Устройство для измерения угла наклона

 

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и позволяет повысить точность измерений за счет уменьшения влияния ошибок, обусловленных изменением диэлектрической проницаемости воздушной среды. При наклоне датчика емкости рабочих конденсаторов 2 и 3 изменяются на одинаковые величины, но с противоположным знаком. По сигналу, определяемому разностью токов через конденсаторы 2 и 3, детектор 12 равновесия выдает управляющие сигналы на делитель 10 до момента, когда мостовая измерительная цепь не придет в состояние равновесия. Инвертор 11 напряжения и компенсационный конденсатор 5, введенные в устройство, устраняют влияние на результат измерения нестабильности относительной диэлектрической проницаемости жидкости, наполовину заполняющей кольцевой канал датчика. 3 ил. с (С с/) 00 о со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (50 4 G 01 С 9/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

j1 ф 4ф),4,11,.

®г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "3

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3914742/24-10 (22) 24 ° 05.85 (46) 30.12.86. Бюл. М- 48 (71) Институт электродинамики АН

УССР (72) Ф, Б. Гриневич, А.. Е. Лабузов и А. И. Новик (53) 528.541(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 74770, кл. G 01 С 9/06, 31.05.49.

Лабузов А. Е. Самокомпенсирован— ные мостовые измерители угла наклона с гидростатическими емкостными датчиками. — Техническая электродинамика.

1984, В 4, с. 89-94. .(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА

НАКЛОНА (57) Изобретение относится к геодезическому приборостроению и позволяет повысить точность измерений за счет уменьшения влияния ошибок, обусловленных изменением диэлектрической проницаемости воздушной среды. При наклоне датчика емкости рабочих конденсаторов 2 и 3 изменяются на одинаковые величины, но с противоположным знаком. По сигналу, определяемому разностью токов через конденсаторы 2 и 3, детектор 12 равновесия выдает управляющие сигналы на делитель

10 до момента, когда мостовая измерительная цепь не придет в состояние равновесия. Инвертар 11 напряжения и компенсационный конденсатор 5, введенные в устройство, устраняют влияние на результат измерения нестабильности относительной диэлектрической проницаемости жидкости, наполовину заполняющей кольцевой канал датчика.

3 ил.

1280319

Изобретение относится к геодезическому приборостроению, в частности к устройствам для измерения углов наклона объектов.

Целью изобретения является повыше- 5 ние, точности измерения угла наклона, за счет уменьшения влияния ошибок, обусловленных изменением. диэлектрической проницаемости воздушной среды.

На фиг. 1 показана конструкция емкостного гидростатического датчика устройства для измерения угла наклона; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг.1; на фиг ° 3 — структурная схема устройства, В непроводящем корпусе 1 датчика находится кольцевой канал, вдоль стенок средней части которого расположены две пары основных электродов, образующие два рабочих конденсатора

2 и 3, а вдоль стенок нижней и верх, ней части — две пары дополнительных электродов, образующие первый и вто рой компенсационные конденсаторы 4 и 5. Канал до половины заполнен диэлектрической жидкостью 6. Для подсоединения к измерительной цепи усиройства электроды датчика имеют выводы 7.

Структурная схема устройства (фиг. 3) содержит генератор 8, трансформатор 9, управляемый делитель 10 напряжения, первый вход которого и первичная обмотка трансформатора 9 соединены с выходом .генератора 8, инвертор 11 напряжения, вход которого соединен с выходом делителя 10, детектор 12 равновесия и четыре конден- сатора 2-5 датчика, вторые электроды которых соединены с входом детекто40 ра 12 равновесия, выход которого соединен с выходом всего устройства и с управляющим входом делителя 10.

Первые электроды рабочих конденсаторов 2 и 3 соединены с концами вторич- 45 ной обмотки трансформатора 9, имеющей заземленную среднюю точку, а пер. вые электроды первого и второго компенсационных конденсаторов 4 и 5 — с выходами, соответственно делителя 10 и инвертора 11.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии наклона емкости С, и С рабочих конденсаторов 2 и 3 равны, поскольку канал датчика заполнен диэлектрической жидкостью наполовину, а вторая его половина заполнена воздухом (диэлектрическую проницаемость воздуха принимаем равной единице), и могут быть определены из выражения — ()

2 2d

У где с, — диэлектрическая проницаемость жидкости

R r — соответственно внешний и внутренний радиусы кольцевого канала;

d — зазор конденсаторов;

9 — центральный угол, ограничивающий две части кольцевого канала, противоположные стенки которых образованы электродами рабочих конденсаторов.

Выражения для емкостей С„ и С 2

1 компенсационных конденсаторов 4 и 5 имеют вид

g(R ) (R ), С С (2)

1 "2 а Г где Р— центральный угол, ограничива щий части кольцевого канала, две стенки которых образованы электродами компенсационных конденсаторов.

Когда датчик находится в гбризонтальном положении, сигнал на входе детектора 12 равновесия отсутствует, а выходное напряжение U„ делителя 10 равно нулю.

При наклоне датчика емкость одного рабочего конденсатора увеличивается, а второго — уменьшается на такую же величину, причем

С, -- — — -,(a+i )+К{Я-1) г

C2= — 8(„) (E-l ) (3) kUî(Ñ,-С2) U„(C„C„)=O (4) где oL — измеряемый угол наклона.

На входе детектора 12 равновесия появляется сигнал, определяемый разностью токов через рабочие конденсаторы. При этом детектор 12 начинает выдавать управляющие сигналы на делитель 10, изменяя тем самым его выходное напряжение U><. Этот процесс продолжается до тех пор, пока сигнал на входе детектора 12 равновесия, определяемый алгебраической суммой токов через рабочие и компенсационные конденсаторы, не станет равным нулю, т.е. пока мостовая измерительная цепь не придет в состояние равновесия, Условие равновесия имеет вид

1280319 где k — коэффициент трансформации трансформатора 9, определяемый отношением количества витков половины вторичной обмотки к количеству витков 5 первичной обмотки; — выходное напряжение питающео го генератора 8.

Подставляя выражения (2) и (3) в (4), после упрощений получаем

2k

Р=-- М, Ъ (5) где р — выходной параметр устройства,. численно равный U /U

В состав детектора 12 равновесия могут входить, например усилитель, фазочувствительный детектор, фильтр нижних частот и реверсивный счетчик с тактовым генератором, а в качестве управляемого делителя 10 напряжения может использоваться цифроаналоговый преобразователь. Делитель 10 должен обеспечить выдачу как синфазного, так и противофазного по отношению к Uo напряжения U для уравновешивания мостовой цепи при наклоне датчика в обе стороны от горизонтального положения.

Таким образом, согласно выражению (5), выходной параметр устройства (например, цифровой код) прямопропорционален углу наклона и не зависит от значения диэлектрической проницаемости, изменения которой (например, температурные) могут приводить 35 к погрешностям в десятые доли и даже единицы процентОв.

С помощью предлагаемого устройства можно измерять углы наклона до о значений, близких «45 от горизон-.. 40 тальной плоскости.

Введение в устройство для измерения угла наклона инвертора напряжения, а в емкостный гидростатический датчик второго,компенсационного кон- 45 денсатора позволяет устранить влияние на результат измерения нестабильности относительной диэлектрической проницаемости жидкости, наполовину заполняющей кольцевой канал датчика, и тем самым повысить точность устройства.

Формула изобретения

Устройство для измерения угла наклона, содержащее генератор, трансформатор, соединенный с ним первичной обмоткой, управляемый делитель напряжения, вход которого соединен с выходом генератора, детектор равновесия, выход которого соединен с выходом устройства и с управляющим входом делителя, и емкостной гидростатический датчик, размещенный в корпусе из непроводящего материала с выполненным в нем вертикальным кольцевым каналом, наполовину заполненным диэлектрической жидкостью, вдоль торцовых стенок средней части которого расположены два основных конденсатора, а в нижней части размещен компенсационный конденсатор, причем первые электроды основных конденсаторов соединены с соответствующими выходами вторичной обмотки трансформатора, средняя точка которой соединена с общим проводом первичной обмотки, первый электрод компенсационного конденсатора соединен с выходом делителя, а все вторые электроды соединены с входом детектора равновесия, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения влияния ошибок, обусловленных изменением диэлектрической проницаемости среды, в зазоре основных конденсаторов, оно снабжено инвертором напряжения, вход которого связан с выходом делителя, а выход соединен с первым электродом введенного дополнительно второго компенсационного конденсатора, расположенного в верхней части кольцевого канала.

1280319

A-A

Составитель В. Харламов

Редактор Т. Парфенова Техред М.Ходанич

Корректор А. Обручар

Заказ 7047/39 Тираж 670

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4