ОТСЧЕТНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2005 года по МПК G01D13/02 

Отсчетное устройство. Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в стрелочных измерительных устройствах для измерения различных параметров там, где требуется высокая точность и информативность измерений.

Известны отсчетные устройства, содержащие неподвижную шкалу и установленную на оси указательную стрелку (а.с. СССР 1564554 A1, G 01 R 1/00, опубл. 15.05.90 г., а.с. СССР 909570, G 01 D 13/02, опубл. 28.02.82 г.).

Недостатком указанных отсчетных устройств является невысокая точность измерений и низкая информативность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является отсчетное устройство, содержащее неподвижную шкалу и показывающую стрелку с индикацией направления изменения индуцируемого параметра (а.с. СССР 1078247 А, G 01 D 13/02, опубл. 07.03.84 г.).

Однако оно также обладает низкой точностью измерений и к тому же имеет достаточно сложную конструкцию.

Цель изобретения - увеличить точность измерений и повысить информативность.

Указанная цель достигается введением в отсчетное устройство одной или нескольких дополнительных указательных стрелок, установленных на оси по отношению друг к другу и к имеющейся стрелке под углом, кратным угловому диапазону измерений шкалы устройства.

Зависимость между коэффициентом увеличения точности измерений (увеличением диапазона измерений, что то же самое, так как относительная погрешность пропорциональна увеличению диапазона измерений), углом между указательными стрелками и диапазоном измерений шкалы следующая.

2≤k≤2π/а, ϕ=na,

где k - коэффициент увеличения точности измерений;

а - диапазон измерений шкалы в радианах;

ϕ- угол между указательными стрелками.

n - простое целое положительное число.

Очевидно, что количество дополнительных указательных стрелок на единицу меньше коэффициента уменьшения относительной погрешности (увеличения точности) измерений шкалы.

Указательные стрелки для удобства снятия показаний и повышения информативности конструктивно выполняются отличными друг от друга, в том числе, могут быть окрашены в разные цвета.

С целью снижения трудоемкости изготовления указательные стрелки могут быть выполнены как одно целое, к примеру проштампованы из одного листа материала.

При необходимости измерения параметров с противоположным знаком, когда вращение указательных стрелок меняется, за начало отсчета принимается противоположный край шкалы.

Можно заметно увеличить точность устройства, если ввести в устройство дополнительную, аналогичную имеющейся, шкалу и применять двойной метод снятия показаний, когда за измеряемое значение параметра принимается среднее арифметическое значение двух показаний. Если ввести еще несколько пар дополнительных шкал, то за действительное значение измеряемого параметра можно будет принимать среднее арифметическое 4-х, 6-ти, 8-ми и т.д. значений. Однако последнее повысит точность измерений незначительно, поэтому нами не рассматривается.

На фиг.1 изображено отсчетное устройство при k=2, а=π/3; фиг.2 - отсчетное устройство при k=6, а=π/3; фиг.3 - отсчетные устройства с дополнительной шкалой при k=2, а=π и дополнительной шкалой при k=4,

Работа отсчетных устройств поясняется графическими характеристиками, где α - угол поворота указательных стрелок, ϕ- угол между указательными стрелками, Р - значение измеряемого параметра, а - диапазон измерений шкалы. За начало отсчета системы координат принято крайнее левое значение шкалы.

Стрелками по окружности показано направление вращения оси с указательными стрелками.

Отсчетное устройство содержит неподвижную шкалу 1 и указательные стрелки 2, установленные на оси 3, дополнительную шкалу 4.

Отсчетное устройство работает следующим образом.

При повороте оси 3 под действием измеряемого параметра вместе с ней начинают поворачиваться и указательные стрелки 2.

Рассмотрим вариант а) отсчетного устройства, когда k=2, а=π/3.

В отсчетном устройстве для измерения знакопеременных параметров левая стрелка будет отклоняться в правом направлении и указывать положительные значения параметра, а правая стрелка - отклоняться влево и, соответственно, показывать отрицательные значения измеряемого параметра. Таким образом, введение одной дополнительной стрелки расширит вдвое диапазон измерений отсчетного устройства, что равноценно уменьшению относительной погрешности измерений - увеличению точности.

Вариант в) указанного отсчетного устройства позволяет производить замеры только положительных значений параметров.

Сначала начинает работать и указывать по шкале значение измеряемого параметра указательная стрелка, которая находится на нулевой отметке шкалы. Если значение измеряемого параметра превышает диапазон шкалы 1 и ось 3 вместе со стрелками 2 продолжает поворачиваться, значение параметра начинает указывать следующая стрелка, которая находится под углом ϕ к первоначальной. Однако, чтобы получить результат измерения, к значению, которое покажет вторая стрелка, необходимо прибавить значение измеряемого параметра, которое соответствует всему диапазону шкалы 1. При k, равном 2, вторая стрелка, таким образом, покажет максимальное значение измеряемого параметра. Чтобы избежать сложения, на шкале устройства можно показать готовые значения параметра, которые соответствуют указанной стрелке.

Измерение отрицательных значений производится при помощи отсчетного устройства, показанного в варианте с). И в данном случае с появлением одной дополнительной стрелки наблюдается расширение вдвое диапазона измерений.

Аналогичным образом работает отсчетное устройство при k=6, а=π/3. Данное отсчетное устройство позволяет увеличить диапазон измерений шкалы (точность отсчета) отсчетного устройства в 6 раз.

Информативность прибора легко повышается за счет разного цвета указательных стрелок. Зеленая стрелка в секторе измерений может свидетельствовать об оптимальном ходе технологического процесса, желтая - о граничном режиме, красная - об аварийной ситуации.

Информативность устройства также может быть повышена за счет разной конфигурации указательных стрелок, их длины. К примеру, появление в секторе шкалы указательной стрелки, напоминающей знак вопроса, должно повысить внимание к динамике изменения измеряемого параметра.

Рассмотрим увеличение точности отсчета (уменьшение погрешности) за счет дополнительной шкалы на примере при k=2, а=π.

1. Каждая указательная стрелка имеет массу и центр тяжести на некотором расстоянии от оси, вследствие чего создает крутящий момент, действующий на ось в процессе измерений либо согласно с измеряемым параметром, либо против (в зависимости от того находится по левую или правую сторону от оси). В данном случае стрелки находятся под углом 180° друг к другу, и создаваемые ими крутящие моменты, действуя встречно, взаимно уничтожаются.

2. Под действием силы тяжести происходит прогиб указательных стрелок, что искажает значение измеряемого параметра при снятии показаний. Однако прогиб каждой стрелки происходит в направлении действия силы тяжести. Поэтому прогиб одной стрелки увеличивает показания ("работает" на увеличение), прогиб диаметрально противоположной стрелки вызывает уменьшение показаний. Происходит компенсация погрешностей, так как за результат измерений берется среднее арифметическое двух показаний.

3. Уменьшается субъективная погрешность измерений за счет влияния освещения. Тени, действующие на обе стрелки в одном направлении, также вызывают погрешности, которые взаимно компенсируются.

В заявленном техническом решении применение для расширения диапазона измерений и повышения информативности отсчетного устройства, содержащего неподвижную шкалу и указательную стрелку, установленную на оси, дополнительных указательных стрелок, расположенных под углом друг к другу и к имеющейся шкале, кратным угловому диапазону измерений шкалы устройства, является новым признаком, не известным из уровня техники.

Следовательно, указанный отличительный признак дает основание считать заявленное техническое решение соответствующим критерию "новизна".

В заявленном техническом решении имеют место и другие признаки, которые не обнаруживаются в известных решениях:

- введение дополнительной шкалы;

- одно и то же крайнее предельное значение на неподвижной шкале в одном случае служит для нулевого отсчета измеряемого параметра, а в другом случае (при смене знака измеряемого параметра) является его предельным значением (вариант а) при k=2). Таким образом, используется весь диапазон шкалы как при измерении положительных значений параметра, так и отрицательных (а не половина как в том варианте, когда нулевая точка отсчета находится в центре шкалы);

- для повышения информативности отсчетного устройства применяются дополнительные указательные стрелки разного цвета;

- для повышения информативности применяются дополнительные указательные стрелки разной конфигурации.

Предлагаемое решение для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленное техническое решение соответствует условиям патентоспособности изобретения:

- является новым, так как не известно из уровня техники;

- имеет изобретательский уровень;

- промышленно применимо.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в стрелочных измерительных устройствах для измерения различных параметров. Изобретение направлено на повышение точности измерений и информативность отсчетного устройства. Этот результат обеспечивается за счет того, что отсчетное устройство содержит неподвижную шкалу и указательную стрелку, установленную на оси с возможностью поворота. В отсчетное устройство введены одна или несколько дополнительных указательных стрелок, установленных на этой же оси и размещенных при этом под углом, кратным угловому диапазону шкалы относительно друг друга и относительно имеющейся указательной стрелки, причем все указательные стрелки выполнены как одно целое. Указательные стрелки могут быть конструктивно выполнены отличными друг от друга. Указательные стрелки могут иметь разный цвет. В отсчетное устройство может быть введена дополнительная шкала, аналогичная имеющейся и диаметрально к ней расположенная. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Отсчетное устройство, содержащее неподвижную шкалу и указательную стрелку, установленную на оси с возможностью поворота, отличающееся тем, что в него введены одна или несколько дополнительных указательных стрелок, установленных на этой же оси и размещенных при этом под углом, кратным угловому диапазону шкалы относительно друг друга и относительно имеющейся указательной стрелки, причем все указательные стрелки выполнены как одно целое. 2. Отсчетное устройство по п.1, отличающееся тем, что указательные стрелки конструктивно выполнены отличными друг от друга.3. Отсчетное устройство по п.1, отличающееся тем, что указательные стрелки имеют разный цвет.4. Отсчетное устройство по п.1, отличающееся тем, что в него введена дополнительная шкала, аналогичная имеющейся и диаметрально к ней расположенная.