Емкостный датчик угла наклона Советский патент 1992 года по МПК G01B7/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности для измерения угла наклона объекта в пространстве относительно вертикального положения.

Известен емкостный датчик угла наклона, содержащий корпус с выполненной из изоляционного материала герметизированной камерой, наполовину заполненной электропроводящей жидкостью, две электропроводные полусферические обкладки, изолированные одна от другой и от корпуса и прилегающие к наружной поверхности изоляционной стенки камеры, и электрический проводник, находящийся в постоянном электрическом контакте с электропроводящей жидкостью.

Недостатками известного датчика являются низкие надежность и точность, обусловленныеегозначительнойчувствительностью к вибрациям и случайным помехам, вызванным, например, резким изменением угла наклона или резким движением объекта, что приводит к возмущениям, в частности к колебательным движениям, электропроводящей жидкости или к деформациям ее свободной поверхности (к появлению на свободной поверхности волн). При этом значения этих возмущений велики вследствие большого количества и большой массы жидкости, а также большой свободной поверхности и, подвергающейся деформациям. Кроме того, в конструкции датчика не обеспечивается приемлемое время успокоения возмущенной электроVIСО

VI ю о

о

проводящей жидкости, что не позволяет получать оперативную информацию о фактическом угле наклона объекта.

Цель изобретения - повышение надежности и точности путем уменьшения чувствительности к вибрациям, случайным помехам и резким ударам.

Поставленная цель достигается тем, что в емкостном датчике угла наклона, содержащем корпус с выполненной из изоляционного материала герметизированной камерой, наполовину заполненной электропроводящей жидкостью, две электропроводные полусферические обкладки, изолированные одна от другой и от корпуса и прилегающие к наружной поверхности изоляционной стенки камеры, и электрический проводник, находящийся в постоянном электрическом контакте с электропроводящей жидкостью, камера выполнена в виде двух концентричных сферических оболочек разного диаметра, а электрический проводник выполнен в виде шести электрически соединенных между собой стержней, установленных попарно симметрично относительно центра сферических оболочек в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

На чертеже представлен емкостный датчик угла наклона, разрез.

Датчик содержит металлический корпус 1 с изоляционным слоем 2 на его внутренней поверхности, крышкой 3 и изоляционной прокладкой 4. Внутри корпуса размещены две электропроводные обкладки 5 и 6 конденсатора, изолированные одна от другой прокладкой 7 и плотно охватывающие своими профилированными по полусфере торцами наружную поверхность стенки сферической оболочки 8 герметизированной камеры 9, выполненной в виде полости между двумя размещенными кон- центрично одна в другой сферическими обо- лочками 8 и 10 разного диаметра и заполненной наполовину электропроводящей жидкостью 11, например ртутью. Эта жидкость образует средний подвижный электрод конденсатора и находится в постоянном электрическом контакте хотя бы с одним из шести электрически соединенных между собой и установленных попарно-симметрично в трех взаимно перпендикулярных плоскостях стержней 12 проводника 13, являющегося выводом датчика. Электрические проводники 14 и 15 являются другими выводами датчика,подсоединенными к обкладкам 5 и 6 конденсатора. Датчик закрепляется (устанавливается) на объекте (не показан) в вертикальном положении.

Датчик работает следующим образом.

При отклонении объекта от вертикального положения на угол а изменяются емкости С&-И и Се-11 между его обкладками 5 и 6 и электропроводящей жидкостью 11 соответственно. При а 0 емкость Се-п является максимальной, a Cs-11 - минимальной, при а 90° , т. е, при горизонтальном положении датчика, емкости С5-11 Сб-11. При дальнейшем увеличении угла а вплоть до

180° емкость Cs-11 продолжает увеличиваться, достигая максимума, а емкость Се-п уменьшается до минимума. Изменение электрических емкостей и их соотношений могут измеряться электрическим способом,

например включением емкостей Cs-n и Се-п в контуры автогенераторов. Частоты автогенераторов, измеренные, например, цифровыми средствами, несут информацию об изменении угла наклона объекта. Диапазон измерения углов без учета знака угла наклона относительно вертикальной оси Y составляет t180J.

Выполнение герметизированной камеры 9 данной геометрической формы позволяет увеличивать устойчивость электропроводящей жидкости 11 при вибрациях и случайных помехах, а также при резком измерении угла а. наклона объекта и при его резких движениях. При этом достигается также уменьшение времени успокаивания возмущенной вышеперечисленными факторами электропроводящей жидкости. Все это приводит к повышению надежности и точности измерений датчика, что позволяет использовать его в экстремальных условиях работы.

Для дальнейшего уменьшения чувствительности датчика к вибрациям и случайным помехам полость камеры 9 заполняют неэлектропроводящей жидкостью, в которую добавляют электропроводящую жидкость, не смешивающуюся с первой с большей удельной массой. Обе жидкости должны полностью заполнить полость камеры.

Использование датчика позволит увеличить точность измерений, получать информацию о фактических значениях углов наклона за более короткий промежуток времени (при возмущениях электропроводящей жидкости), а также использовать для измерения углов наклона объектов, работающих в экстремальных условиях (наличие вибраций, помех, резких движений). Формула изобретения

Емкостный датчик угла наклона, содержащий корпус с выполненной из изоляционного материала герметизированной камерой,наполовину заполненной электропроводящей жидкостью, две электропроводные полусферические обкладки, изолированные одна от другой и от корпуса и прилегающие к наружной поверхности изоляционной стенки камеры, и электрический проводник, находящийся в постоянном контакте с электропроводящей жидкостью, о т- личающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности путем уменьше- ния чувствительности к вибрациям,

случайным помехам и резким ударам, камера выполнена в виде двух концентричных сферических оболочек разного диаметра, а электрический проводник выполнен в виде шести электрически связанных между собой стержней, установленных попарно симметрично относительно центра сферических оболочек в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угла наклона объекта в пространстве относительно вертикального положения. Целью изобретения является повышение надежности и точности емкостного датчика угла наклона путем уменьшения чувствительности к вибрациям, случайным помехам и резким движениям. Датчик содержит герметизированную камеру 9, выполненную в виде полости между двумя размещенными концентрично одна в другой сферическими оболочками 8 и 10 разного диаметра, а электрический проводник 13 выполнен в виде шести электрически соединенных между собой стержней 12, установленных попарно-симметрично в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и обеспечивающих постоянство электрического контакта проводника 13с электропро- водящей жидкостью 11, наполовину заполняющей камеру 9, при любом угле наклона датчика. При наклоне объекта диффе- ренциально изменяется емкость между полусферическими обкладками 5, 6 датчика, охватывающими снаружи стенки камеры 9 и проводником 13, являющимся средним выводом емкостного датчика угла. 1 ил. Ё

/5