Электронный уровень Советский патент 1981 года по МПК G01C9/36 

Изобретение относится к измеритель ной технике, в частности к устройствам для установки поверхностей относительно плоскости горизонта, а такж для прецизионного измерения малых уг лов. Известны электронный уровни, содержащие пузырьковую ампулу, преобразователь смещения пузырька и измерительную схему tl / 2 и 13} . Общими недостатками этих устройст является малая точность измерения углов и то, что они могут производит измерение угла относительно плоскости горизонта в одном направлении, что затрудняет их применение в тех случаях, когда необходимо знать полный вектор угла наклона объекта. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения пространственного положения объекта Устройство содержит ампулу, четыре электрода, расположенные в плоско основании ампулы, электропроводящую жидкость, выполняющую роль инерционной массы, например ртуть, четыре пластины, образующие совместно с жид костью дифференциальный конденсатор Ампула с размещенными на ней эпеме тами находится между полюсами магнита. Дифференциальные конденсаторы, через двухканальный электронный 6лок связаны с электродами и двухкоординатным регистрирующим устройством. При наклоне ампулы под действием силы тяжести жидкость начинает перемещаться, вызывая тем сг1мым изменение емкостей дифференциальных кон- . денсаторов. Сигнал, пропорциональный углу наклона ампулы, с дифференциальных конденсаторов поступает на электронный блок, на выходе которого создается напряжение, величина которого пропорциональна углу наклона ампулы, а полярность характеризует направление наклона. С выхода электронного блока напряжение подается на соответствующую пару электрбдов, Вследствие прохождения электрического тока через электропроводную жидкость, находящуюся в .магнитном поле, на нее действует сила, которая удерживает жидкость (инерционную массу) в исходном положении. Недостатком описанного устройствд, является низкая точность измерения обусловленое тем, что при наклоне устройства по отношению к плоскости горизонта на малый угол на инерцион ную массу, заполняющую ампулу, действует сила, которая при малых угла наклона соизмеримы с силами трения жидкости, в результате чего устройство не чувствует малые углы. Кроме того, информация об угле н :Клона содержится в постоянной , ,оставляющей силы, действующей на инерционную массу, это приводит к му, что при дальнейшем преобразован информации в электронных .блоках пес тоянного тока, дрейфы последних становятся принципиально не различиквыми с полезным сигналом и входят как по грешность в результат измерения. Цель изобретения - увеличение то ности измерения. Поставленная цель достигается те что в злектронном уровне, содержаще ампупу с инерционной массой, размещ яую между полюсами магнита, преобра зователь и электронный блок, ампула выполнена вакуумированной и снабжен преобразователем силы в виде струны с закрепленной на ней инерционной массой, причем один конец струны связан с ампулой, другой - с преобразов телем силы, электромагнит выполнен с дв мя парами полюсов,между которыми вакуумированная ампула расположена так, что струна проходит по оси симметрии электромагнита, вход электронного блока подключен к преобразова гелюсилы, а выходы связаны с соответствующими обмотками полюсов электро магнита. .. На (|)иг.1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - сечени А-А на фиг. 1. Устройство содержит электромагнит 1 с двумя парами полюсов с размещенными на них обмотками 2, сдвинутых относительно друг друга на 90 между полюсами этого электромагнита размещена вакуумированная ампула 3, в которой помещен преобразователь 4 силы и струна 5 с инерционной массой 6. Один конец струны закреплен к вакуумированной ампуле 3, другой присоединен к преобразователю 4 силы. Струна связана с источником тока 7, а обмотки 2 электромагнита 1 попарно с генератором 8 и фазосдви гающей цепью 9. Одновременно генератор и фазовращатель соединены с соответствующими фазочувствительными . вы17рямителями 10 и 11. Другие входаа фазочувствительньис выпрямителей подключены к преобразователю, силы 4, а выходы к соответствующим обмоткам электромагнита 1. Генератор 8, фазосдвигающаясйцепь 9, фазочувствительные выпрямители 10 и 11 со связями между ними представляют собой электронный блок 12. Устройство работает следующим образом. Генератор 8 и фазосдвигающая цепь 9 создают переменное напряжение частотой (jL , сдвинутое относительно друг друга на 90. Эти напряжения подаются на обмотки 2 электромагнита 1, вследствие чего между полюсами электромагнита образуется враща ющееся магнитное поле с угловой скоростью Of. Протекающий ток по.струне от источника тока 7 создает вокруг струны магнитное поле, которое взаимодействует с вращающимся магнитным полем электромагнита и заставляет струну синхронно с полем вращаться вокруг оси О-0.1 с частотой ио. Инерционная масса 6, закрепленная на струне, двигается по окружности, и следовательно, на нее действует центробежная сила, натягивающая струну. Если ось О-О совпадает с вертикалью, то перпендикулярно оси вращения действует только центробежная сила,которая при любом положении инерционной массы одинаково натягивает струну, в результате чего сила, действующая вдоль указанной оси на преобразователь 4, постоянна. При наклоне оси на угол f перпендикулярно оси вращения действует не только центробежная сила, но и проекция силы тяжести груза. Это приводит к тому, что натяжение струны Б, а, следовательно, и сила, действующая на 4 преобразователь и зависят от углового положения инерционной массы 6. Эта сила преобразуется преобразователем в напряжение, амплитуда которого характеризует угол наклона Т , а фаза по отношению к фазе генератора - направление наклона. В дальнейшем напряжение подается на фазочувствительные выпрямители 10 и 11.На выходе фазочувствительных выпрямителей вследствие того, что в качестве опорных напряжений используются напряжения с генератора 8 и фазосдвигающей цепи 9, образуются напряжения, пропорциональные углу наклона оси О-О по отношению к двум ортогональным направлениям. Эти напряжения являются выходными напряжениями электронного блока. Одновременно эти напряжения подаются на соответствующие обмотки электромагнита, между полюсами которого вследствие этого образуется магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем струны так, что компенсирует силу, вызывающую появление переменного сигнала с преобразователя . Электронный уровень позволяет уменьшить погрешность измерения. При работе устройства практически отсутствует трение инерционной массы. Вовторых, на преобразователь действует сила, большая, чем в известных устройствах и, следовательно, значительно уменьшается влияние преобразователя на погрешность устройства. Кроме того, информация о наклоне содержится в переменном напряжении, тем самым практически полностью исключается влияние дрейфов электронных блоко на погрешность. Теоретическая оценка погрешности и предварительные эксперименты показывают, что абсолютная погрешность электронного уровня не превышает 0, Формула изобретения Электронный уровень, содержащий ампулу с инерционной массой, размещенную между полюсами магнита, преобразователь и электронный блок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при измере нии малых углов, ампула выполнена вакуумированной и снабжена преобразователем силы в виде струны с зак.L

J

Фиг.{ репленной на ней инерционной массой, причем один конец струны связан с ампулой, другой - с преобразователем силы, электромагнит выполнен с двумя парами полюсов, между которыми вакуумированная ампула расположена так, что струна проходит i. ; оси симметрии электромагнита, вход электронного блока подключен к преобразователю силы, а выходы связаны с соответствующими обмотками полюсов электромагнита, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 172061, кл. G 01 С 24/01, 1964. 2.Авторское свидетельство СССР W 194335, кл. G 01 С, 9/06, 1965. 3; Авторское свидетельство СССР № 442373, кл, G 01 С 9/06, 1972. 4. Авторское свидетельство СССР. по заявке № 2141132/10, кл. G 01 С 9/36, 1975 (прототиц.