Устройство для измерения углов наклона Советский патент 1987 года по МПК G01C9/10 

113

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в измерительных блоках робототехни- ческих комплексов.

v

Цель изобретения - повышение чув- стйительности и обеспечение линейности измерений во всем диапазоне измеряемых углов.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг.2 - силы, действующие на шарик в процессе измерения углов наклона.

Устройство содержит стабилизатор 1 расхода сжатого воздуха, изогнутую прозрачную трубку 2 с профилированной поверхностью 3, шарик 4, индикатор 5 положения шарика и источников 6 сжатого воздуха.

Устройство работает следующим образом.

При установке трубки 2 на поверхность 7, угол наклона которой требуется измерить, после включения питания сжатым воздухом через стабилизатор 1 расхода, шарик 4 стабилизируется на определенном расстоянии от первого конца трубки. Это расстояние обратно пропорционально углу уклона, при этом благодаря профилю трубки обеспечивается линейность измерения. Положение шарика идентифицируется индикатором 5, который может быть выполнен, например, в виде оптического преобразователя или в виде простой шкалы, проградуированной в единицах углового отклонения.

Принцип измерения уклона основан на следующем расчете.

На шарик 4 массой m действие оказывают (фиг.2) сила m-g тяжести, сила N mgcos ut нормального -давления, где d - измеряемый.угол наклона, сила F трения качения, сила F| кильватерного сопротивления. Так как шарик находится в положении равновесия, выполняется условие равенства сил, действующий на шарик по оси к

F m- g sinci + FTP .

Однако практически О, так как величина трения качения для шариков пренебрежимо мала.

Сила FU вычисляется по формуле

F С

- S,

где С,, - коэффициент сопротивления

давления; f.| - плотность воздуха в трубке

в сечении перед шариком; V - скорость течения вохдуха в трубке в сечении перед шариком;

- площадь шарика, где D - диаметр шарика. Учитывая, что

где G - массовый расход воздуха;

F - площадь сечения трубки перед шариком, получаем:

.-2 С,

G 1 J УЪ 2 ™ 8 S11W.

й

Для получения линейной зависимости меясду углом о наклона и положением шарика относительно конца труби 1 необходимо соблюдение зависимости

1 - 1 Kfli ,

где К - коэффициент чувствительности;

(,- длина трубки. После преобразований получаем

40

1о - 1

sin 35

где С у { ё коэффициент пропорциональности

Например, выбрав К 0,01 м/ град принимают ,3, ,

m

- .10- кг для

-f .5,.

стального шарика. Так как давление в трубке практически равно атмосферному р, 1,17 кг/м . Расход воздуха . принимают G 0,02 кг/с, следовательно, получают С 5,25-10 м . И, например,-выбрав 1о 0,9 м, получа-. ют, что площадь сечения трубки от первого конца ко второму .изменяется по закону

- 5. 25-10

Т7 - , г I. г г

jsin

Профиль трубки при круглом сече- НИИ для указанного закона приведен на фиг,1,

3131878

Площадь сечения при 1 1 выбирается из требований к необходимой точности измерений на малых уклонах и габаритам устройства.

. Чувствительность устройства повы- та1ется до требуемого значения без потери его работоспособности путем соответствующего выбора длины трубки,

Формула изобретения fO

Устройство для измерения углов накло.на, содержащее прозрачную трубку, шарик, размещенный в ней с возможностью перемещения вдоль оси труб- /5 ки, и индикатор, отличающееся тем, что , с целью повышения чувствительности тбчностной характе- ристики, оно снабжено источником и стабилизатором-расхода сжатого воз- 20

духа, соединенньгм с первьм концом трубки, второй конец которой вьшол- нен открытым, поперечное сечение F трубки вьтолнено переменным, причем его изменение от первого конца трубки к второму подчинено зависимости

{

sin

1о -, 1

к

С - коэфициент пропорциональности, м ;

К - коэффициент чувствительности, м/град; .

1 - расстояние до плоскости сечения от первого конца трубки, м;

1( - длина трубки, м.

Изобретение может быть использовано в измерительных блоках робо- тотехнических комплексов. Цель изобретения - повьппение чувствительности устройства и стабильности точностной характеристики. Источником 6 сжатого воздуха -через стабилизатор I расхода в трубке 2 создается воздушный поток, удерживающий шарик 4 на наклонной поверхности 7. Положение шарика 4 относительно конца трубки 2 определяется углом наклона поверхности 7 и фиксируется индикатором 5. Вьшолне- ние поперечного сечения трубки переменным обеспечивает линейность измерений. 2 ил. с € СС сх ч 00 оо Фиг.1

tfigsinoi

Редактор И. Горная

Составитель В. Лыков Техред А.Кравчук . Корректор Т, Колб

Заказ 2496/31Тираж 677Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий П3035, Москва, Ж-35, Раущская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проек1ная, Д

Фиг.2