СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ ОБЪЕКТА ОТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ПОЛОЖЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01C9/12 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при определении отклонения объекта от вертикального положения.

Известны способы определения отклонения объекта от вертикального положения с помощью устройств, включающие выставку в вертикальное положение и определение угла отклонения от вертикали.

Наиболее близким техническим решением является способ определения отклонения объекта от вертикального положения, реализуемый с помощью известного устройства и включающий выставку в вертикальное положение датчика отвесной линии, установленного на объекте, и определение угла отклонения объекта от вертикального положения по сигналам с выхода мостовой измерительной схемы отвесной линии, два плеча которой содержат резистивные сопротивления, представляющие собой сопротивление электропроводящей жидкости между подвижным и неподвижными электродами. Способ позволяет определить угол отклонения объекта от вертикального положения посредством датчика отвесной линии с точностью ±0,1''.

Однако известный способ имеет следующие недостатки. Указанная точность может быть обеспечена только в условиях стабильности температуры корпуса устройства. Это обусловлено тем, что с изменением температуры изменяется сопротивление электропроводящей жидкости, заполняющей внутреннюю полость датчика отвесной линии. Так, например, сопротивление жидкости, используемой в датчике, изменяется на 1,5% при изменении температуры на 1^oC. Но поскольку в мостовой схеме датчика отвесной линии кроме постоянных высокостабильных резисторов содержатся резистивные сопротивления электропроводящей жидкости, то при изменении идеального сопротивления электролита, вызванного изменением температуры, меняется чувствительность мостовой измерительной схемы и, следовательно, датчика отвесной линии. Под чувствительностью K датчика подразумевают отношение

где Du измеренное напряжение на выходе датчика отвесной линии;
ΔΦ изменение угла отклонения.

Таким образом, известный способ не обеспечивает высокую точность, поскольку позволяет определить угол отклонения от вертикали в условиях нестабильной температуры с существенной погрешностью, обусловленной изменением сопротивления электропроводящей жидкости.

Целью предложенного способа является повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения отклонения объекта от вертикального положения посредством датчика отвесной линии, содержащего подвешенный в корпусе, заполненном электропроводящей жидкостью, маятник с электродами, заключающемся в выставке датчика в исходное нулевое положение и определение угла отклонения объекта от вертикального положения по сигналам с выхода мостовой измерительной схемы датчика отвесной линии, два плеча которой содержат резистивные сопротивления электропроводящей жидкости, по окончанию определения угла отклонения от вертикального положения запоминают его значение, выставляют датчик в нулевое положение, подключают к его входу с помощью реле одного из плеч мостовой схемы, включающую резистивное сопротивление электропроводящей жидкости и электрод маятника, определяют сопротивление электропроводящей жидкости при температуре в текущий момент времени, а отклонение объекта от вертикального положения определяют из соотношения:

где U_вых напряжение на выходе датчика отвесной линии, пропорциональное углу отклонения объекта от вертикального положения;
K_ном. чувствительность датчика, измеренная при номинальной температуре;
R_ж.факт. сопротивление электропроводящей жидкости, определенное при температуре в текущий момент времени;
R_ж.ном. сопротивление электропроводящей жидкости, определенное при номинальной температуре;
α температурный коэффициент сопротивления электропроводящей жидкости;
a′ температурный коэффициент чувствительности датчика отвесной линии.

Повышение точности достигается за счет определения сопротивления электропроводящей жидкости при температуре в текущий момент времени, позволяющего определить чувствительность датчика отвесной линии с учетом температурной погрешности. Определение температурной погрешности посредством датчика исключает жесткое термостатирование устройства.

На фиг. 1 представлен датчик отвесной линии, посредством которого реализуют предлагаемый способ.

Датчик содержит герметичный корпус 1, в котором на гибкой нити 2 подвешен груз 3, окруженный четырьмя электрическими изолированными друг от друга и от корпуса 1 электродами 4. В местах, обращенных к неподвижным электродам 4, груз 3 имеет очертания поверхности вращения (цилиндрической). Внутренние поверхности неподвижных электродов 4, обращенные к грузу 3, представляют собой сегменты соответственно такой же поверхности, но несколько большего радиуса. При вертикальном положении и равновесном положении маятника поверхности груза 3 и электродов 4 расположены концентрично с малым зазором. Все свободное пространство внутри корпуса 1 заполнено демпфирующей электропроводящей жидкостью. Неподвижные электроды 4 и подвижный электрод груза 3 образуют резистивный преобразователь перемещения груза 3 в электрические сигналы. Преобразователь соединен электрически через гермовыводы 5 на корпусе 1 со схемой измерения положения груза 3.

На фиг. 2 представлен пример выполнения этой схемы.

Неподвижные электроды 4 и электрод груза 3 соединены электрически с мостовой измерительной схемой. Схема вырабатывает два напряжения переменного тока, соответствующие по величине и по фазе двум ортогональным составляющим радиального смещения груза относительно оси симметрии расположения электродов 4. При этом в каждой из двух измерительных осей мостовой схемы содержатся два резистора R₁, R₂, представляющие собой резистивные сопротивления электропроводящей жидкости, величина которых зависит от положения груза, и два высокостабильных постоянных резистора R₃, R₄. К каждому из двух выводов мостовой схемы подключено по усилителю-дискриминатору 6, выходы которых соединены с вычислительным устройством 7, в качестве которого используется стандартная вычислительная машина.

С вычислительным устройством 7 соединено также реле 8, контактные группы 9 которого подключают одно из плеч мостовой схемы, содержащее резистивное сопротивление электропроводящей жидкости R₁ или R₂ и электрод груза 3, к вычислительному устройству 7.

Предлагаемый способ определения отклонения объекта от вертикального положения реализован следующим образом.

Установленный на объекте датчик отвесной линии выставляют в исходное положение по сигналам с выходов мостовой измерительной схемы, поступающих в вычислительное устройство 7. При отклонении корпуса 1 от вертикального положение груз 3 перемещается в зазоре между электродами 4, сопротивление электропроводящей жидкости меняется и на двух выходах мостовой схемы появляется сигналы в виде напряжения переменного тока, пропорционального углу отклонения объекта от вертикального положения Φ. С выходов схемы через усилители 6 напряжение поступает в вычислительное устройство 7 и запоминается там. После этого датчик отвесной линии опять приводят в нулевое положение. Далее по команде с вычислительного устройства 7 посредством реле 8 подключают одно из плеч мостовой схемы, содержащее резистивное сопротивление электропроводящей жидкости, например R₁, и электрод 3 к вычислительному устройству 7 и с помощью него определяют сопротивление электропроводящей жидкости при температуре в текущий момент времени R_ж.факт..

Известно, что
R_ж.факт.=R_ж.ном.(1+αΔt), (2)
где Δt отклонение от номинальной температуры в текущий момент времени.

Таким образом, зная R_ж.факт. R_ж.ном. и α из выражения (2) определяют Dt.

Чувствительность датчика отвесной линии K с учетом параметров мостовой схемы, определяют из выражения:
K_факт.=K_ном.(1+α′Δt) (3)
Определив из выражения (2) Δt и подставив в выражение (3) получим, что

После подстановки K_факт. в выражение

получим угол отклонения объекта от вертикального положения, определенный с учетом температурной поправки в текущий момент времени:

Значения R_ж.ном. K_ном. и α, α′ вводят в вычислительное устройство 7 перед началом работы.

При установке датчика отвесной линии на стабилизированный объект предлагаемый способ позволяет с высокой точностью определить угол Φ и, следовательно, скорость уходов чувствительных элементов, расположенных на объекте.

Для этого выходы датчика отвесной линии подключают к системе горизонтальной коррекции (СГК), которая по сигналам с него выставляет стабилизированный объект с плоскость горизонта. После этого СГК отключают и объект стабилизируют чувствительными элементами, установленными на нем. Через заданное время определяют угол отклонения v в той или иной плоскости (соответствующей стабилизирующему чувствительному элементу) по сигналам с выходов мостовой измерительной схемы датчика отвесной линии, поступающим в вычислительное устройство 7. Затем включают СГК и приводят объект в горизонтальное положение по сигналам с датчика отвесной линии. Далее СГК отключают и одно из плеч мостовой схемы, содержащее, например R₁ подключают посредством контактных групп 9 реле 8 к вычислительному устройству 7 и по величине измеренного сопротивления определяют v. Разделив величину угла v на заданное время получим скорость ухода гидроблока, определенную с учетом температурной погрешности в текущий момент времени.

При изменении температуры внутри стабилизированного объекта в зависимости от внешних условий от +5 до +35^oC использование предлагаемого способа позволяет существенно повысить точность определения отклонения от вертикального положения и, как следствие, точность измерения скорости ухода чувствительных элементов.

Проведенные испытания показали, что предлагаемый способ позволяет повысить точность примерно на 0,75% на каждый 1^oC и отказаться от жесткого термостатирования устройства.

Использование: в приборостроении при определении отклонения объекта от вертикального положения. Сущность изобретения: выставляют датчик в нулевое положение, подключают к его выходу с помощью реле одно из плеч мостовой схемы, включающей резистивное сопротивление электропроводящей жидкости и электрод маятника, определяют сопротивление электропроводящей жидкости при температуре в текущий момент времени, а отклонение объекта от вертикального положения определяют с учетом следующих величин: напряжения на выходе датчика отвесной линии, чувствительности датчика, сопротивления жидкости при разной температуре и температурного коэффициента датчика и жидкости. 2 ил.

Способ определения отклонения объекта от вертикального положения посредством датчика отвесной линии, содержащего подвешенный в корпусе, заполненном электропроводящей жидкостью, маятник с электродами, заключающийся в том, что выставляют в исходное нулевое положение и определяют угол отклонения объекта от вертикального положения по сигналам с выхода мостовой измерительной схемы датчика отвесной линии, два плеча которой содержат резистивные сопротивления электропроводящей жидкости, отличающийся тем, что по окончанию определения угла отклонения от вертикального положения запоминают его значение, выставляют датчик в нулевое положение, подключают к его входу с помощью реле одно из плеч мостовой схемы, включающую резистивное сопротивление электропроводящей жидкости и электрод маятника, определяют сопротивление электропроводящей жидкости при температуре в текущий момент времени, а отклонение объекта от вертикального положения определяют из соотношения

где U_в ы х напряжение на выходе датчика отвесной линии, пропорциональное углу отклонения объекта от вертикального положения;
K_н о м чувствительность датчика, измеренная при номинальной температуре;
R_{э п . ф а к т} сопротивление электропроводящей жидкости, определенное при температуре в текущий момент времени;
R_{э п . н о м} сопротивление электропроводящей жидкости, определенное при номинальной температуре;
α- температурный коэффициент сопротивления электропроводящей жидкости;
α- температурный коэффициент чувствительности датчика отвесной линии.