Измеритель линейных и угловых перемещений Советский патент 1992 года по МПК G01B17/00 

Ј

Изобретение относится к измерительной и экспериментальной технике и может быть использовано для контроля, измерения и регистрации линейных и угловых перемещений подвижных объектов или механизмов с ограниченным участком перемещения. Цель изобретения - повышение точности измерителя и расширение области его применения за счет возможности измерения в любой среде, а также измерения угловых перемещений. Для этого в измеритель введены переходная цилиндрическая втулка и измерительный наконечник, закрепленный на втулке так, что температурные приращения длин наконечника и переходной втулки компенсируются, сохраняя неизменным расстояние между отражателем и торцом измерительного наконечника. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной и экспериментальной технике и может быть использовано для контроля, измерения и регистрации линейных и угловых перемещений подвижных объектов или механизмов с ограниченным участком перемещения. ,

Известен датчик линейных перемещений, содержащий эхоимпульсный измеритель времени прохождения ультразвукового сигнала до объекта и обратно, две дополнительные отражающие плоскости, находящиеся на известном расстоянии друг от друга, дополнительное устройство для определения интервала времени между эхоимпульса- м.и, пришедшими от этих плоскостей, а по интервалу времени - скорость звука в данный момент времени и исключить частичное влияние температуры на результаты измерений..;.. Недостатком известного датчикиi является необходимость выдерживать доста- трчно большим расстояние между отражающими дополнительными плоскостями для того, чтобы с необходимой точностьюизмерить разностьвремени пробега между ними, при этЪм необходимо вводить термокомпенсатор Дополнительной акустической базы, дополнительный электронный тракт, что приводит к неоправданной сложности электронного блока датчика и его меха но-зкустичёс ко го тракта, боль .щ ой трудоемкости изготовления .неудобству пользования и, несмотря на текущее определение скорости звука, большая погрешность из-за некомпенсированной дополнительной акустической базы и сложности точного вычисления скорости звука, так как скорость звука зависит не только от температуры, но и от наличия примесей и

VI

ся

о

4 СЛ 00

газонасыщенности, особенно углекислым газом

Наиболее близким к изобретению является измеритель скорости звука, содержащий корпус, обратимый электроакустический преобразователь и установленный соосно ему отражатель, протектор, электронный блок, внутренний и внешний компенсационные цилиндры, подвижную и неподвижную опоры, электроакустический преобразователь закреплен на внутреннем компенсационном цилиндре

Недостатком этого измерителя является непригодность для измерений линейных перемещений вне жидких сред, отсутствие термобарокомпенсированного наконечника для предварительного размещения измеряемого объекта и измёритёл я на необходимом расстоянии друг от друга, невозможность измерять углов ые пе р е1иеще- ния объекта, наличие большой погрешности из-за температурного дрейфа скорости звука в обычных жидких средах.

Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения за счет возможности измерения угловых перемещений.

Это достигается тем, что известное устройство, содержащее корпус, обратимый электроакустический преобразователь и установленный соосно ему отражатель, протектор, электронный блок, внутренний и внешний компенсационные цилиндры, подвижную и неподвижную опоры, электроакустический преобразователь закреплен на внутреннем компенсационном цилиндре, снабжено закрепленным на внешнем компенсационном цилиндре, через переходную втулку, измерительным наконечником, осью вращения отражателя, жестко закрепленной в его центре, установленной в корпусе измерительного наконечника, выполненный по периметру боковой поверхности отражателя штифтами, ограничителем перемещения отражателя относительно обратимого электроакустического преобразователя, размещенным между преобразователем и отражателем на внутренней, стороне внешнего компенсационного цилиндра, упругой цилиндрической оболочкой, образующей замкнутый объем между преобразователем и отражателем, отражатель подпружинен относительно ограничителя, на внутренней стороне внешнего компенсационного цилиндра выполнены пазы, а штифты отражателя размещены в пазах с зазором.

На чертеже изображен предлагаемый измеритель.

Измеритель состоит из цилиндрического корпуса 1, в котором расположен электронный блок 2 измерителя, в торце цилиндрического корпуса 1 расположен

электрически соединенный с электронным блоком 2 обратимый электроакустический преобразователь 3 защищенный протектором 4. корпусе 1 размещены соосно ему тонкостенные внутренний 5 и внешний 6

0 компенсационные цилиндры Выполненный в виде плоского диска отражатель 7 соединен штифтами 8 и внешним цилиндром 6 и может перемещаться в пазах 9 внешнего компенсационного цилиндра 6 вдоль

5 оси измерителя при вращении отражателя 7. Измерительный наконечник 10 установлен на переходной втулке 11 Угловое пере- мещение контролируемого объекта передается через ось 12 Упругий элемент

0 13 размещен между отражателем 7 и измерительным наконечником 10, устраняя люфт и поджимая отражатель 7 в исходном положении к ограничителю 14

Измерительный наконечник 10 соеди5 нен с переходной втулкой 11 и внешним компенсационным цилиндром 6 опорами 15 и 16 Упругая в осевом направлении оболочка 17 герметично соединена с отражателем 7 и протектором 4 Образованный оболоч0 кой 17, отражателем 7 и протектором 4 герметичный объем частично заполнен контактной жидкостью 18, Внутренний компенсационный цилиндр 5 закреплен на корпусе 1 измерителя стопорными винтами 19.

5 На внешней стороне внутреннего компенсационного цилиндра 5 в пазах двухзаход- ной ходовой резьбы размещены в отверстиях перемещаемой опоры 20 фиксаторы 21.

0

Измеритель работает следующим образом.

Измерительный наконечник 10 фиксирует исходное положение измеряемого объ5 екта. На выходе измерителя появляется частота, соответствующая положению измерительного наконечника 10, соответствующая величине акустической базы в этом положении измерительного наконечника

0 10, При изменении температуры окружающей среды частота выходного сигнала не изменится, так как акустическая база термо- компенсирована, также термокомпенсиро- вано положение торца измерительного

5 наконечника 10 относительно плоскости, ограничивающий акустическую базу со стороны отражателя 7. В качестве КОНТРКТНОЙ жидкости 18, частично заполняюще i герметичный объем между протектором 4 и отража- телем 7, применяются растворы скорость

звука в которых в определенных температурных интервалах постоянна.

При изменении линейного перемещения внешний компенсационный цилиндр 6 перемещается перемещаемой опорой 20 до касания торцом измерительного наконечника 10 нового положения объекта. При этом приращение расстояния до объекта Д10 вызывает приращение длины акустической базы на 2 Л 0. что соответственно визы- вает увеличение времени пробега ультразвукового импульса в контактной жидкости 18 и, в свою очередь, уменьшение частоты следования зондирующих импульсов в синхрокольце. Так как плоскость торца изме- рительного наконечника 10 относительно рабочей плоскости отражателя 7 остается на одном и том же удалении, независимо от воздействия температуры, погрешность при измерении линейных перемещений обусловлена, в основном, изменением рости звука в контактной жидкости, ч

От величины люфтов в подвижных соединениях показания измерителя не зависят.

Термокомпенсация торца измерительного наконечника 10 осуществляется применением переходной втулки 11, из материала с таким значением ТКЛР. соединенная опорой 15 на внешнем компенсаци- онном цилиндре б у одного своего торца, в плоскости, ограничивающей акустическую базу со стороны отражателя 7, а у другого своего торца соединенная опорой 16 с измерительным наконечником 10, причем расстояние между опорами 15 и 16 устанавливается таким, что образуется компенсационное плечо, температурное приращение которого равно по величине и противоположного направления температурному при- ращению измерительного наконечника 10 от места соединения его с переходной втулкой 11 и, значит, от плоскости, ограничивающей акустическую базу со стороны отражателя 7 до своего торца.

В связи с. этим измерительный наконечник 10 не ограничен своим линейным размером и может быть выполнен не только необходимой длины, но и представлять собой тонкий гибкий элемент, позволяющий контролировать положение объекта, доступ к которому ограничен, или, в виде составного, из шарообразных элементов, помещенных в гибкую оболочку, для кон тролирования положения объекта, разме- щенного, например, внутри вакуумной камеры, причем перемещение объекта может производиться самим измерителем, с передачей усилия перемещения через сильфон, торец которого герметично закрыт крышкой, выполненной из того же материала, что и измерительный наконечник 10. а толщина крышки входит в длину его плеча.

Угловое перемещение измеряется следующим образом. Отражатель 7 в виде диска выполнен с возможностью перемещения вдоль оси измерителя относительно плоскости, ограничивающей длину термоком- пенсированной акустической ба :ы пропорционально углу своего поворота, вызванного поворотом исследуемого объекта, с которым связан отражатель 7, например, шлицевой осью 12, на которой перемещается исследуемый объект.

Например, на внутренней поверхности внешнего компенсационного цилиндра 6 в место размещения отражателя 7 выполнена двухзаходная ходовая резьба 9 с таким шагом, что за один оборот отражатель 7 отходит от плоскости, ограничивающей длину термокомпенсированной акустической базы, что позволяет уверенно отслеживать угол поворота с необходимой точностью. На боковой поверхности отражателя 7 по его диаметру установлены штифты 8, входящие в пазы 9 в двухзаходной ходовой резьбы, причем отражатель 7 в исходном положении совмещен своей плоскостью с плоскостью, ограничивающей длину термокомпенсированной акустической базы и поджат упругим элементом 13 в ограничитель 14, помещенный внутри внешнего компенсационного цилиндра 6. Один виток двухзаходной ходовой резьбы 9 может быть снабжен пазами, сбрасывающими отражатель 7 после одного оборота в исходное состояние. В качестве упругой оболочки 17 применен сильфон из полимерных материалов, возможно применение гофрированных обрезиненных рукавов.

Јля обеспечения свободного хода измерителя герметичный объем заливается частично контактной жидкостью, при минимальной длине акустической базы.

Использование изобретения позволяет измерять помимо линейного перемещения объекта угловое перемещение, использовать измерительные наконечники разнообразной формы и длины для измерений или перемещений на необходимое расстояние измеряемых объектов, размещенных в труднодоступных местах, или герметичных объемах без нарушения герметичности при сохранении точности измерений.

Формула изобретения 1. Измеритель линейных и угловых перемещений, содержащий корпус, обратимый электроакустический преобразователь

и установленный соосно ему отражатель, протектор, электронный блок, внутренний и внешний компенсационные цилиндры, подвижную и неподвижную опоры, электроакустический преобразователь закреплен на внутреннем компенсационном цилиндре, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, расширения области применения за счет возможности измерения в любой среде и измерения угловых перемещений, он снабжен закрепленным на внешнем компенсационном цилиндре через переходную втулку измерительным наконечником, осью вращения отражателя, установленной в корпусе измерительного наконечника и жестко закрепленной в его центре, выполненными по периметру боковой поверхности отражателя штифтами, ограничителем перемещения отражателя

относительно обратимого электроакустического преобразователя, размещенным между преобразователем и отражателем на внутренней стороне внешнего компенсационного цилиндра, упругой цилиндрической оболочкой, образующей замкнутый объем между преобразователем и отражателем, отражатель подпружинен относительно ограничителя, на внутренней стороне внешнего компенсационного цилиндра выполнены пазы, а штифты отражателя размещены в пазах с зазором,

/