ДАТЧИК УГЛА НАКЛОНА Российский патент 2005 года по МПК G01C9/18 G01C9/06 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при измерениях крена автомобилей, кораблей, кранов, различных горизонтальных платформ и т.д., а также при определении направления бурения скважин, в особенности горизонтальных.

Известен датчик угла наклона, содержащий корпус, установленный в корпусе на подвеске постоянный магнит, корпус заполнен демпфирующей жидкостью, магниточувствительный элемент расположен под магнитом и может быть выполнен, например, в виде магниторезистора. При наклоне основания корпуса угол отклонения магнита фиксируется чувствительным элементом, шкала которого выполнена в градусах наклона корпуса (см. книгу: М.Л.Бараночников “Микромагнитоэлектроника” Т.1. - М.: ДМК Пресс, 2001. - 544 с.: ил. серия “Учебник”, стр. 300-304.).

Недостатком указанного датчика является невозможность его работы при вращении основания.

Известен, принятый за прототип, реостатный датчик угловых перемещений, содержащий корпус, в котором установлен чувствительный элемент в виде проволочной спирали, симметричной относительно горизонтальной продольной оси корпуса, связанной с мостовой измерительной схемой и источником питания, в корпус залита токопроводящая жидкость, контактирующая с спиралью (см. авт. св. СССР №381878, G 01 В 7/30 1971 г.).

Указанный датчик не может работать при его вращении относительно продольной горизонтальной оси, т.е. углы наклона датчик не может измерять в процессе вращения, и, таким образом, это обстоятельство ограничивает область его применения, например, при измерении углов наклона вращающихся валов или буровых штанг.

Задачей настоящего изобретения является создание датчика угла наклона, при помощи которого можно измерять углы наклона при вращении измеряемого объекта. Сущность этого технического результата достигается выполнением проволоки спирали из материала с большим температурным коэффициентом сопротивления, например меди, платины и др. Корпус до половины заполняется неэлектропроводящей жидкостью, по спирали пропускается ток. При горизонтальном положении жидкости мост сбалансирован, а при наклоне на некоторый угол от горизонтали балансировка моста нарушается. Причем величина разбаланса моста пропорциональна величине угла наклона. От поворота датчика относительно его продольной оси величина и знак разбаланса моста не зависят.

На чертеже схематически изображен датчик угла наклона и схема измерительного моста, где М - индикатор, Е - источник питания, R - сопротивление.

Датчик угла наклона содержит корпус 1, в котором установлен чувствительный элемент в виде симметричной относительно горизонтальной продольной оси 2 корпуса 1 проволочной спирали 3, связанной с мостовой измерительной схемой 4 и источником питания Е, жидкость 5, залитая в корпус 1, имеет возможность контактирования с проволочной спиралью 3. Проволока спирали 3 выполнена из материала с большим коэффициентом сопротивления, а жидкость использована не электропроводящая с заполнением корпуса 1 до высоты оси 2 спирали 3.

Спираль 3 намотана на каркас (не показан), а схема 4 подключена к спирали 3 в ее средней точке.

Датчик угла наклона работает следующим образом.

Спираль 3 подогревают, пропуская по ней ток от источника питания Е. При горизонтальном положении оси 2 мост балансируется при помощи индикатора М, который стоит в измерительной диагонали моста. При наклоне датчика относительно горизонтальной плоскости часть витков спирали одной половины датчика погружается в жидкость и охлаждается, а другая часть витков спирали другой половины датчика выходит из жидкости и нагревается. Сопротивление первой половины датчика уменьшается, а второй половины увеличивается, появляется разбаланс моста, причем величина разбаланса пропорциональна величине угла наклона, а знак разбаланса соответствует знаку угла наклона. Однако от поворота датчика относительно его продольной оси величина и знак разбаланса моста не зависят.

При заполнении корпуса 1 жидкостью до высоты оси 2 охлаждение спирали 3 становится наиболее оптимальным.

Чувствительность датчика достигает требуемой величины при изменении длины и диаметра спирали, диаметра проволоки и числа витков спирали, а также от изменения напряжения питания и вида напряжения питания, при питании короткими прямоугольными импульсами выигрыш чувствительности получается равным корню квадратному из скважности импульсов раз (см. авт. св. СССР №292146, 1971).

Использование датчика позволяет расширить область измерений углов наклона различных изделий, вплоть до поворотных или вращающихся относительно продольной оси датчика.

Датчик может быть использован при измерениях крена автомобилей, судов, кранов, различных горизонтальных платформ, а также при определении направления бурения скважин, в особенности горизонтальных. Внутри корпуса датчика на горизонтальной продольной оси датчика установлена проволочная спираль. Спираль включена в мостовую измерительную схему. Спираль выполнена из материала с большим температурным коэффициентом сопротивления (медь, платина). Корпус заполнен по высоте до горизонтальной оси спирали неэлектропроводной жидкостью, например трансформаторным маслом. При работе спираль подогревают, пропуская по ней электрический ток. Датчик позволяет измерять угол наклона изделия при одновременном повороте изделия вокруг продольной оси датчика. 1 ил.

Датчик угла наклона, содержащий корпус, в котором установлен чувствительный элемент в виде симметричной относительно горизонтальной продольной оси корпуса проволочной спирали, связанной с мостовой измерительной схемой и источником питания, и находящаяся в корпусе жидкость с возможностью контактирования с проволочной спиралью, отличающийся тем, что проволока спирали выполнена из материала с большим температурным коэффициентом сопротивления и жидкость использована неэлектропроводящая с заполнением корпуса по высоте до горизонтальной оси спирали.