Устройство для измерения угловой скорости Советский патент 1990 года по МПК G01P3/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования угловой скорости в электрический сигнал„

Целью изобретения является повышение ресурса работы устройства

На чертеже изображено схематично устройство для измерения угловой скорости.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1 из диэлектрика, заполненный рабочей жидкостью 2 (окислительно-восстановительный электролит), В одном из торцов корпуса 1 установлен электромеханический насос, выполненный, например, в виде плунжерной пары: плунжера 3, содержащего ферромагнитный сердечник, намагниченный по оси, и цилиндрической втулки 4. Снаружи втулку 4 охватывает электрокатушка 5, подключенная к генератору 6 пилообразного напряжения и образующая управляющий вход насоса. Выходное сопло 7 электромеханического насоса выполнено цилиндрическим и в него встроен электрод - анод 8, подключенный к положительному полюсу источника 9 питания постоянного тока. Считывающие электроды 10 встроены в противоположный конец корпуса 1. Они выполнены в виде стержней, ориентированных ортогонально стенке торца, и расположены симметрично относительно оси корпуса 1. Электроды 10 подключены через высокоомные сопротивления (нагрузочные резисторы) 11 к от рицательному полюсу источника 9 питания. К резисторам 11 подключен блок 12 измерения, выполненный, например, в виде измерителя временных интервалов, управляемого импульсами э лек три ческого напряжения на входе. На цилиндрической поверхности корпуса 1 установлен сетчатый дополнительный электрод - катод 13, подключенный к

5

0

5

0

5

0

5

0

5

отрицательному полюсу источника 14 питания постоянного тока.

Устройство работает следующим образом.

Поскольку между катодами 10 и 13 и анодом 8 приложено электрическое напряжение от источников 9 и 14 питания, через электролит протекает электрический ток. На катодах 10 и 13 при этом происходит электрохимическая реакция восстановления, а на аноде 8 - реакция окисления, причем для используемой рабочей жидкости 2 указанные реакции протекают обратимо, что обеспечивает увеличение ресурса работы устройства. Лимитирующей стадией протекания тока через рабочую жидкость 2 является диффузия деполяризатора от анода 8 в сопле насоса 7 до катодов 10 и 13. При подаче на катушку 5 насоса пилообразного напряжения от генератора 6 ток, протекающий через катушку 5, создает магнитное поле внутри втулки 4„ Под действием магнитного поля плунжер 3, являющийся постоянным магнитом, периодически перемещается между крайними положениями. Причем в соответствии с прикладываемым пилообразным напряжением движение плунжера 3 в направлении выходного сопла 7 быстрее, а в обратном направлении медленнее. В результате происходит быстрое выталкивание плунжером 3 порции жидкости из сопла 7 в цилиндрическую часть корпуса 1« В соответствии с законами гидродинамики струя жидкости при выходе из сопла 7 формируется в виде вихревого кольца, ось которого совпадает с осью корпуса. Кольцо движется по инерции от сопла 7 к противоположному торцу, на котором расположены считывающие электроды JO. Причем вихревое кольцо содержит порцию жидкости из сопла с избыточным содер515

жанием окисленной формы электролита. Зона повышенной концентрации окисленной формы (деполяризатора) имеет форму вихревой трубки кольца (тора) и пе перемешивается вместе с кольцом. Когда вихревое кольцо достигает торца корпуса 1, то оно резко тормозится, при этом радиус кольца быстро увеличивается и зона повышенной кон- центрации деполяризатора проносится жидкостью вблизи считывающих электродов 10. В-момент прохождения зоны вблизи электрода 10 ток через него возрастает и на нагрузочном резисто- ре 11 происходит импульсное изменение напряжения о В результате на вход блока 12 измерения поступает управляющий импульс напряжения. Для пары противоположных электродов 10 первьй импульс запускает счет времени блока 12 измерения, а второй останавливает, причем блок 12 знакочувст- вителен к последовательности импульсов с пары электродов 10. Другая па- ра электродов 10 работает точно также, а сигналы с резисторов 11 поступают на второй вход блока 12 измерения .

Расширяясь, вихревое кольцо пере- носит остатки деполяризатора к цилиндрической стенке корпуса 1 и дополнительному катоду 13, на котором деполяризатор восстанавливается. Если угловая скорость, вектор которой перпендикулярен оси корпуса, равна нулю, то кольцо движется по оси корпуса и при его торможении у торца импульсы тока на всех четырех электродах 10 возникают одновременно. В ре- зультате блок 12 измерения показывает нулевое значение временного интервала между импульсами, соответствующее отсутствию угловой скорости. Если угловая скорость в указанном направлении не равна нулю, то вихревое кольцо смещается относительно оси корпуса 1 в направлении действия силы Кориолиса (например, по прямой, соединяющей одну из пар электро- дов 10). В результате импульс тока одного из электродов 10 опережает им

Q 5 0 5

0 д 5 0

5

36

пульс другого, а блок 12 измерения отмечает соответствующий временной интервал между импульсами. Величина временного интервала соответствует величине угловой скорости, поскольку величина силы Кориолиса пропорциональна величине угловой скорости. При изменении направления угловой скорости последовательность импульсов с пары электродов 10 меняется и блок 12 измерения приписывает противоположный знак измеряемому временному интервалу. После выталкивания порции жидкости плунжер 3 медленно возвращается в исходное крайнее положение под действием магнитного поля катушек 5, Затем выталкивается следуюшая порция жидкости после затухания течения жидкости в корпусе и восстановления избыточной концентрации деполяризатора в сопле 7 у анода 8, т.е. процесс измерения угловой скорости периодически возобновляется.

Формула изобретения

Устройство для измерения угловой скорости, содержащее цилиндрический корпус из диэлектрика, заполнешшш рабочей жидкостью, на противоположных торцах внутренней поверхности которого установлены основной электрод, подключенный к положительному полюсу источника питания, и два считывающих электрода, подключенных через высокоомное сопротивление к отрицательному полюсу источника питанияs а также блок измерения, подключе Ч мй к считывающим электродам, отличающееся тем, что, с целью повышения ресурса работы, в него введены дополнительный электрод, подключенный к отрицательному полюсу источника питания и электромагнитный насос, обмотка возбуждения которого подключена к генератору пилообразного напряжения, причем в качестве рабочей жидкости используется окислительно-восстановительный электролит, считывающие электроды ныполнены в виде стержней, а основной - пектрод установлен в выходном сспле насоса.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловой скорости вращения объекта. Целью изобретения является повышение ресурса работы устройства. При подаче от генератора 6 пилообразного напряжения управляющего импульса на катушку 5 плунжер 3 выталкивает из выходного сопла 7 электронасоса порцию жидкости в виде кольца, распространяющегося при отсутствии угловой скорости в рабочей жидкости 2 по оси диэлектрического корпуса 1 к считывающим электродам 10. При наличии угловой скорости на кольцо жидкости воздействует корриолисово ускорение, смещающее кольцо ближе к одному из считывающих электродов 10. Это чувствует измерительный прибор 12, проградуированный в единицах угловой скорости. При приближении к торцовой стенке кольцо жидкости тормозится и расширяется, достигая при этом дополнительного электрода-катода 13. Поскольку в качестве рабочей жидкости 2 используется окислительно-восстановительный электролит, то ресурс работы устройства увеличивается по сравнению с прототипом. 1 ил.