ДАТЧИК УГЛА ОТКЛОНЕНИЯ ОБЪЕКТА ОТ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ПОЛОЖЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК G01C9/20 G01C9/06 

Изобретение относится к области измерения угловых величин и может быть использовано в промышленности, в строительстве, на транспорте, в частности для определения углового положения транспортного средства относительно горизонтальной плоскости.

Известно устройство для измерения угла отклонения объекта от горизонтального положения, состоящее из реохорда, помещенного в стеклянную трубку, частично заполненную ртутью, находящейся в атмосфере водорода (см. Электрические измерения неэлектрических величин/А.М. Туричин, П.В. Новицкий, Е.С. Левшина и др. ; Под ред. П.В. Новицкого. - Л.: Энергия, 1975. - 576 с., с. 455, рис.20-1).

Поворот датчика относительно горизонтального положения приводит к изменению дифференциальных сопротивлений реохорда.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится большая погрешность измерения, которая определяется главным образом поверхностным трением ртути и может достигать 1%, а также сложности изготовления и эксплуатации из-за наличия ртути в стеклянном корпусе датчика.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство дифференциального электролитического преобразователя для измерения угла отклонения объекта от горизонтального положения, содержащее стеклянный баллон с помещенными в нем одним общим и двумя выходными электродами, заполненный токопроводящей жидкостью с пузырьком воздуха, имеющим возможность перемещения между двумя выходными контактами (см. Асс Б.А., Антипов Е.Ф., Жукова Н.М. Детали авиационных приборов. - М. : Машиностроение, 1979. - 232 с., с.132, рис.5.8) и принятое за прототип.

При наклоне баллона относительно горизонтального положения пузырек воздуха перемещается между выходными электродами, что приводит к изменению площади контакта каждого выходного электрода с электропроводящей жидкостью и к изменению проводимостей соответствующих слоев жидкости между общим и выходными электродами.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что такое устройство имеет узкий диапазон измерения, а также значительные погрешности, вызванные температурными изменениями сопротивления электропроводящей жидкости и различной степенью концентрации раствора жидкости.

Технический результат - расширение диапазона и уменьшение погрешности измерения угла отклонения объекта от горизонтального положения.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известное устройство датчик угла отклонения объекта от горизонтального положения содержит первый общий электрод и два выходных электрода, помещенные в жидкость.

Особенностью является то, что он снабжен вторым общим электродом, соединенным с первым общим электродом металлической втулкой и которые образуют герметичный корпус, внутри которого посредством изоляционной прокладки закреплены два выходных электрода, расположенные в одной плоскости и образующие с первым и вторым общими электродами дифференциальный конденсатор, причем все электроды выполнены в виде плоских пластин, а половина объема внутренней полости датчика между общими и выходными электродами заполнена жидким диэлектриком.

На чертежах представлена схема датчика угла отклонения объекта от горизонтального положения: фиг.1 - горизонтальное положение датчика; фиг.2 - наклонное положение датчика; фиг.3 - разрез датчика по сечению А-А фиг.1.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключается в следующем.

Датчик содержит первый 1 и второй 2 общие электроды и два выходных электрода 3 и 4, которые помещены в жидкий диэлектрик 5. Второй общий электрод 2 соединен с первым общим электродом 1 металлической втулкой 6, образуя герметичный корпус. Внутри корпуса датчика посредством изоляционной прокладки 7 закреплены два выходных электрода 3 и 4. Выходные электроды 3 и 4 расположены в одной плоскости и образуют с первым 1 и вторым 2 общими электродами дифференциальный конденсатор. Все электроды выполнены в виде плоских пластин. Половина объема внутренней полости датчика между общими электродами 1 и 2 и выходными электродами 3 и 4 заполнена жидким диэлектриком 5.

Принцип действия датчика состоит в измерении электрической емкости дифференциального конденсатора C₁, С₂, образованного общими электродами 1, 2, выходными электродами 3, 4 и жидким диэлектриком 5.

Емкость С плоского конденсатора с площадью взаимного перекрытия электродов S, параллельно расположенных на расстоянии δ в среде с диэлектрической проницаемостью ε, определяется выражением
C = ε•S/δ (1)
(см. Электрические измерения неэлектрических величин/А.М. Туричин, П.В., Новицкий, Е.С. Левшина и др.; Под ред. П.В. Новицкого. - Л.: Энергия, 1975. - 576 с., с.289).

Поскольку величины ε и S находятся в числителе уравнения (1), то емкость конденсатора С линейно зависит от ε и S. Так как жидкий диэлектрик 5 занимает половину объема внутренней полости датчика между общими 1, 2 и выходными 3, 4 электродами и имеет диэлектрическую проницаемость, отличную от диэлектрической проницаемости воздуха, то при наклоне датчика будет изменяться площадь перекрытия электродов 1, 2, 3, 4 в зазоре δ, занимаемом жидким диэлектриком 5.

Устройство работает следующим образом.

При горизонтальном положении датчика (фиг.1) емкости дифференциального конденсатора C₁, С₂ равны между собой. При этом в зазоре δ, занимаемом жидким диэлектриком 5 (фиг. 3), площадь перекрытия электродов 1, 2 и 3 равна площади перекрытия электродов 1, 2 и 4.

При отклонении датчика от горизонтального положения изменяются площади перекрытия электродов 1, 2 и 3, 4 в зазоре, занимаемым жидким диэлектриком 5. На фиг.2 приведен пример расположения выходных электродов 3, 4 и жидкого диэлектрика 5 при наклоне датчика, когда площадь перекрытия электродов 1, 2 и 3 меньше площади перекрытия электродов 1, 2 и 4 в зазоре, занимаемым жидким диэлектриком 5. В результате емкость дифференциального конденсатора C₁ будет меньше емкости С₂. При наклоне датчика в обратном направлении емкость дифференциального конденсатора С₁ будет больше емкости С₂.

Изменение дифференциальной емкости C₁, C₂ пропорционально изменению угла наклона датчика относительно горизонтального положения. Если, например, жидкий диэлектрик 5 занимает половину объема внутренней полости датчика между общими 1, 2 и выходными 3, 4 электродами, при этом металлическая втулка 6 и изоляционная прокладка 7 имеют кольцевую форму, а выходные электроды 3, 4 имеют форму полукруга, то такой датчик будет иметь линейную характеристику в диапазоне углов наклона от 0 до ±90^o.

Так как жидкость, заполняющая зазор между электродами датчика, является диэлектриком, то будут отсутствовать погрешности, присущие прототипу, вызванные температурными изменениями проводимости и степени концентрации электролита.

В датчике можно использовать кремнийорганический жидкий диэлектрик, например полиметилсилоксановую жидкость ПМС 10, имеющую стабильные диэлектрические свойства и работающую в диапазоне температур от -60 до +170^oС. Изоляционную прокладку 7 можно, например, выполнить из фторопласта, также имеющего стабильные диэлектрические свойства.

Таким образом, предложенное устройство позволяет расширить диапазон измерения углов отклонения объекта от горизонтального положения и уменьшить погрешность измерения.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в промышленности, строительстве, на транспорте, например, для определения углового положения транспортного средства относительно горизонтальной плоскости. Датчик содержит два общих и два выходных электрода. Общие электроды соединены металлической втулкой и образуют герметичный корпус. Выходные электроды закреплены в корпусе при помощи изоляционной прокладки. Выходные электроды образуют с общими электродами дифференциальный конденсатор. Половина объема внутренней полости датчика заполнена жидким диэлектриком. Техническим результатом использования датчика является расширение диапазона измерения углов отклонения объекта и снижение погрешности измерений. 3 ил.

Датчик угла отклонения объекта от горизонтального положения, содержащий первый общий и два выходных электрода, помещенные в жидкость, отличающийся тем, что он снабжен вторым общим электродом, соединенным с первым общим электродом металлической втулкой и которые образуют герметичный корпус, внутри которого посредством изоляционной прокладки закреплены два выходных электрода, расположенные в одной плоскости и образующие с первым и вторым общими электродами дифференциальный конденсатор, причем все электроды выполнены в виде плоских пластин, а половина объема внутренней полости датчика между общими и выходными электродами заполнена жидким диэлектриком.