Устройство для измерения угла наклона объекта Советский патент 1979 года по МПК G01C9/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА ОБЪЕКТА

Изобретение относится к области приборостроения, в частности, к устройствам для определения угла наклона объекта относительно горизонта и может быть использовано при дистанционном контроле за положением объекта.

Известны индуктивные дифференциальные преобразователи углов наклона, содержащие подвижный ферромагнитный сердечник, служащий маятником, а также обмотки возбуждения и измерительные обмотки, неподвижно размещенные относительно наклоняемого объекта 1

Известно устройство, содержащее два соосных ферромагнитных кольца, расположенные в одной плоскости и соединенные между собой П-образной перемычкой. На перемычке размещена первичная обмотка, к выводам которой подведено переменное напряжение, а на внешнем кольце размещены две вторичные (измерительные) обмотки, соединенные последовательно и встречно. В зазоре между кольцами размещен ферромагнитный маятник, центр подвеса которого совмещен с центром радиуса кривизны колец 2.

Недостатком этого устройства является резкое снижение точности измерений при нестабильности переменного напряжения, подводимого к первичной обмотке, поскольку результат измерений непосредственно зависит от уровня этого напряжения.

Ближайщим к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является трансформаторный датчик для измерения углового перемещения, содержащий ферромагнитный ротор с измерительной рамкой, установленный на подвижной оси между полюсными наконечниками ферромагнитного статора с обмоткой, питаемой источником переменного напряжения

Существенным недостатком известного уст ройства является резкое снижение точности измерений при отклонении питающего напряжения от заданного, поскольку результат измерений непосредственно зависит от уровня этого напряжения. Кроме того, известное устройство имеет ограниченные пределы измерений углов (не более ±20°). Цель изобретения - повышение точности путем исключения влияния нестабильности напряжения источника. Для достижения указанной цели в предлагаемом устройстве статор и ротор выполнены И виде двух соосных колец, расположенных в оддой плоскости, с равномерно размещенными на них замкнутыми обмотками, причем обмотка ротора имеет два диаметрально противоположных отвода, соединенных с источником переменного напряжения, а статорная обмотка, служащая измерительной, содержит две пары отводов, размещенных через 90° и подключенных к двухкоординатному регистрирующему устройству, например, к отклоняющим пластинам электронно-лучевой трубки. На фиг. 1 изображена принципиальная схема описываемого устройства; на фиг. 2 - распределение магьштного потока в магнитолроводах статора и ротора. Устройство содержит кольцевой статор 1, жестко связанный с наклоняемым объектом, и кольцевой ротор 2, укрепленный с помощью немагнитной втулки 3 на оси вращения 4, установленной в подт-ципниках 5 с малым трением скольжения. Втулка 3, выполне{шая в виде полудиска, одновременно служит чувствительным гравиташюнным элементом (маятником), удерживающим ротор 2 в вертикальном положении при наклоне объекта. На статоре и роторе равномерно размещены замкнутые обмотки 6 и 7; при зтом роторная обмотка 7 имеет два диаметрально противоположных отвода 8-8 , вкл ченных в цепь источника переменного напряжения, а статорная обмотка 6 содержит две пары ОТВОДОВ 10-10, размещенных по кольцу через 90° и подключенных к отклоняющим пластинам электронно-лучевой трубки 1. Принцип действия устройства основан на, преобразовании углового перемещения ротора 2 относительно статора 1, жестко связанного с на клоняемым объектом, в величины напряжений на отводах статорной обмотки 6. На фиг. 2 пунктирными линиями показано распределение магнитного потока, создаваемого роторной обмоткой 7 в кольцевых магнитопроводах ротора и статора при горизонтальном рас положении объекта. Магнитные потоки Ф и Oj (см. фиг. 2), создаваемые полусекциями роторной обмотки 7, замыкаются через ротор 2, воздущные зазоры и статор 1. Поскольку в верхней и нижней полусекодях статорной обмотки б потоки Ф и Ф создают равные по величине и противоположны по фазе напряжения, суммарное напряжение на отводах 9-9 равно ну;по. В левой и правой по пусекциях обмотки 6 потоки Ф, и Ф2 создают синфазные напряжения, вследствие чего резуль04тирующее напряжение на отводах 10-10 имеет некоторое максимальное значение. При наклоне объекта в плоскости колец ротор 2 стремится сохранить вертикальное поло-жение под действием веса втулки 3, а статор 1, жестко связанный с наклонным объектом, пер смещается относительно ротора 2 на некоторый угол а. При этом на отводах 9-9 появляется напряжение, отличное от нуля, а напряжение на отводах 10-10 уменьщается, причем указанные изменения происходят соответственно по синусоидальному и косинусоидальному законам. Следовательно, справедливы соотнощекия: и, k-U Sina, Uz kU Cosa, где Ui и Уг - напряжения на отводах 9-9 и 10-10 соответственно; k - коэффициент пропорциональност,и, зависящий от степени связи и соотнощения чисел витков обмоток 6 и 7. Напряжения DI и Uj подведены к отклоняющим пластинам злектронно-лучевой трубки П.. При зтом угол наклона луча на экране трубки соответствует измеряемому углу наклона объекта и не зависит от величины напряжения, подводимого к роторной обмотке 7. Устройство позволяет повысить точность измерений углов наклона за счет исключения влияния .нестабильности напряжения источника питания, а также расширить пределы измерений до ±90°. Формула изобретения Устройство для измерения угла наклона объекта, содержащее ферромагнитный ротор, установленный на подвижной оси с чувствительным гравитационным элементом внутри ферромагнитного статора, жестко связанного с наклоняемым объектом, а также статорную и ротор1ую обмотки, источник переменного напряжения и индикатор, отличающееся тем, что, с целью исключения влияния нестабильности напряжения источника на точность измерений, в нем статор и ротор выполнены в виде двух соосных колец, расположенных в одной плоскости, с равномерно размещенными на них замкнутыми обмотками, причем обмотка ротора имеет два диаметрально противоположных отвода, соединенных с источником переменного напряжения, а статорная обмотка, служащая измерительной, содержит, две пары отводов, размещенных через 90° и подключенных к двухкоординатному регистрирующему устройству, например, к отклоняюпшм пластинам электроннолучевой трубки.