Устройство для измерения угла наклона объекта Советский патент 1993 года по МПК G01C9/06 

4W .

ё

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения углов наклона объектов, стабилизации объектов в горизонтальной плоскости, а также в системах автоматического регулирования. Сущность изобретения: устройство для измерения угла наклона объекта содержит ампулу 3, частично заполненную магнитной жидкостью 4, генератор, соединенный с первичной обмоткой 5, соединенные встречно-последовательно вторичные обмотки 7, подключенные к регистратору. Новым в устройстве является введение дополнительных обмоток 6. соединенных согласно-последовательно, выходы которых через компаратор подключены к управляющему входу регулятора напряжения, включенного между генератором и первичной обмоткой. 2 ил.

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения углов наклона объектов, стабилизации объектов1 в горизонтальной плоскости, а также в системах автоматического регулирования.

Известно устройство для измерения углов наклона объектов, содержащее корпус в виде полого шара, до половины заполненного магнитной жидкостью, а также преобразователь, выполненный в виде источника магнитного поля, и магнитоуправляемых контактов, попарно размещенных симметрично относительно источника магнитного поля. Недостатками устройства являются невысокая точность измерений, обусловленная зависимостью магнитной проницаемости магнитной жидкости от температуры, а также дискретностью выходного сигнала устройства, причем уровень квантования

определяется числом пар магнитоуправляемых контактов.

Известно устройство для измерения угла наклона объекта, взятое в качестве прототипа, содержащее ампулу, частично заполненную магнитной жидкостью, На ампуле закреплены подключенная к питающему генератору первичная обмотка и соединенные в ст реч н о- п о ел е д о в ател ь но вторичные обмотки, которые через дифференциальный усилитель подключены к регистратору. Недостатком известного устройстве является невысокая точность измерений, обусловленная зависимостью магнитной проницаемости от температуры, т.е. при фиксированном угле наклона при понижении температуры происходит рост магнитной проницаемости, приводящий к увеличению выходного сигнала.

VI 00 Ч) 00

Ј

Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения влияния ошибки, обусловленной изменениями температуры.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее ампулу, частично заполненную магнитной жидкостью, генератор, соединенный с первичной обмоткой, соединенные встречно-последовательно вторичные обмотки и через дифференциальный у илитё ь Й Клю енные к регистратору, введёшь), дрпо ёльные обмотки, соедийен ые .согласно .последовательно, выходи которых через компаратор подключены к управляющему входу регулирующего элемента, включенного между генератором и первичной обмоткой.

На фиг.1 изображена конструктивная схема устройства; на фиг.2 - электрическая схема устройства.

Устройство содержит корпус 1, внутри которого гайками 2 закреплена ампула 3, частично заполненная магнитной жидкостью 4. На ампуле 3 закреплена первичная обмотка 5, а так же вторичные обмотки 6 и 7, состоящие из двух половин каждая, причем половинки обмотки 6 включены согласно-последовательно, а обмотки 7 - встречно-последовательно. Выходы обмотки 7 через дифференциальный усилитель 8 подключены к регистратору 9, а выходы обмотки 6 через компаратор 10 подключены к управляющему входу регулирующего элемента 1-1, включенного между питающим генератором 12 и первичной обмоткой 5.

Устройство работает следующим образом.

На первичную обмотку 5 через регулирующий элемент 11 подается напряжение питания от генератора 12, При горизонтальном положении ампулы 3 магнитная жидкость 4 располагается симметрично относительно половин обмоток 5,6,7 и, соответственно, напряжения на половинах обмоток 6 и 7 одинаковы. Выходное напряжение обмотки 7, половинки которой включены встречно, paeWa нулю, а выходное напряжение обмотки 6, половинки которой включены согласно, равно сумме напряжений каждой половинки.

При наклоне ампулы 3, например, вправо, в правых половинках обмоток 6 и.7 наведется большая ЭДС, чем в левых1, причем выходное напряжение обмотки 6 по величине не изменится (повышение напряжения в правой половине обмотки будет скомпенсировано понижением напряжения на такую же величину в левой половине обмотки), а выходное напряжение обмотки Убудет пропорционально величине угла наклона, а фаза выходного напряжения

будет зависеть от того, в какую сторону происходит наклон.

При изменении магнитной проницаемости магнитной жидкости 4 под действием

температуры происходит изменение напряжения (например, повышение) в половинках обмоток 6 и 7, что приводит к изменению напряжения (понижение) на входе компаратора 10 и, соответственно, на входе регулирующего элемента 11, при этом понижается напряжение питания на первичной обмотке 6, и, как следствие понижается напряжение на обмотке 6 и 7.

Известно, что ЭДС, заводимая на каждои из сигнальных обмоток 6 и 7, описывается формулой

---Ј

где - потокосцепление сигнальной об- мотки с магнитным потоком, наводимым от

возбуждающей обмотки; t- время

Потокосцепление V связано с магнитным

потоком соотношением: -Ф (2)

где W«ir - количество витков сигнальной

обмотки ;4;v-Кроме того магнитный поток связан с маг-г

ниТной индукцией следующим соотношени- ем 1 : : .-. - .

.,(3)

где S -Тпнёщадь, через которую проходят

магнитные силойые линии

так как возбуждение магнитного поля про

исходит переменным током, то

В Вм cos о) t Также известно,что,

(4)

В fifi0U pfta

1(0

воз

I

(5)

5

где ft - абсолютная магнитная проницаемость;

Цо магнитная постоянная; I - ток в возбуждающей обмотке; ... о) воз - количество витков возбуждающей обмотки; . л-. - . /.

I -длина магнитных силовых линий; 0 наЯря ё Шь;Шг йтндго поля. . Подставив выражения (2Н5) в (1) и учйты- аая, что ток 1 в возбуждающей обмотке зависит от приложенного напряжения UBOS и сопротивления возбуждающей обмотки гвоз ц получим

Wcnr -WBoa/iAo S I

U воз

sin (И 1(6)

Т гвоз

Так как включение сигнальных обмоток 7 встречное, а вторичных обмоток 6 согласное, то на входе дифференциального усилителя 8 будет сигнал равный разности ЭДС, наводимых на каждой из сигнальных обмоток 7

Увых ECI - Ес2 У UB03 ЦЦ о X WcnM WB03.1 Si

х(

И ГВоз1

УУСиг2 W воз2 $2 l2 Гвоз

)slnu)t(7)

На входе компаратора 10 будет сигнал равный сумме ЭДС, наводимых на каждой из вторичных обмоток 6

UBTOP Е втор1 Н Е втор2 Ш Ueoa f о X

10

W втор1 W воз1 Si

+

ll Гвоз

УУВтор2 W воз2 52 12 Гвоз2

)

При изменении угла наклона напряжение ивых будет изменяться пропорционально углу наклона, в то время как напряжение 1)Втор

Формула, изобретения

Устройство для измерения угла наклона объекта, содержащее частично заполненную магнитной жидкостью ампулу, на которой размещены первичная обмотка и сигнальные обмотки, соединенные встречно-последовательно, а также генератор, со- единенный с первичной обмоткой, и последовательно соединенные дифференциальный усилитель и регистратор, о т л и ч а- .

изменяться не будет. При изменении температуры по закону Кюри будет изменяться магнитная проницаемость магнитной жидкости. Следовательно, будет изменяться величина ивых и Ueiop. Так как напряжение Uerop заведено в обратную связь, то изменение температуры через изменение UBTop приведет к изменению возбуждающего напряжения.

0 Таким образом, .благодаря наличию обратной связи, изменение параметров магнитной жидкости 4 под действием температуры (или других факторов) не приводит к изменению напряжения на выходе обмотки 7 и, следовательно, напряжение на входе регистратора 9 будет зависеть только от величины угла наклона устройства.

Использование устройства для измере- 0 ния угла наклона объекта позволит повысить точность измерений угла наклбна в 1,4 раза по сравнению с прототипом, что, в свою очередь, повысит достоверность результатов измерений, позволит сократить 5 число и время измерений, улучшит характеристики систем горизонтирования в рабочем диапазоне температур.

ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счётуменьшения влияния ошибки, обусловленной изменениями температуры, оно снабжено дополнительными обмотками, соединенными согласно-последовательно, и последовательно соединенными компаратором и регулятором напряжения,

при этом вход компаратора подключен к дополнительным обмоткам, в генератор соединен с первичной обмоткой через регулятор напряжения.

3

-Ь

Фиг2