питания напряжения источника 17 вызывает в обмотках электромагнитов 1 ток .величина которого зависит от зазора между полюсами электромагнитон и якорями 2. Емкость конденсаторов 18 выбирают таким образом, что при увеличении зазора ток н обмотке соответствующего электромагнита возрастает. Сила притяжения якоря к эЛектромагниту пропорциональна току в обмотке, вследствие чего обеспечивается устойчивая левитация маятника и создается возможность для его свободного перемещения вдоль 55 направления, параллельного продольной оси симметрии рамки 3, так как длина якорей 2 больше длины полюсов электромагнитов 1.

Постоянный ток, протекающий по 60 обмотке Э электромагнита 7, создает магнитное поле, которое взаимодействует с ферромагнитным сердечником 4, притягивая его к электромагниту. Сердечник занимает сред- 65

Цепи с дифференцирующими блоками предназначены для управления динамическими параметрами маятника.

Уравнение колебаний маятника при отсутствии сухого трения имеет вид

mx + х + Ъх = 0

В масса поднижных частей маятника; коэффициент, определяемый вязким трением; коэффициент, определяемый силой взаимодействия ферромагнитного сердечника с полем электромагнита 7, питаемого источником 8 постоянного тока; смещение маятника от начального положения, при котором наклон уровня к горизонтальной плоскости ранен нулю; соотнетствейно скорость и ускорение маятника. где m х, х нее положение относительно полюсов электромагнита ., если направление свободного движения маятника параллелька горизонтальной плоскости.

При наклонах уровня на маятник дейотнует сила скатывания, которая выводит его из среднего положения и тем дальше, чем больше наклон и меньше напряженность поля электромагнита 7. Регулируя ток источника

В, можно в широких пределах изменять крутизну преобразования угла наклона уровня в смещение маятника, что дает возможность полностью использовать информативную производительность датчика 6 перемещений при изменении диапазона измерений.

При изменении тока источника 8 необходнмо изменять и коэффициент передачи отсчетного блока 16 для получения правильных показаний.

Например, если при токе источника

8, равном 1 МА, маятник отклоняется на 1 мм (что соответствует допустимому пределу измерений датчика перемещений) при наклоне уровня на 1, то коэффициент передачи отсчетного блока должен быть установлен таким, чтобы его показания были равны, например, 60 (1" на одно деление шкалы) . При необходимости измерять углы в пределах 30 следует увеличить ток до 30 MA что приводит к той же величине отклонения маятника,, равной 1 мм. Коэффициент передачи отсчетного блока должен быть уменьшен н два раза при допустимой цене деления 1, либо увеличен в пять раз, если допустимая цена деления должна быть равна

0,1 = б " . B первом случае максимальный отсчет равен 30, во втором 300.

$ < " 7<< ф<Х„9 Ф цо < еп и Б кх(ю (а?Ощей r! ервь?й дифференцирующий блок 10, первь?й усилитель 1 н обмотку . .2 электромагнита в колебательную систему маятника

Вводят дополнительное вязкое Tpeние., Это приводит к изменению времени у =покоения колебаний, так как сила

Взаимодействия ферромаг"-итного серд<эчника 4 с эх(екTpQMB.гнитОМ ? из" меняется синхронно с изменением мгнОвеннОГс. зна хения скОрости маят И <3KB < ИЗМЕР«?ЕТ« Я В л «<<<(ин b

2 нта к х изменяя кОэффициент пере=дачи первого усилителя 11, можно

<- агулирОвать Время успОкоеHия кОле баний в широких пределах и изменять

ВИЦ ПЕРЕХОДНОГО ПРСЦЕССа От ПРаи-. т<и<(ескъ(незатухающих колебаний (Я Q) „когда коз

Ди-хеского, соответствующего -Оотношению k << i 4 1(Pi?

НС цепи, cocToóùeé из первогo

10,. Второго 3.3 Дифференцирующих блок GB „ВтОрОГс усилителя <4(N ОбмОтки (g электрома нита ",, В колебательную систему маятника вводят воздействие, эквивалентное изменеНИ?В;;,В(ССЬ? ;ОДВИЖН(

KBETGK В ОбМО "К:- .(э <(оспорц.(онаЛЕН

<:cKQpe??H?(,

",«H: ««m(B «O T KС Э <<<<Р?., ? < e ?. (?<<(O??(??«:

<<"?"? Е Н Ь Ш Н Т Ь Н Л< И;* Б Е Л И Ч И Т < G T H O И Т Е Л Ь

"-?О естественногo э<на":=. = +я ??? сбус— ло л нно! о ма -сой ?<аят<ика. <<"-. er-Н;.-;и К-озффи?<НЕНт ПЕРЕХ(;,, И У(gÄ?(TB„((О?;;нс <эс< у Hp

< Е ?«<Х OT

?(рутизнь? преобоазовани= измеряемого у ла в с«тих(сне ни?е <",«з ят и< «<иода свободньж к зле ба ний ЯВ <-, настоя лис= тан(?ионньр??<, Heò pe

"",e< ücT<(?a:В конструктивн<=(е парах ?етры уровня„ чт:= абес. ?ежив;,ет Возможность

PQ((CтВа * «? Х P =; НОС<",Ра 3 H УСЛОБиях е

3KOPO?< И<(BCKИЙ Эффа=; т G T Ис ПОЛЬ -",ования преlTпагаемогG . Tpoйcтва

1,