Наклономер Советский патент 1993 года по МПК G01C9/00 G01C9/18 

(Л

С

Область использования: измерительная техника, для автономной фиксации и измерения углов наклона различных объектов как на поверхности Земли, так и на морском дне. Сущность изобретения: в вертикальных участках сосуда размещены стальные стержни диаметром не более 0,5 мм. Выше горизонтального участка расположена первая емкость для насыщенного раствора медного купороса, сообщающаяся с участком через патрубок с растворимой в растворе медного купороса пробкой. Ниже горизонтального участка расположена вторая емкость, заполненная ватным фильтром-поглотителем для отвода раствора из вертикальных участков посла образования следа уровня раствора на стержнях. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автономной фиксации и измерения стационарных углов наклона относительно горизонта различной аппаратуры и установок как на поверхности Земли, так и на морском дне.

Настоящее изобретение предназначено для фиксации и измерения стационарных углов наклона и его целью является повышение надежности определение углов наклона при значительном упрощении всего устройства и повышении его экономичности.

На чертеже дан схематический разрез наклономера, поясняющий его устройство.

Он содержит корпус 1 с крышкой 2, прижатой к нему винтами 3 с проложенной пе периметру герметизирующей резиновой прокладкой 4. В корпусе 1 имеются два вертикальных канала 5-5 с помещенными в них

стальными стержнями контрольного элемента 6-6, закрепленными на вставляемых в каналы 5-5 втулках 7-7. Вертикальные каналы в нижней части соединяются между со-: бой горизонтальным каналом 8, имеющим также соединение с воронкой 9, в которой помещен заправочный баллон 10 с насыщенным раствором медного купороса 11. В нижней части корпуса 1 имеется в качестве второй емкости горизонтальный канал 12, соединенный с вертикальными каналами 5- 5 и заполненный ватным фильтром-поглотителем 13, закрытый винтовой пробкой 14 с герметизирующим резиновым кольцом 15. Заправочный бзллон 10 заполнен насыщенным раствором медного купороса и содержит запирающую его растворимую диафрагму 16, вставленную герметично в винтовой хвостовик 17 и находящуюся в напряженном состоянии под действием при00

00

о

N

ft

жатой к ней шайбы 18 при помощи пружины 19. Хвостовик 17 ввинчивается в нижнюю часть корпуса заправочного баллона 10 с герметизирующим резиновым кольцом 20. Для выравнивания воздушного давления во всех каналах корпуса 1 служат воздушные каналы 21-21 во втулках 7-7. Для фиксации несущих стержни втулок 7-7 и заправочного баллона 10 служат эластичные прокладки 23.

Наклономер готовится к работе следующим образом. В нижний горизонтальный канал 12 набивается с небольшим уплотнением (степень уплотнения не играет существенной роли) гигроскопическая вата и завинчивается пробка 14. В вертикальные каналы 5-5 вставляются втулки 7-7 с плотно заделанными в них стальными стержнями. 6-6..

Заправочный баллон заполняется насыщенным раствором медного купороса в объеме, определяемом емкостью системы каналов (исключая нижний горизонтальный канал с ватным фильтром-поглотителем) при заполнении ее до половины высоты вертикальных каналов 5-5. После этого в заправочный баллон ввинчивается хвостовик с вставленной в него растворимой диафрагмой, и он помещается в цилиндрическую часть воронки 9, имеющейся в верхней части корпуса. Материал и толщина диафрагмы определяются временам растворения, необходимым с момента установки наклономера на объекте, до начала фиксации наклона (например, для снаряжения наклономера на палубе судна и времени его опускания в море и установки на дне). По прошествии этого времени диафрагма растворяется и, под действием нажима на растворимую диафрагму подпружиненной шайбы, происходит резкий прорыв диафрагмы после определенного времени начала ее растворения, с быстрым заполнением рабочих каналов раствором медного купороса до уровней, соответствующих наклону объекта, По зксперименальным данным автора для фиксации четкой границы медного осадка на стержнях из стали, применяемой для обычных швейных игл (которые непосредственно можно использовать в приборе), достаточно 4-х секунд. Поскольку ватный фильтр-поглотитель вступает в действие с некоторым замедлением, вследствие незначительной площади соприкасающихся с ним нижних отверстий вертикальных каналов (величину этой площади можно варьировать для необходимого начального времени отсоса раствора), указанные выше начальные 4 секунды вполне обеспечиваются и получается четкая границу медного осадка на стальных стержнях. В дальнейшем фильтр-поглотитель, прочно удерживая раствор медного купороса, обеспечивает сохранение границ осадка мзди на стержнях при любых последующих изменениях положения наклономера.

Угол наклона а к горизонту определяется из соотношения

10h

а arctg (D

где h - разность уровней верхних границ осадка меди;

| - расстояние между стержнями.

Из него следует, что повышение точности измерений угла наклона легко достигается увеличением расстояния между стержнями, а увеличение диапазона измеряемых углов наклона - увеличением длины стержней при заданном расстоянии между ними.

Величина h hi - h2 определяется простым измерением расстояний верхних границ медного осадка на каждом стержне hi и h2, от нижней - отсчетной плоскости соответствующей втулки. Как показал опыт, эти расстояния могут быть измерены, например, штангенциркулем с погрешностью, не

превышающей ±0,1 мм. Для обеспечения надлежащей точности измерений hi и ha должно быть обеспечено положение нижних плоскостей втулок на одной линии, параллельной горизонту, или знание величин

поправок для приведения их к горизонту. Проверка положения нижних отсчетных плоскостей обеих втулок относительно плоскости горизонта или величин поправок для приведения их к этой плоскости производится следующим образом. При точной установке на горизонтальной плоскости нижней поверхности корпуса наклономера, вертикальные каналы с вставленными в них втулками со стержнями заполняются до некоторого уровня рабочим раствором медного купороса. Затем замеряются расстояния границ осадка hi и h на каждом стержне до нижней плоскости соответствующей втулки и определяется соответствующая поправка

приведения к горизонту.

Втулки должны быть маркированы по Соответствующим вертикальным каналам и строго маркировано их положение в этих каналах;: В противном случае возможна

большая ошибка измерения величины h из- за принятия зз отсчетные уровни разных, не согласованных участков верхней границы осадка меди на стержнях, вследствие ее косого положения на них при наклонах фикс- н ахлономера.

сого положения на них при наклонах фикс- наклономера.

Оценка максимальной ошибки Да в определении значения угла наклона а в результате измерения разности уровней h с погрешностью Ah и расстояния между стержнями 1-е погрешностью АI может быть произведена на основании (1) из следующего выражения:

А Омах arctg

h ± Ah

I

- arctg у (2)

Полагая, например, h 20 мм, A h 0,3 MM, I 80 мм и AI 0,5 мм, получим максимальную погрешность в определении угла наклона А«, равную порядка 0,3, что во многих практических случаях вполне приемлемо. При необходимости, повышение точности измерения «легко достигается увеличением расстояния между стержнями I и повышением точности его измерения.

Испытания изготовленного рабочего макета наклономера полностью подтвердили его работоспособность.

Наклономер является автономным прибором, фиксирующим статические углы наклона, используя для этого только химическую реакцию осаждения меди из раствора медного купороса на погруженных в него стальных стержнях, и не требует никаких дополнительных источников энергии и каких-либо регистраторов. Полностью автономен и имеет малые габариты и вес, что очень важно для постановки его в труднодоступных местах. Особенно оажна его автономность и малые габариты для глубоководных постановок, так как они дают возможность в свою очередь резко снизить габариты и вес его защитных оболочек-контейнеров. Материалы для его изготовления пегко доступны и дешевы, например, дюраль или любая пластмасса (для постановки в море подбираются соответствующая глубинному давлению прочность корпуса). Все это свидетельствует о технической и экономической эффективности предлагаемого устройства.

При неизвестном направлении наклона объекта на нем устанавливаются ортогонально два наклономера, по данным которых определяется как напоавлениэ наклони 5 объект а, так и угол этого наклона. Возможен также двухпяоскостной наклономер, состоящий из сообщающихся через горизонтальные каналы двух U-обрэзных сосудов с общим заправочным бачлоном.

.0 При необходимости контроля стабильности сохранения наклона или его изменения во времени можно устанавливать два или несколько наклономеров с последовательным увеличением времени растворения

5 растворимых диафрагм.

Стоимость каждого из них настолько низка по сравнению с другими конструкциями наклономеров с регистрирующими устройствами, что установка в нужных случаях

0 даже нескольких наклономеров вполне экономически оправдана.

Формула изобретения Наклономер, содержащий сосуд, выполненный с возможностью заполнения его на5 сыщенным раствором медного купороса, контрольный элемент, выполненный из стали, узлы ввода и вывода контрольного элемента в раствор медного купороса и из него, отличающийся тем, что, с целью

0 повышения точности и упрощения конструкции, сосуд выполнен U-образным, контрольный элемент выполнен в виде двух- стержней диаметром не более 0,5 мм, жестко закрепленных по одному в каждом верти5 кальном участке сосуда, узел звода контрольного элемента в раствор медного купороса выполнен в виде первой емкости для раствора медного купороса, расположенной выше горизонтального участка и со0 общающейся с ним по жидкости через введенный патрубок с растворимой в растворе медного купороса пробкой, а узел еы- вода контрольного элемента из раствора медного купороса выполнен в виде второй

5 емкости, заполненной ватным фильтром-поглотителем, расположенной ниже горизонтального участка сосуда и сообщенной с ним.

гз

п to з

te Vj