Устройство для измерения углов наклона Советский патент 1992 года по МПК G01C9/22 G01C5/04 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике,а именно к устройствам для измерения угловых смещений объектов относительно вертикали, и может быть использовано в машиностроении, энергетике, строительстве, геологоразведке, горном деле.

Цель изобретения - повышение точности.

На чертеже представлено устройство, общий вид.

Устройство содержит корпус 1 в виде незамкнутой кольцевой трубки, образующей первую и вторую измерительные трубки, частично заполненные жидкостью 2. В средней части корпус снабжен герметичной перегородкой 3, а в нижней части обвЬдным каналом 4, замыкающим кольцевую трубку 1 в месте заделки пьезопреобразователей 5 в эту трубку. Сообщение воздуха 6 в незаполненной части кольцевой трубки 1 осуще- ствляется посредством перепускных каналов 7 и 8, которые одним концом заделаны соответственно в кольцевую трубку 1 по разные стороны перегородки 3, а другим концом в емкость 9, частично заполненную жидкостью 10 и жестко связанную с корпусом посредством, например, кронштейнов 11. Емкость 9 разделена перегородкой 12 на два отсека 13 и 14 равного объема, при этом в нижней, погруженной в жидкость части перегородки 12 выполнено сквозное отверстие 15, Нижний конец перепускного канала 7 из первой измерительной трубки, заделан во второй отсек 13 емкости 9. а нижний конец перепускного канала 8 из второй измерительной трубки, заделан первый отсек 14 емкости 9.

Пьезопреобразователи 5, размещенные по торцам измерительных трубок подключены к генератору электрических импульсов 16, а выходы пьезопреобразователей связаны с измерительным устройством 17, которое включено по дифференциальной схеме и является частью отсчетного блока (не обозначен).

Геометрические параметры угломера - радиус кривизны RK измерительных трубок, внутренний радиус Re емкости и внутренний радиус RT измерительных трубок связаны соотношением:

R 2 .Ri

Устройство работает следующим образом,

При наклоне корпуса угломера на угол а, нарушается статическое равновесие жидкостей 2 и 10, что приводит к изменению их уровня. При этом перемещение жидкости 2 в кольцевой трубке 1 осуществляется посредством обводного канала 4. Перемещение жидкости 10 в емкости 9 осуществляется посредством сквозного отверстия 15 в перегородке 12. В результате изменения уровня жидкости 10 в отсеках 13 и 14 емкости 9,происходит вытеснение воз0 духа 6 из одного отсека и всасывание его в другой отсек. Таким образом создается разность давлений в соседних относительно герметичной перегородки 3, измерительных трубках, которая приводит к принудитель5 ному перемещению жидкости 2 в этих трубках до состояния статического равновесия жидкостей 2 и 10.

Геометрические размеры угломера подобраны так, что уменьшение объема неза0 полненной жидкостью части второго.отсека 13 и увеличение объема незаполненной жидкостью части первого отсека 14, в точности равно увеличению и уменьшению объемов в незаполненных жидкостью частях

5 кольцевой трубки 1, образующих соответственно первую и вторую измерительные трубки. Таким образом, новое положение жидкостей 2 и 10 характеризуется тем, что независимо друг от друга они сами по себе

0 статически уравновешены и не создают обратного давления друг на друга через воздух 6. После этого включается система ультразвуковой локации уровня жидкости 2 в коль5 цевой трубке 1. Генератор импульсов 16 возбуждает Пьезопреобразователи 5. Измерительное устройство 17 выделяет разность временных интервалов прохождения ультразвуковых импульсов до границы раздела

0 воздух 6 - жидкость 2 и обратно. Выделенная разность интервалов времени пропорциональна углу наклона корпуса угломера. С целью предотвращения сообщения воздуха 6 в емкости 9 отверстие 15 в пере5 городке 12 выполнено в ее погруженной в жидкость 10 части, а сама перегородка по периметру герметична. С целью избежания влияния колебаний уровня жидкости 10 в отсеках 13 и 14 на скорость перетекания ее

0 через отверстие 15, последнее выполнено в возможно более низкой части перегородки 12, где колебания существенно слабее. Путем выбора диаметра отверстия 15 можно добиться нужной скорости перетекания,

5 жидкости 10 с целью увеличения динамической стабильности угломера при частотных помехах.

С целью максимального использования длины кольцевой трубки 1 для движения гравитационно-чувствительной границы раздела воздуха 6 - жидкость 2. обводной

канал 4 замыкает трубку 1 в месте заделки пьезопреобраэователей 5, а верхние устья перепускных каналов 7 и 8 расопложены возможно ближе к герметичной перегородке 3 по левую и правую от нее стороны.

Уровень жидкости 10 в емкости 9 выбирается с таким расчетом, чтобы при максимально возможном значении угла наклона угломера а , жидкость 10 не перекрывала нижние устья перепускных каналов 7 и 8.

В целях избежания обратного давления столба жидкости 2 в кольцевой трубке 1 на жидкость 10 в специальной емкости 9, радиус кривизны RK кольцевой трубки выбран таким, что при любом угле наклона корпуса угломера, в пределах заданного диапазона, жидкость в кольцевой трубке 1 сама по себе может находиться в состоянии статического равновесия.

Эффективность измерений можно повысить, если выполнить описанную емкость в виде усеченной сферы. В этом случае, в пределах сферической поверхности, изменения отношения объемов вытесняемого воздуха к единице углового смещения не будет, и отпадает необходимость в специальной градуировке шкалы угломера. Для сохранения этого эффекта при наклонах угломера в разные стороны, уровень жидкости выбирается в плоскости максимального диаметра специальной емкости.В случае, когда требуется высокая разрешающая способность на единицу углового смещения, приходится выбирать большие радиусы RK кривизны кольцевой трубки. При ограниченных габаритах угломера, скажем при условии максимального

диаметра 4 см, кольцевая трубка используется только на верхнем, почти горизонтальном участке длиной также 4 см. В этом случае, с целью сохранения формы мениска

на границе раздела воздух - жидкость, экспериментально подбирается пара материал трубки - жидкость с таким расчетом, чтобы добиться максимального эффекта поверхностного натяжения мениска. . Например такой парой могут быть фотопласт - вода или ртуть - стекло.

Формула изобретения Устройство для измерения углов наклона, содержащее отсчетный блок, емкость с

первым и вторым отсеками равного объема, частично заполненными жидкостью и сообщающимися по жидкости между собой, и первую и вторую измерительные трубки, частично заполненные жидкостью и сообщающиеся по жидкости между собой, при этом верхние части первой и второй измерительных трубок сообщены соответственно с вер- ними частями второго и первого отсеков, отличающееся тем, что, с целью

повышения точности, емкость выполнена в виде усеченной сферы, а измерительные трубки выполнены кольцевыми с радиусом кривизны RK. определяемым из выражения

2 Ri

R

где Re - внутренний радиус емкости; Rr - внутренний радиус измерительных трубок.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и служит для изме-ЛЬ -L рения угловых смещений объекта. С целью повышения точности емкость 9, содержащая два сообщающихся по жидкости отсека 13 и 14. выполнена в виде усеченной сферы. Две сообщающиеся по жидкости измерительные трубки образуют кольцевую трубку 1, причем воздушные полости первой и второй измерительных трубок сообщены соответственно с воздушными полостями второго и первого отсеков. Данное выполнение позволяет избежать обратного давления столба жидкости 2 в кольцевой трубке 1 на жидкость 10 в емкости 9 и. как следствие, обеспечить состояние статического равновесия жидкости в измерительных трубках при любых углах наклона. 1 ил. со С XI О СО о XI