Поплавковый маятниковый акселерометр Советский патент 1983 года по МПК G01P15/13 

Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности к компенсационным поплавковым маятниковым акселерометрам с корректирующим контуром, обеспечивающим снижение погрешности измерения ускорения при наличии вибрации.

Известные конструкции поплавковых маятниковых акселерометров с корректирующим контуром относительно сложны, так как для обеспечения коррекции требуют введения в свою структуру дополнительного корректирующего акселерометра l} и 2 ,

Наиболее близким к предлагаемому является поплавковый маятниковый акселерометр, содержащий герметич.ный корпус с сяльфоном, заполненный рабочей жидкостью, находящийся в ней подвижный поплавковый маятниковый узел, опоры подвижного маятникового узла, датчик угла и

силовой исполнительный элемент, соединенные через электронный усилитель, дополнительный электронный усилитель и систему термостатирования р.

В нем подвижный маятниковый узел, имеет или остаточный вес, или остаточную плавучесть строго определенной величины при рабочей температуре акселерометра, что обуслав ливает перемещение подвижного маятникового узла в радиальном направлении, совпадающем с измерительной осью акселерометра. Специальная измерительная схема, введенная в состав-электромагнитных опор подвижн.ого узла, осуществляет измерение указанного перемещения подвижного узла, а выход этой схемы соединен с входом дополнительного электронного усилителя, выходной сигнал которого подается на силовой исполнительный элемент акселерометра. Таким образом, роль дополнительного акселерометра корректирующего контура вь1полняет подвижный маятниковый узел акселерометра (используется как инерционная масса дополнительного акселерометра) и его электромагнитные опоры (используются как датчик положения инерционной массы).

Недостатком известного поплавкового маятникового акселерометра, является невозможность применения в его конструкции других типов опор, кроме электромагнитного или электростатического подвеса.

Кроме того, необходимость обязательного Нсшичия остаточного веса или остаточной плавучести подвижного маятникового узла акселерометра определяет применение электромагнитных опор подвижного узла со значительно большей жесткостью, чем варианте. полного гидростатического взвешивания подвижного узла поплавкового маятникового акселерометра . .

Однако данное обстоятельство обуславливает относительно большое потребление мощности опорами, а следовательно,и большое и нестабилное ее выделение во внутреннюю полость поплавкового прибора, что искажает стационарность теплового поля акселерометра и вызывает погрешность в его работе.

Цель изобретения - повышение точности измерения ускорений, и упрощение конструкции акселерометрУказанная цель достигается тем, что в акселерометр, содержащий герметичный корпус с сильфоном, заполненный рабочей жидкостью, находящийся в ней подвижный поплавковы маятниковый узел, опоры подвижного узла, датчик угла и силовой исполнительный элемент, соединенные через электронный усилитель, дополнительный электронный усилитель и систему термостатирования, введены четыре плоских электрода, попарно укрепленных друг против друга на торце сильфона и на корпусе прибора, причем обе пары электродов расположены по оси, параллельной оси чувствительности акселерометра и электрически соединены с входом дополнительного электронного, усилителя.

На фиг. 1 представленаконструктивная схема предлагаемого акселерометра; на фиг. 2 - сечение А-А . на фи-г. If на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - электрическая схема.

Акселерометр состоит из герметичного корпуса 1 с сильфоном 2, заполненного рабочей жидкостью 3, подвижного маятникового узла 4 и его , датчика 6 угла и еилового испсэлнктельного элемента 7, соединенных через основной электроный усилитель 8, дополнительного электронного усилителя 9, системы 10 термостатирования, размещенных на торце сильфона электродов 11 и 12 и размещенных на корпусе 1 акселерометра электродов 13 и 14.

Кроме этого, на фиг, 1-4 обозначено:

00 - ось подвеса подвижного узл 1 - измерительная ось акселерометра;

R - эталонное выходное сопрот ление.

Электроды 11 и 14 образуют емкостной датчик перемещений С, а электроды 12 и 13 - датчик Су, причем оба датчика соединены с входом .дополнительного электронного усилителя 9 по дифференциальной схеме, например емкости С и Cg включены

в измерительные плечи моста 15, в состав которого входят также сопротивления 2, и 2 j-v U - напряжение питания моста.

Акселерометр работает следующим образом.

При -наличии ускорения по измерительной оси прибора инерционная сила вызывает поворотПОДВИЖНОГО узла А вркруг оси 00, который измеряется датчиком положения (угла)

6,усиливается основным электронным усилителем 8 ичерез эталонное

сопротивление подается в обмотку силового исполнительного элемента

7.Одновременно,так как конструктино выполняется условие т же tflc- масса сильфона: масса вытесненной сильфоном рабочей жидкости) причем, (Не , по измерительной оси на сильфон действует результирующая изгибающая распределенная нагрузка (совпадающая по. направлению с архимедовой силой, . приложенной к сильфону), под действием которой сильфон изгибается, а его торец поворачивает относительн исходного положения на. некоторый угол, пропорциональный (в пределах Мсшых перемещений сильфона) изгибающей нагрузке, а следовательно, ускорению по измерите.льной оси ак селеромехра..- При этом измерительный мост 15 формирует сигнал, пропбрциональный ускорению по изме рительной оси акселерометра. Этот сигнал .усиливается дополнительным электронным усилителем 9 и через эталонное сопротивление- подается в обмотку силового Исполнительного элемента 7. Коэффициент усиления дополнительного усилителя 9 подбирается таким, чтобы его выходной ток создавал посредством силового исполнительного элемента момент, равный и противоположно направленный моменту от инерционной силы действующей на подвижный узел йаятниковый акселерометра. В этом случае отклонение подвижного узла акселерометра от нулевого положения будет равно перемещению, необходимому для компенсации неточности измерения ускорения дополнительным акселерометром, при этом отклонение подвижного маятникового ysjja прибора (корректирующего контра) уменьшается, ч.то ведет к стабилизации коэффициента передачи силового исполнительного элемента, повышению виброустойчивости прибор и снижению изменений упругих сил подвеса чувствительного элемента. При работе системы термостати.рования 10 незначительные температурные деформации сильфона в осевом направлении не вызывают сигнала в дополнительнок корректирующем контуре, так как датчики Cf и С2 включены дифференциально. При наличии ускорения по перекрестной

оси также происходит деформация

сильфона и его торец поворачиваетс на угол, пропорциональный у.скорению по оси. Однако резмещение электродов 11 - 14 по измерительной оси и дифференциальное включение датчиков С и С исключают в

этом случае появление сигнала в

корректирующем контуре.

Кроме того, предлагаемая конструктивная схёма реализуется при полном гидростатическом взвешивании подвижного поплавкового узла. При частотах переменной составляющей ускорения по измерительной оси, близких к частоте резонанса сильфона, амплитуда колебаний его торца будет резко возрастать. Для уменьшения вносимой при этом погрешности в схеме дополнительного электронного усилителя 9 предусмотрен фильтр, ограничивающий частотный диапазон-работы корректирующего контура значениями от О до частоты, несколько меньшей частоты резонанса сильфона.

Предлагаемая конструкция линейнго компенсационного поплавкового маятникового акселерометра с корректирующим контуром без введения в конструкцию специального дополнительного акселерометра применима в поплавковых акселерометрах с любым типом опор полностью гидростатчески взвешенного поплавкового

-подвижного узла.

Возможность обеспечения полного гидростатического взвешивания подвижного узла поплавкового акселерометра по сравнению с частичным взвешиванием позволяет получить повышение точности работы прибора.

ПОПЛАВКОВЫЙ МАЯТНИКОВЫЙАКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий герметичный корпус с сильфоном, заполненный рабочей жидкостью, находящийся в ней подвижный поплавковый маятниковый узел, опоры подвижного узла, датчик угла и силовой исполнительный элемент, соединенные через электронный усилитель, дополнительный электронный усилитель и систему термостатирования, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, ускорения и упрощения конструкции, акселерометра, в него введены четыре плоских электрода, попарно укрепленных друг противдруга на торце сильфона и на корпусе прибора, причем обе пары электродов расположены по оси, параллельной оси (Л чувствительности акселерометра и электрически соединень с входом до полнительного электронного усилителя.