Линейный акселерометр Советский патент 1979 года по МПК G01P15/93 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных ускорений.

Известны акселерометры, содержащие полый цилиндр с жидкостью, которая составлена из смеси двух компонентов различной вязкости и прозрачности, привод постоянной скорости и фотоэлектрическую систему измерения положения жидкости 1. Однако .срок службы такого прибора, определяемый, в основном, стабильностью характеристик компонентов жидкости, сравнительно маш. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является акселерометр, в котором чувствительным элементом является жидкость, частично заполняющая полый ротор, приводимый в равномерное вращение двигателем. Жидкость имеет большой коэффициент отраокения, например ртуть, а съем информации осуществляется с помощью оптико-электронного датчика 21. Срок службы подобного акселерометра увеличен; однако, в силу того, что коэффициент передачи К .

(1)

colaVTf

является функцией параметра h, определяющего количество жидкости в сосуде, имеющем радиус а и высоту Н ((JD - угловая скорость вращения сосуда) , акселерометру присущи погрешности, обусловленные изменением этого параметра при изменении температуры. В подобном приборе не предусмотрено специальных мер по снижению тем0пературной погрешности.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем снижения температурной погрешности. В описываемом акселерометре это достига5ется тем, что на внутренней поверхности сосуДа выполнен кольцевой выступ, высота которого определяется из соотношения

|V(TidT

О0

Ъ I oHT1dT-J-p(T)dT J

На чертеже схематически представлен описываемый акселерометр.

Он содержит сосуд 1 с кольцевым

5 выступом 2, жидкость - чувствительный элемент 3 с большим коэффициентом отражения, например ртуть, приводной двигатель 4 постоянной скорости; торцовые прозрачные крышки 5,

0 источник 6 света и фотоприемник 7. Сосуд 1 приводится в равномерное вращение с угловой скоростью (ja двигателем 4. При наличии вдоль измери тельной оси, совпадающей с осью вращения сосуда, вектора линейного ускорения j свободная поверхность жидкости принимает форму параболоид вращения, уравнение которого Т - Г Л-- с--ЬТ Z - - „ н--н„ . / ti MJ . радиус свободной поверхнос ти жидкости; Н - высота сосуда; d - радиус сосуда; Ьц- уровень жидкости в сосуде при (Л}-0; Ь - радиус кольцевого выступа; h -.толщина кольцевого выступа подлежащая определению. Параметр h определим из условия неизменности объёма жидкости при изменении температуры, т.е. из усл вия неизменности параметра Ь. Объем жидкости в неподвижном со де равенv iroi(-ho-h), (3) т.е. полагаем, что кольцевой высту долностью находится в жидкости. Дифференциал выражения (3) при условии, что h j const в диапазоне температуры Т , Т,,, равен dV tr(2atiodoi-2atidci-a d-h-+2bdbh4-b dri (4 где, . Т2Тг jo(.(T)dT;db tyoC( dh-tiTcXlD f -r TS dV-vrp(T)dT. Здесь Т - температура;оС (Т) и |3(Т) - коэффициенты соответственно линейного расширения материала сосуда и объемного расширения жидкости. Из выражений (3) и (5) имеем ..-.. Г, 1 . - ог--1 Т2 -Тг-- I 3f лтат-|(т)ат J Ti т, С учетом выражения (6) уравнение свободной поверхности вращающейся жидкости записывается в виде tip-r t/.(T-)dT TZ . Т H-sroca r-ribCT dT т. При этом в выражении под h пони мается его номинальное значение, т. значение при . Для съема информации в акселерометре используется способ, основанн на измерении угла поворота касатель ной к свободной поверхности жидкост в точке ,5 Н. Выбором параметров прибора обеспечивают линейную зависимость угла поворота -jn от ускорения r--K;j, (8) 1 По i и Tj Та iof.(T-)( ч т. Указанный способ реализуется следующим образом. От источника б света световой сигнал через торцовую крышку 5 поступает на свободную поверхность жидкости в точку с координатой ,5 Я и, отражаясь, через вторую крышку 5 поступает на фотоприемник 7. Выходной сигнал фотоприемника пропорционален углу-j-, т.е. несет информацию о величине ускорения JСравнение выражений (1) и (9) для коэффициентов передачи показывает, что в первом случае -изменение температуры приводит к изменению объема жидкости и, тем самым, ведет к появлению дополнительной (температурной) погрешности в измерении ускорения. Во втором случае, т.е. в случае измерения ускорения описываемым акселерометром, выбором.материала сосуд а и жидкости достигается компенсация изменения объема жидкости, т.е. параметра hp, изменением объема сосуда, а кольцевой выступ при этом выполняет роль нелинейного элемента, компенсирующего нелинейную зависимость в изменении объемов жидкости и сосуда. В результате, удаетйя снизить температурную погрешность прибора в диапазоне температур Т.., Т„ . Формула изобретения Линейный акселерометр, содержащий сосуд, частично заполненный жидкостьш с большим коэффициентом отражения, приводной двигатель постоянной скорости и фбтбэлектрический датчик положения жидкости, отличаю-, щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет снижения температурной погрешности, на внутренней поверхности сосуда выполнен кольцевой выступ, высота которого определяется из соотношения lV(TldT1 ТгТ2 3Jd.(T)dT-rft(TldT J TIт/ где а,Ь - радиусы сосуда и кольцевого выступа соответственно; -температура; -уровень жидкости в неподвижном сосуде при температуре Т 5678427 уС(Т) , f(T) - коэффициенты линейного и объемного расширения материала сосуда и жидкости соответственно. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №479034, кл. G 01 Р 15/08, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР №415583, кл. G 01 Р 15/06, 1972.