Устройство для измерения углов наклона

 

Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной технике и служит для измерения углов наклона технических объектов. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с жидкостью, выполненный из ферромагнитного материала, верхняя часть которого намагничена в осевом направлении, а на поверхности жидкости помещен кольцевой поплавок с положительной плавучестью, выполненный из диамагнитного материала, причем нижняя плоскость его покрыта слоем металла и выполнена в виде сферического отражательного экрана; при этом ультразвуковые излучатели помещены во втулку из стекловолокна. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам для измерения угла наклона технических объектов по отношению к горизонту или вертикали.

Устройство может быть использовано в атомной энергетике, в горном деле, геологии, машиностроении, строительстве.

Известно устройство для измерения углов наклона, содержащее корпус с жидкостью, генератор, измерительный прибор, ультразвуковые приемники-излучатели, при этом корпус выполнен в виде собирающихся сосудов, снабженных поплавками с отражающими поверхностями, центр кривизны которых размещен в точках действительного фокуса, в котором установлен приемник-измеритель.

Недостатком известного устройства является недостаточная точность.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство для измерения искривления технических каналов ядерных реакторов, содержащее корпус, выполненный в виде стакана с жидкостью, ультразвуковые излучатели, подключенные к генератору и закрепленные на дно стакана, измерительный прибор, внутрь корпуса вставлен второй стакан, образующий с первым кольцевую полость, заполненную упомянутой жидкостью, причем корпус снабжен герметической крышкой, а излучатели расположены на дне кольцевой полости.

Недостатком прототипа является невысокая точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Цель достигается за счет того, что в предлагаемом устройстве для измерения улов наклона, содержащем герметичный корпус с крышкой, состоящий из двух коаксиально расположенных стаканов с размещенной внутри кольцевой емкости жидкостью, ультразвуковые обратимые излучатели, герметично закрепленные на дне кольцевой емкости и подключенные к генератору, измерительный прибор, введен кольцевой поплавок из диамагнитного материала с положительной плавучестью, размещенный в кольцевой емкости, корпус выполнен из ферромагнитного материала, верхняя часть которого намагничена в осевом направлении, нижняя плоскость поплавка покрыта слоем металла и выполнена в виде сферического отражательного экрана, ультразвуковые излучатели помещены во втулки из стекловолокна, при этом реализуются следующие соотношения: G = , (1) d≥h˙tgϕ_макс, (2) где А - база измерения; h - высота уровня жидкости в кольцевом пространстве; d - ширина кольцевого пространства; с - скорость ультразвука в жидкости; G - чувствительность устройства; ϕ_макс - диапазон измерения угла.

Соответствие критерию "положительный эффект" достигается повышением точности измерений предлагаемым устройством.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство для измерения углов наклона отличается тем, что корпус выполнен из ферромагнитного материала с кольцевым пространством, заполненным жидкостью, верхняя часть которого намагничена в осевом направлении, а на поверхности жидкости помещен кольцевой поплавок с положительной плавучестью, выполненный из диамагнитного материала, причем нижняя плоскость его покрыта слоем металла и выполнена в виде сферического отражательного экрана в проекциях над пьезоэлементами; при этом ультразвуковые излучатели помещены во втулку из стекловолокна.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На чертеже приведена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит корпус из ферромагнитного материала 1 с кольцевым пространством 2, заполненным жидкостью, корпус снабжен герметичной крышкой 3, верхняя часть 4 его намагничена в осевом направлении, а на поверхности жидкости плавает кольцевой поплавок 5 из диамагнитного материала, имеющий положительную плавучесть, нижняя плоскость кольцевого поплавка покрыта тонким слоем алюминия и выполнена в виде сферического отражательного экрана 6. На днище 7 корпуса во втулке из стекловолокна 8 расположены четыре ультразвуковых излучателя (пьезоэлемента) 9. При этом ультразвуковые излучатели 9 электрически соединены с генератором 10 и измерительным прибором 11 по известной дифференциальной схеме.

Устройство работает следующим образом. Ультразвуковые излучатели 9 возбуждаются от генератора 10 на резонансной частоте. Величина уровня жидкости кратна половине длины волны ультразвуковых колебаний, поэтому возникает резонансный режим и в жидкости возникают стоячие волны.

Акустически потери пьезоэлементов 9 при этом минимальны, а выходное напряжение имеет максимальную величину. Пьезоэлементы 9 включены по дифференциальной схеме, поэтому в статике, когда уровни жидкости одинаковые и отраженный сигнал приходит в одинаковое время, выходной сигнал равен нулю.

В случае появления угла наклона угол ϕ не равен нулю и выходной сигнал пропорционален углу ϕ. При этом под действием магнитных силовых линий (указанных пунктиром), созданных магнитным полем 4, кольцевой поплавок 5 стремится занять симметричное положение относительно кольцевого пространства 2 корпуса 1. Тем самым исключается трение кольцевого поплавка 5 и повышается точность. Геометрическая крышка 3 корпуса 1 обеспечивает постоянство объема жидкости. Наличие кольцевого поплавка из диамагнитного материала, имеющего положительную плавучесть, устраняет нестабильность поверхности жидкости кольцевого пространства 2, динамическую погрешность и увеличивает точность устройства. Так как отражение ультразвукового сигнала происходит от границы кольцевого поплавка, то нижняя плоскость его, покрытая тонким слоем, например, алюминия, серебра выполняет функцию отражательного экрана, что усиливает сигнал, а значит, и повышает точность устройства. Кроме того, так как нижняя плоскость кольцевого поплавка выполнена сферической, то при наклонах в области применения ( ≈ 3^о) сигнал, отраженный от сферы, всегда попадает на пьезоэлемент.

Размещение на днище 7 корпуса 1 в углублениях, закрытых втулкой из стекловолокна 8, четырех ультразвуковых излучателей 9 обеспечивает нормальное прохождение сигнала через втулки, что повышает интенсивность сигнала, повышает точность, так как по характеристикам материала втулки аналогичны характеристикам материалов пьезоэлементов 9.

Кроме того, предлагаемое устройство имеет следующие преимущества. Использование поверхностно-активного вещества (ПАВ) не делает полностью поверхность жидкости устойчивой к вибрации, а как экран явно уступает поплавку, так как происходит перемешивание ПАВ с жидкостью. По сравнению с поплавками известного решения преимущество заключается в том, что у поплавков погрешность создает все же трение о стенки корпуса, что ухудшает точность измерения.

Единый поплавок, симметрирование, центрирование, большая площадь касания с жидкостью, отсутствие механического трения поплавка о стенки позволяют значительно повысить точность измерения углов наклона предлагаемым устройством. (56) Авторское свидетельство СССР N 1611047, кл. G 01 F 23/28, 1988.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ НАКЛОНА , содеpжащее геpметичный коpпус с кpышкой, состоящий из двух коаксиальных стаканов с pазмещенной в кольцевой емкости жидкостью, ультpазвуковые обpатимые излучатели, геpметично закpепленные на дне кольцевой емкости и подключенные к генеpатоpу, и измеpительный пpибоp, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введен кольцевой поплавок из диамагнитного матеpиала с положительной плавучестью, pазмещенный в кольцевой емкости, коpпус выполнен из феppомагнитного матеpиала, его веpхняя часть намагничена в осевом напpавлении, нижняя повеpхность поплавка покpыта слоем металла и выполнена в виде отpажательного экpана, а ультpазвуковые излучатели помещены во втулки из стекловолокна.

РИСУНКИ

Рисунок 1