Устройство для определения угла наклона Советский патент 1978 года по МПК G01C9/36 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к устройствам для измерения угловых величин и установки и контроля вертикали.

Известны устройства для измерения углов наклона, содержащие корпус из диэлектрического материала с крышкой, в которой запрессованы четыре симметрично расположенных контакта (электрода). В корпусе находится электропроводящая жидкость, контактирующая с металлическим дном, являющимся токоподводом, сверху жидкости находится воздушный пузырек, который при вертикальном положении прибора перекрывает ровно половину каждого из четырех контактов. Измеритель включается в два неравновесных моста переменного тока с фазочувствительными указателями. При вертикальном положении измерителя электролитические сопротивления между дном и каждым из контактом оказываются равными между собой и оба моста находятся в равновесии 1.

При отклонении прибора от вертикали на некоторый угол воздушный пузырек смещается, занимая несимметричное положение относительно измерительных контактов. Последнее нарушает равновесие моста и указатели фиксируют это отклонение каждый в своей плоскости.

Ближайшим по технической сущности к описываемому является устройство для измерения углов наклона, в котором в качестве рабочей жидкости применен жидкий диэлектрик с высокой диэлектрической проницаемостью, помещенный в металлическую ампулу. В нем для регистрации измеряемой величины использованы дифференциальная схема измерения изменения емкостей, возни ° кающих между двумя парами электродов 2, Такое устройство обладает достаточно высокой чувствительностью, сравнительно простой и надежной электронной схемой измерений, однако, ему свойственна недостаточная

15 стабильность вследствие того, что жидкие проводники так же, как диэлектрики с высокой диэлектрической проницаемостью, нестабильны во времени, вследствие ионной диссоциации и осаждения вещества на электродах. При этом изменяются во времени

20 исходные значения диэлектрической проницаемости и электропроводности жидкостей; для таких жидкостей характерно химическое взаимодействие с металлическим корпусом ампулы, что также приводит к временному

25 Дрейфу измерений. Целью изобретения является повышение стабильности работы измерительного преобразователя. Цель эта достигается тем, что в устройстве, содержащем корпус из диэлектрического материала, заполненный жидкостью с воздушным .цузырьком, перекрывающим измерительные электроды, расположенные симметрично относительно центра корпуса и подключенные к измерительной схеме, в качестве жидкости использован раствор полярного диэлектрика в неполярном растворителе концентрацией 0,5-5% по весу, а в центре корпуса вдоль его оси установлен электрод, соединенный с полюсом источника напряжения, второй полюс которого заземлен. В качестве жидкостей испЪльзуют, например, раствор пропилового спирта (СзНеО) в Н-гептане (СуН ig). Такая жидкость имеет минимальнунэ вязкость в широком диапазоне температур, она идеально смачивает металл. Последнее исключает «залипание воздушного пузырька, располагающегося на поверхности жидкости. Особенностью такой жидкости является малая электропроводность, вследствие чего электрический ток, осаждение вещества на поверхности электродов практически отсутствуют, такая жидкость стабильна. Поэтому измерение обуславливается электростатичесКИМ полем , создаваемым внутри сосуда, которое в зависимости от отклонения измерителя от вертикали изменяет разность потенциалов между контактами. Электрическое поле создается одиночным игольчатым электродом, соединенным с одним полюсом источника напряжения, второй полюс может заземляться. Электрод строго центрируется по середине пространства между измерительными электродами. Вследствие этого при вертикальном расположении измерителя разности потенциалов между парами противоположно лежащих электродов равны нулю. Измеритель может работать от источников постоянного и переменного низкочастотного напряжения. На чертеже представлена нринципиальная схема измерителя. В цилиндрическом корпусе 1 из диэлектрика, например тефлона, смонтирован на днище 2 вдоль оси корпуса игольчатый электрод 3, на:крыщке 4 смонтированы две пары измерительных электродов 5, расположенных симм&трично относительно центра крыщки. В крыщке 4 имеются два отверстия 6 для заливки жидкости с пробками 7. Жидкость 8 заполняет все пространство внутри корпуса, сверху ее располагается пузырек 9 воздуха. Электрод 3 соединяется с полюсом источника 10 напряжения, а измерительные электроды 5 попарно соединяются, например, с электростатическими вольтметрами или измерительными мостами с высокоомным входом (не показан на схеме). Устройство работает следующим образом. При нахождении измерителя в вертикальном положении пузырек воздуха частично перекрывает все четыре измерительных электрода 5. Игольчатый электрод подсоединен к одному полюсу источника напряжения 10; таким образом создается электрическое поле в непроводящей жидкости. Разность потенциалов между противоположными электродами при этом близка к нулю. При наклоне преобразователя на некоторый угол по отношению к вертикали пузырек 9 занимает симметричное положение по отношению к измерительным электродам. При этом искажается электрическое поле внутри корпуса, и на электродах 5 возникают разности потенциалов, характеризующие наклон преобразователя в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Перед измерениями преобразователь градуируется в двух взаимно перпендикулярных плоскостях путем изменения угла наклона и фиксирования разности потенциалов на электродах, соответствующих их отклонению от вертикали. Формула изобретения 1.Устройство для определения угла наклона, содержащее корпус из диэлектрического материала, заполненный жидкостью с воздушным пузырьком, перекрывающим измерительные электроды, расположенные симметрично относительно центра корпуса и подключенные к измерительной схеме, отличающееся тем, что, с целью повышения стабильности измерений, в качестве жидкости используют раствор полярного диэлектрика в неполярном растворителе концентрацией 0,5-5% по весу, а в центре корпуса вдоль его оси установлен электрод, соединенный с полюсом источника напряжения, второй полюс которого заземлен. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве жидкости используют раствор пропилового спирта в Н-гептане. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Шрамков Е. Г. Электрические измерения, М., «Высшая школа, 1972, с. 415. 2.Авторское свидетельство СССР № 189162, кл. G 01 С 9/36, 1965.