Устройство для определения углов наклона объектов Советский патент 1992 года по МПК G01C9/12 

Изобретение относится к области геодезического приборостроения и может быть использовано для определения углов наклона неподвижных и движущихся объектов относительно вертикали

Известно устройство для определения углов наклона объектов, состоящее из корпуса, маятника и поплавка с зубчатыми секторами, между которыми установлена шестерня, одновременно находящаяся с ними в зацеплении и кинематически связан ная с индикаторным прибором. Площади поверхностей маятника и поплавка, лерпен- дикулярные к плоскости их качения, а также их массы равны между собой, а корпус заполнен жидкостью

Недостатком данного устройства является низкая точность, обусловленная сложной, несимметричной формой поплавка и маятника, усложняющей вопрос балансировки, а также наличием зубчатой связи между поплавком и маятником с определенным К.П.Д.

Известно также техническое решение устройства для определения угла наклона объекта, содержащее основание, герметичный корпус, заполненный жидкостью и расположенную перпендикулярно к плоскости измерения в подшипниковых опорах основания, вторую и третью оси вращения, расположенные параллельно и симметрично относительно первой, маятник и поплавок с зубчатыми секторами, установленные на второй и третьей осях вращения и находящиеся в зацеплении с зубчатым венцом внутренней поверхности корпуса, четвертую ось вращения с установленным на ней поводком, связанным со второй и третьей осями вращения, и преобразователь угла поворота.

СлЭ

00

Недостатками данного технического решения являются сложность конструкции корпуса, содержащего зубчатый сектор, конструкция поплавка и маятника с зубчатыми секторами, усложняющими балансировку и являющимися причиной мертвого хода и дополнительной погрешности измерения. Недостатком данной конструкции является и наличие четырех осей вращения, причем исполнение параллельности которых и одновременной горизонтальности их расположения вызывают определенные затруднения и также являются причиной дополнительной погрешности.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является Уклономер, содержащий полый герметичный цилиндрический корпус с горизонтально расположенным центральным валиком. Внутренняя полость корпуса заполнена жидкостью. К центральному валику крепится поплавок и груз, выполненные одним узлом, причем, размещаясь в корпусе, заполненном жидкостью, под действием выталкивающей силы; поплавок располагается в верхней части корпуса.

Чувствительный элемент содержит ко- пирную поверхность на верхнем конце поплавка и линейный дифференциальный трансформатор на верхней части корпуса. Трансформатор сообщается электрической цепью с отсчетным устройством.

В данной конструкции вопросы балансировки решены несколько лучше, чем в выше описанных аналогах. Однако секторное сечение как поплавка, так и груза, усложняет конструкцию, затрудняет балансировку и ограничивает выталкивающую силу, что и ограничивает повышение точности измерения.

Целью изобретения является повышение точности углов наклона объектов.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для определения углов наклона объектов, содержащем неподвижный корпус, гравитационно чувствительный элемент, закрепленный на горизонтальной оси вращения, связанной с преобразователем угла поворота (ПУП), груз и поплавок, связанные с чувствительным элементом симметрично относительно оси вращения, и демпфирующую жидкость, чувствительный элемент выполнен полым и заполнен демпфирующей жидкостью, груз и поплавок выполнены в виде тел вращения и установлены в полости чувствительного элемента на дополнительных осях вращения, параллельных оси вращения чувствительного элемента и проходящих соответственно через центры тяжести поплавка и груза. Выполнение чувствительного элемента полым и заполненным демпфирующей жидкостью, а груза и поплавка в виде тел вращения, и установленных в полости чувствительного

элемента на дополнительных осях вращения, параллельных оси вращения чувствительного элемента и проходящих соответственно через центры тяжести поплавка и груза, дает возможность осущест0 вить точную балансировку и обеспечить максимально возможный крутящий момент на оси вращения чувствительного элемента, что приводит к повышению точности измерения.

5 На фиг.1 показан общий вид устройства; на фиг.2 - схема, поясняющая принцип работы устройства для определения углов наклона объектов.

Устройство для определения углов на0 клона объектов содержит гравитационно чувствительный элемент 1, закрепленный на горизонтальной оси вращения 2, которая вмонтирована на подшипниковых опорах корпуса 3. В корпус вмонтирован также ин5 дикаторный прибор 4 (ПУП), ось которого кинематически связана с горизонтальной осью вращения. В полости чувствительного элемента на одинаковом расстоянии и параллельно горизонтальной оси враще0 ния на опорах 5 и 6 расположены поплавок 7 и груз 8.

Чувствительный элемент 1 выполнен полым и заполнен демпфирующей жидкостью. На крышке 9 имеются отверстия 10

5 для залива демпфирующей жидкости, закрытые гибкой мембраной 11 (резина и т.п.) для компенсации температурного изменения объема жидкости. Устройство содержит блок цифровой индикации (БЦИ) 12.

0 Устройство для определения углов наклона объектов работает следующим образом. Когда объект с установленным на нем устройством находится в строго горизонтальном положении, ось, по которой на5 правлен вектор силы гравитационного притяжения груза 8 (Рг) и ось, по которой направлен вектор выталкивающей силы жидкости (Рв), действующей на поплавок 7, совпадают и направлены по гравитацион0 ной вертикали,-при этом установочная плоскость корпуса 3 перпендикулярна к этой оси, т.е. расположена горизонтально. Это положение соответствует нулю преобразователя 4 угла поворота.

5 При наклоне обьекта одновременно наклоняются корпус 3, чувствительный элемент 1 и кинематически связанный с ним груз 7 и поплавок 8. Поскольку прямая, соединяющая центры поплавка, чувствительно- гр элемента и груза, наклонилась по

отношению к вертикали, а направление выталкивающей силы жидкости и гравитационной силы всегда направлены вертикально, создается крутящий момент выталкивающей и гравитационной силами относительно центра О чувствительного элемента 1,поворачивающий горизонтальную ось вращения 2 до того, пока прямая проходящая через центры поплавка, чувстительного элемента и груза не сов- падает с гравитационной вертикалью. Данный поворот горизонтальной оси вращения передается на ось преобразователя угла поворота. Величина угла наклона зависит от наклона корпуса 3 и индицируется на пане- ли блока цифровой индикации 12.

На показания угла наклона не влияют факторы, вызываемые перемещением объекта, например ускорения, колебания, толч- ки, а также изменения сопротивления жидкости по той причине, что действия груза и поплавка взаимно скомпенсированы. Такая компенсация может быть достигнута, например, равенством масс и площадей по- верхностей поплавка и груза, причем разность масс может быть скомпенсирована и соответствующей разностью площадей и наоборот.

Технико-экономическая эффективность конструкции обеспечивается повышением точности измерения углов наклона объектов, что достигается возможностью осуществить точную балансировку и обеспечить максимально возможный крутящий момент на оси вращения чувствительного элемента предлагаемой конструкции.

Формула изобретения

Устройство для определения углов наклона объекта, содержащее неподвижный корпусггравитационно чувствительный элемент, закрепленный на горизонтальной оси вращения, связанной с преобразователем угла поворота, груз и поплавок, связанные с чувствительным элементом симметрично относительно оси вращения, и демпфирующую жидкость, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, чувствительный элемент выполнен полым и заполнен демпфирующей жидкостью, груз и поплавок выполнены в виде тел вращения и установлены в полости чувствительного элемента на дополнительных осях вращения, параллельных оси вращения чувствительного элемента и проходящих соответственно через центры тяжести поплавка и груза.

Использование: геодезическое приборостроение, для определения углов наклона движущихся объектов относительно вертикали. Сущность изобретения: устройствосо- держит основание 3. герметичный корпус 1, заполненный жидкостью, первую ось вращения 2, связанную с основанием и расположенную перпендикулярно к плоскости измерения, вторую и третью оси вращения, расположенные параллельно и симметрично относительно первой, груз 8 и поплавок 7, установленные на второй и третьей осях вращения соответственно, и преобразователь 4 угла поворота, связанный с первой осью вращения, Груз и поплавок выполнены в виде тел вращения (цилиндр, шар и т.п.) с центрами тяжести на своих осях, совпадающих со второй и третьей осями и установленных на опорах в корпус 2 ил.

Фиг./

ЯФиг.2