Поплавковый тахометр Советский патент 1985 года по МПК G01P3/30 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения угловой скорости объектов, имеющих вертикально расположенную ось вращения. Известен датчик угловой скорости в котором скорость вращения определяется по,положению кольцеобразного поплавка во вращающемся полом цилиндре, частично заполненном жидкостью jjj . Недостатком такого датчика является нелинейность его характеристик Наиболее близким к изобретению техническим решением является попла ковый тахометр, содержащий вращающи ся сосудв виде полого цилиндра, частично заполненньй жидкостью, поп лавок, расположенньй внутри сосуда соосно с ним, и измеритель перемещения поплавка вдоль оси вращения . Указанный тахометр также имеет нелинейную, а именно квадратичную зависимость перемещения поплавка от угловой скорости, относительно слож ную конструкцию и большие габариты. Цель изобретения - линеаризация характеристики поплавкового тахомет ра, упрощение его конструкции и уменьшение габаритов. Поставленная цель достигается тем, что в поплавковом тахометре, содержащем вращающийся цилиндрический сосуд с жидкостью и поплавком внутри него и измеритель смещения поплавка вдоль оси вращения, сосуд выполнен составным, одна его часть представляет собой прозрачньй цилиндр, а другая расположенная соосн внутри цилиндра - гиперболоид враще ния с профилем, описываемым уравнениямиr.,(f.),(2) где (J г осевая координата, отсчитываемая вниз; радиальная координата; радиус поплавка; ускорение свободного паде ния; коэффициент пропорциональ ности между текущей осево координатой Jjj, центра поплавка и измеряемой углово скоростью вращения, при зтом образованная частями сосуда кольцеобразная герметичная полость полностью заполнена прозрачной жидкостью с одним или несколькими одинаковыми шарообразными поплавками радиуса R, а шкала для непосредственного измерения смещения поплавка закреплена неподвижно вдоль образующей цилиндра. Линейность выходной характеристики достигается благодаря выполнению внутренней части сосуда в виде гиперболоида вращения с профилем, описываемым уравнениями (1) и (2). На фиг. 1 схематически изображен поЬлавковый тахометр, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. При вращении тахометра относительно вертикальной оси у (фиг. 1) с угловой скоростью (У на шаровой поплавок действуют вертикальная сила, обусловленная остаточной плаву- ; честью g , и радиальная центростремительная сила а сог где Г(., - расстояние от оси вращения до центра поплавка (силы tf и 5 отнесены к единице массы поплавка). Равновесное положение поплавка достигается при условии перпендикулярности результирующей силы М+йз 111 поверхности 2 (фиг. 1). Задаваясь условием .3c/W, с учетом выражения (3) и того, что вектор силы j является нормалью к кривой с - с , можно записать дифференциальное уравнение d4,/drc wV/ или используя (5) , . , dl,.drc/|lc Интегрирование последнего .выражения уравнение кривой с - с , которая является теоретическим (центровым) профилем поверхности y,. Практический (конструктивный) профиль поверхности, обозначенный на фиг- 1 линией k - k, может быть определен графическим или аналитическим методами. При графическом методе построения проводят ряд окружностей радиусом R с центрами на кривой с - С и практи ческий профиль k- k получают, как огибающую указанного ряда окружностей. При аналитическом методе вычисления координат Ч и г практического профиля 1 - k используют следующие соотношения, вытекающие из рассмотре ния фиг. 1: (j ij -uyР ГС-ЬГлг.,у2 Подстановкой выражений (9) и (10) а также выражения для Г из (6) в уравнения (7) и (8) окончательно получают уравнения (1) и (2), описывающие профиль гиперболоида вращения который обеспечивает линейность зависимости координаты центра поплав ка .от угловой скорости вращения 00 тахометра. Предлагаемый тахометр характеризуется также простотой конструкции, .что достигается исключением передачи перемещения поплавка на указатель, поскольку указателем является сам поплавок. Уменьшение габаритных размеров тахометра по вертикали обуслов лено тем, что шкала расположена вдоль образующей цилиндра, а в поперечном направлении тем, что высокая чувствительность тахометра обеспечивается выбором большого значения коэффициента к, т.е. соответствующим профилированием внутренней части сосуда. Тахометр содержит составную внутреннюю часть 1 сосуда с поверхностью 2, представляющую гиперболоид вращения и описываемую уравнениями (1) и (2), которая установлена соосно в прозрачном, например, стеклянном цилиндре 3, являницемся второй составной частью сосуда. Поверхность 2 и цилиндр 3ч образуют кольцевую герметичную полость, которая полностью заполнена прозрачной .жидкостью с щарообразньм поплавком 4, имеющим яркук) окраску. В полости сосуда может находиться несколько одинаковых поплавков для улучшения отсчетов при высоких угловых скоростях. Вдоль образующей цилиндра 3 неподвижно закреплена щкала 5 для непосредственного измерения смещения поплавка вдоль оси вращения. Шкапа 5 является равномерной- и отградуирована в единицах угловой скорости. Тахометр крепится винтами 6 к торцевой поверхности вертикального вала 7. Тахометр работает следующим образом. При неподвижном вале 7 поплавок 4 благодаря остаточной плавучести нахрдится в верхней части полости сосуда. При вращении вала со скоростью Q жидкость в сосуде и поплавок приобретают одинаковую с валом углозую скорость, при этом жидкость, устремляясь под действием центробежных сил в периферийную часть полости, вытесняет поплавок ближе к оси вращения, т.е. в направлении увеличения осевой координаты IJ , отсчитьшаемой вниз. Шаровой поплавок 4 перемещается до тех пор, пока равнодействующая сила j не станет перпендикулярной к поверхности внутренней части сосуда. По неподвижной шкале 5 делается отсчет положения поплавка 4, по которому судят об угловой скорости СО контролируемого вала 7. Предложенный поплавковый тахометр отличается простотой конструкции, небольшими габаритами и облада-г ет линейной выходной характеристикой.

ПОПЛАВКОВЫЙ ТАХОМЕТР, содержащий вращающийся цилиндрический сосуд с жидкостью и nonjjaBKOM внутри него и измеритель смещения поплавка вдоль оси вращения, отличающийся тем, что, с целью линеаризации характеристики тахометра, упрощения его конструкции и уменьшения габаритов, сосуд вьшолнен составным, одна его часть представляет собой прозрачньй цилиндр, а другая, расположенная соосно внутри цилиндра, - гиперболоид вращения с профилем, описываемым уравне1гаями ryc-RW-2gyc/k 42e/yc-R 1-g/V 2gyc/R); J где -осевая координата, отсчитьгеаемая вниз; 1 - радиальная координата R радиус поплавка; -ускорение свободного падения; k коэффициент пропорциональности между текущей осевой координатой }, центра поjc плавка и измеряемой угловой скоростью вращения, (О при этом образованная частями сосуда кольцеобразная герметичная полость полностью заполнена прозрачной жидкостью с одним или несколькими одинаковыми шарообразными поплавками радиуса R , а шкала для непосредственного измерения смещения поплавка закреплена неподвижно вдоль образующей цилиндра.