Устройство для измерения углов наклона Советский патент 1988 года по МПК G01C9/22 

И

12

ГЗ

/;

(Л

с:

Изобретение может быть использовано на морских объектах в условиях качки и позволяет повысить точность измерений. На свободно подвешенном маятнике 6 симметрично относительно его оси под углом закреплены одинаковые вакуумированные U-образные трубки 12,13, заполненные ртутью. При работе устройства в условиях качки маятник 6 обеспечивает измерение углов наклона объекта, производимое по измерительным шкалам 10, )4 и 15. С помощью трубок 12,13 определяется угол, на который отклоняется стержень маятника от отвесной линии при крене объекта. 2 ил.

1

/5

Фиг. 7

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для измерения углов наклона маятникового типа, и может быть использовано на морских объектах (кораблях, судах, плавучих гидрометеорологических станциях и других плавсредствах) в условиях качки.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг.1 схематично показано устройство для измерения углов наклона; на фиг.2 - схема сиЛ, действующих на маятник при качке.

Устройство для измерения углов наклона содержит сообщакщиеся сосуды 1, соединенные трубкой 2 с регулируемым дроссельным игольчатым клапаном 3. Верхние части сосудов 1 герметизированы и присоединены воздухопроводами 4 к жидкостному дифманометру 5 и-образного типа, который укреплен на механическом маятнике 6, свободно подвешенном на оси 7 и снабженном в своей нижней части грузом 8. Дифмано- метр 5 имеет измерительную шкалу 9, которая предназначена для измерения статического наклона объекта, т.е. для измерения статического крена или дифферента, в зависимости от того, в какой плоскости установлено устройство. Маятник 6 имеет измерительную шкалу 10, предназначенную для измерения динамического наклонения объектА Присоединительные воздухопроводы 4 . выполнены с гибкими вставками 11, обеспечивающими свободу качания механического маятника 6 в пределах углов Наклона объекта. На маятнике 6 слева и справа наклонно под углом о6/2 и симметрично относительно оси маятника в плоскости его качания закреплены одинаковые вакуумированьые и заполненные ртутью трубки 12 и 13 и-образного типа, у которых один конец заглушен, а другой открыт для сообщения с атмосферным давлением. При этом трубки 12 и 13 установлены в плоскостях, перпендикулярных плос- кости качания маятника 6 (т.е. перпендикулярно плоскости чертежа (фиг.1), где колено условно показано прерывистыми линиями, а концы трубок разнесены). Трубки 12 и 13 имеют измерительные шкалы 14 и 15 соответст- вешно, которые предназначены для измерения уровней ртути в трубках 12

и 13 в целях определения угла отклонения маятника 6 от отвесной линии. Устройство для измерения углов

наклона морского объекта работает следующим образом.

Когда объект стоит на ровном киле, жидкость в сосудах 1 располагается .на одном и том же уровне в горизон0 тальной плоскости, дроссельный клапан 3 открыт и давление в верхних полостях сосудов 1 и воздухопроводах 4 одинаково. Поэтому дифманометр 5 находится в нулевом положении и от5 счеты по измерительной шкале 9 не производят. Не производят отсчеты и по измерительной шкале 10, так как ось маятника 6 в этом случае совпадает с отвесной линией. Не производят

0 также отсчеты по шкалам 14 и 15, так как при отвесном положении маятника 6 уровни ртути в трубках 12 и 13 одинаковы.

При статическом наклонении объек5 та устройство изменяет свое положение. При этом жидкость в сосудах начинает перетекать из верхнего сосуда в нижний. Ее движение подобно гидравлическому маятнику. Под действием об0 разовавшейся разности давлений в воздушных полостях сосудов 1 и воздухопроводов 4 дифманометр 5 изменяет показания пропорционально углу наклона,. который отсчитывают по шкапе 9.

5 Одновременно механический маятник 6 также откло1|яется от нулевого положения шкапы 10 на такой же угол, значение которого может быть отсчитано по этой шкапе. Так как в этом случае

0 маятник 6 остается в отвесном положении, уровни ртути в трубках 12 и 13 одинаковы и отсчеты по шкалам 14 и 15 не производят.

При измерении наклонений объекта

5 во время качки необходима регулировка устройства с помощью дроссельного клапаиа. Для проходное сечение трубопровода изменяют на заданную величину (постоянную для данного тип па объекта)., обеспечивающую минимальное перетекание рабочей жидкости в сосудах 1, обусловленное качкой объекта. Это позволяет измерять усредненные значения статического угла

5 наклона объекта по шкале 9 дифмано- метра 5.

При работе устройства в указанных динамических режимах механический маятник 6 обеспечивает измерение уг31 20369

ов наклона объекта, характеризующих

ме ны ок ве эт вы да кр

его качку в данной плоскости под воздействием переменных внешних возмущений При этом отсчеты производят по измерительным шкалам 10,14 и 15.

При качке MoipcKcro объекта механический маятник если он подвешен в точке, не совпадающей с центром качания корпуса объекта, показывает угол наклона объекта, не равный действительному.

На фиг.2 прямая ОА - след диаметральной плоскости морского объекта, наклонившегося при бортовой качке на угол If к вертикали, точка О - центр качания объекта, точка А - точка подвеса маятника, отстоящая от центра качания на расстояние г.

Производя отсчет по шкале маятни- ка (шкале 10), в действительности получают угол ср, , не равный ср . При этом (фиг.2) tf, q + utp; .

В общем случае это объясняется тем, что при кр.ене морского объекта на каждую единицу массы в точке А действуют ускорение силы тяжести g и ускорение а, обусловленное действием тангенциального aj- и радиального а., ускорений при колебательном

движении точки А при качке. Поэтому стержень маятника в каждый данный момент направляется не по направлению действия ускорения силы тяжести g, а вдоль равнодействующей R, т.е. отклоняется от отвесной линии на угол &Cf.

Неучет угла &Cf может привести к существенной погрешности в определении динамических углов наклона морского объекта.

Так, если маятник подвешен на расстоянии 2 м от центра качания морско- гр объекта, при качке с периодом 6с и амплитудой 25 погрешность опреде- ления динамического угла наклона достигает 5 .

Поэтому для определения углалср в устройстве на маятнике 6 установлены ртутные трубки 12 и 13 со шкалами 14 и 15, закрепленные наклонно под углом оС/2 симметрично относительно оси маятника. При этом для компенсации воздействия ускорения а на уровни ртути в трубках плоскости U- образного типа трубок 12 и 13 перпендикулярны плоскости качания маятника 6.

Если трубку и-образлого типа диаметром 7-10 мм с заглушенным (запаянным) одним концом, имеющим длину около 0,9 м, заполнить ртутью и перевернуть заглушенным концом вверх, в этом конце трубки ртуть опустится до высоты, соответствующей атмосферному давлению, действующего на ртуть в открытом конце трубки.

При наклоне такой трубки конец столба ртути остается на той же высоте над свободной поверхностью ртути, а длина столба становится при наклоне больше. Это объясняется тем, что давление зависит лишь от высоты столба жидкости, отсчитанной по вертака- ли.

Отсчеты длины барометрического столба, сделанные при вертикальном положении трубки Н, и при наклоне

ее на угол , т.е. связывает формула

в положении Н

я

ь

Н„ cos oi/2.

5

0

5

Шкалы 14 и 15, по которым отсчитывают длину барометрических столбов, связаны с трубками 12 и 13 соответственно. Поэтому при наклоне трубок 12 и 13 отсчеты по шкалам 14 и 15 получаются большими, чем при отвесном положении этих трубок.

Для длин столбов ртути Н ,2 и Н, в трубках 12 и 13

ЛЦ arctg

4j

.

(Н,1-ь Н

.1-1% .)

tg

з

0

0

5

где

ci/2 И., ,Н

13

установочный угол наклона трубок 12 и 13 относительно оси маятника 6;

отсчеты по шкалам 14 и 15 длин столбов ртути в трубках 12 и 13 соответственно.

Трубки 12 и 13 могут быть установлены наклонно относительно оси маятника 6 под различными углами /3 и . Например, если они наклонены в одну и ту же сторону, указанная зависимость имеет вид

Н 11 cos ft - Н ,3 cosif ucf arctg ---ll-J-I- - --l-J-Имея измеренный динамический угол наклона cf, и вычисляя Л( по измеренным уровням Н ,2 и НIJ с учетом уг:Га Ы./2, действительный динамический угол

11акл( морского объекта получают как If 4 i utf .

Формула изобретения

Устройство для измерения углов наклона, содержащее частично заполненные жидкостью сосуды, сообщающиеся по жидкости через трубку с дроссельным клапаном, а по воздуху через гибкую трубку - с дифференциальным

203696

и-образным манометром, закрепленным на маятнике, отличающееся тем, что, с целью повышения точности г измерений, оно снабжено двумя ваку- умировэнными и-образными трубками с ртутью, одним открытым концом закрепленными на маятнике симметрично и наклонно относительно его оси в плос- 10 костях, перпендикулярных плоскости маятника.

фи$.2