Поплавковый тахометр

 

ПОПЛАВКОВЫЙ ТАХОМЕТР, содержащий вращающийся цилиндрический сосуд с жидкостью и nonjjaBKOM внутри него и измеритель смещения поплавка вдоль оси вращения, отличающийся тем, что, с целью линеаризации характеристики тахометра, упрощения его конструкции и уменьшения габаритов, сосуд вьшолнен составным, одна его часть представляет собой прозрачньй цилиндр, а другая, расположенная соосно внутри цилиндра, - гиперболоид вращения с профилем, описываемым уравне1гаями ryc-RW-2gyc/k 42e/yc-R 1-g/V 2gyc/R); J где -осевая координата, отсчитьгеаемая вниз; 1 - радиальная координата R радиус поплавка; -ускорение свободного падения; k коэффициент пропорциональности между текущей осевой координатой }, центра поjc плавка и измеряемой угловой скоростью вращения, (О при этом образованная частями сосуда кольцеобразная герметичная полость полностью заполнена прозрачной жидкостью с одним или несколькими одинаковыми шарообразными поплавками радиуса R , а шкала для непосредственного измерения смещения поплавка закреплена неподвижно вдоль образующей цилиндра.

00103 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (11) А

4(51) С 01 Р 3/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3663549/24-10 (22) 14.11.83 (46) 15.02.85. Бюл. Р 6 (72) Г.Д.Слабожанин, А.В.Прозоров и С.П.Никитин (71) Томский инженерно-строительный институт (53) 621.317 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

М 794513, кл. С 01 Р 3/30, 1978.

2.Юдин В.А. Механизмы приборов.

N., Машгиз, 1952, с. 205 (прототип) . (54) (57) ПОПЛАВКОВЫЙ ТАХОМЕТР, содержащий вращающийся цилиндрический сосуд с жидкостью и поплавком внутри него и измеритель смещения поплавка вдоль оси вращения, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью линеаризации характеристики тахометра, упрощения его конструкции и уменьшения габаритов, сосуд выполнен составным, одна его часть представляет собой прозрачный цилиндр, а другая, расположенная соосно внутри цилиндра, — гиперболоид вращения с профилем, описываемым уравнениями где (1 — осевая координата, отсчитываемая вниз; — радиальная координата; — радиус поплавка; — ускорение свободного падения; — коэффициент пропорциональности между текущей осевой координатой и центра по С плавка и измеряемой угловой скоростью вращения, при этом образованная частями сосуда кольцеобразная герметичная полость полностью заполнена прозрачной жидкостью с одним или несколькими одинаковыми шарообразными поплавками радиуса R, а шкала для непосредственного измерения смещения поплавка закреплена неподвижно вдоль образующей цилиндра. (3) j =acta, ) jl = (iver, (4) (5) (1)

45 (2) (6) 1 11400

Изобретение относится к приборостроению и может бьггь использовано для измерения угловой скорости объектов, имеющих вертикально расположенную ось вращения. 5

Известен датчик угловой скорости, в котором скорость вращения определяется по,положению кольцеобразного поплавка во вращающемся полом цилиндре, частично заполненном жид- 10 костью j1) .

Недостатком такого датчика является нелинейность его характеристики

Наиболее близким к изобретению техническим решением является поплав" ковый тахометр, содержащий вращающийся сосуд в виде полого цилиндра, частично заполненный жидкостью, поплавок, расположенный внутри сосуда соосно с ним, и измеритель перемещения поплавка вдоль оси вращения P) .

Указанный тахометр также имеет нелинейную, а именно квадратичную зависимость перемещения поплавка от угловой скорости, относительно сложную конструкцию и большие габариты.

Цель изобретения — линеаризация характеристики поплавкового тахометра, упрощение его конструкции и

30 уменьшение габаритов.

Поставленная цель достигается тем, что в поплавковом тахометре, содержащем вращающийся цилиндрический сосуд с жидкостью и поплавком внутри него и измеритель смещения поплавка вдоль оси вращения, сосуд выполнен составным, одна его часть представляет собой прозрачный цилиндр, а другая расположенная соосно внутри цилиндра — гиперболоид враще40 ния с профилем, описываемым уравнениями где 1 — осевая координата, отсчитыраемая вниз; — радиальная координата; — радиус поплавка; — ускорение свободного падения у — коэффициент пропорциональности между текущей осевой 55 координатой центра поплавка и измеряемой угловой скоростью вращения, 41 1 при этом образованная частями сосуда кольцеобразная герметичная полость полностью заполнена прозрачной жидкостью с одним или несколькими одинаковыми шарообразными поплавками радиуса 6, а шкала для непосредственного измерения смещения поплавка закреплена неподвижно вдоль образующей цилиндра.

Линейность выходной характеристики достигается благодаря выполнению внутренней части сосуда в виде гиперболоида вращения с профилем, описываемым уравнениями (1) и (2). На фиг. 1 схематически изображен поПлавковый тахометр, общий вид; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1.

При вращении тахометра относительно вертикальной оси у (фиг. 1) с угловой скоростью 4) на шаровой поплавок действуют вертикальная сила, обусловленная остаточной плаву-, честью g и радиальная центростремительная сила где 1 — расстояние от оси вращения до центра поплавка (силы

6 и 0 отнесены к единице массы поплавка) .

Равновесное положение поплавка достигается при условии перпендикулярности результирующей силы поверхности 2 (фиг. 1).

Задаваясь условием с учетом выражения (3) и того, что вектор силы j является нормалью к кривой С вЂ” с, можно записать дифференциальное уравнение

ДЧ /ДРС= ",/4Г или используя (5)

% 3ñ = г, гс!(" .

Интегрирование последнего .выражения дает уравнение кривой С вЂ” С которая является теоретическим (центровым) профилем поверхности

Практический (конструктивный) профиль поверхности, обозначенный на фиг- 1 линией k — k может бьггь (8) 15

r=r -ьг, tg=Rd / (q,, ь. = 4 IF-ö„ " (9) (10) з 1 1400 определен графическим или аналитическим методами.

При графическом методе построения проводят ряд окружностей радиусом Р с центрами на кривой c — C и практи»

5 ческий профиль k — - k п оOл у ч а ю тT, как огибающую указанного ряда окружностей.

При аналитическом методе вычислеI ния координат и Г практического fp профиля k — k используют следующие соотношения, вытекающие из рассмотрения фиг ° 1: Ю

Подстановкой выражений (9) и (10), а также выражения для r из (6) в уравнения (7) и (8) окончательно получают уравнения (1) и (2), описывающие профиль гиперболоида вращения,g5 который обеспечивает линейность зависимости координаты центра поплавка от угловой скорости вращения я тахометра.

Предлагаемый тахометр характериО эуется также простотой конструкции, что достигается исключением передачи перемещения поплавка на указатель, поскольку указателем является сам поплавок. Уменьшение габаритных раз35 меров тахометра по вертикали обусловлено тем, что шкала расположена вдоль образующей цилиндра, а в поперечном направлении тем, что высокая чувствительность тахометра обеспечи- 4О вается выбором большого значения коэффициента к, т.е. соответствующим профилированием внутренней части сосуда.

Тахометр содержит составную внут45 реннюю часть 1 сосуда с поверхностью

2, представляющую гиперболоид враще41 4 ния и описываемую уравнениями (1) и (2), которая установлена соосно в прозрачном, например, стеклянном цилиндре 3, являющемся второй составной частью сосуда. Поверхность 2 и цилиндр 3, образуют кольцевую герметичную полость, которая полностью заполнена прозрачной жидкостью с шарообразным поплавком 4, имеющим яркую окраску. В полости сосуда может находиться несколько одинаковых поплавков для улучшения отсчетов при высоких угловых скоростях . Вдоль образующей цилиндра 3 неподвижно закреплена шкала 5 для непосредственного измерения смещения поплавка вдоль оси вращения. Шкала 5 является равномерной и отградуирована в единицах угловой скорости. Тахометр крепится винтами 6 к торцевой поверхности вертикального вала 7.

Тахометр работает следующим образом.

При неподвижном вале 7 поплавок 4 благодаря остаточной плавучести находится в верхней части полости сосуда.

При вращении вала со скоростью Я жидкость в сосуде и поплавок приобретают одинаковую с валом угловую скорость, при этом жидкость, устремляясь под действием центробежных сил в периферийную часть полости, вытесняет поплавок ближе к оси вращения, т.е. в направлении увеличения осевой координаты, отсчитываемой вниз. Шаровой поплавок 4 перемещается до тех пор, пока равнодействующая сила ) не станет перпендикулярной к поверхности внутренней части сосуда. По неподвижной шкале 5 делается отсчет положения поплавка

4, по которому судят об угловой ско рости Я контролируемого вала 7.

Предложенный поплавковый тахометр отличается простотой конструкции, небольшими габаритами и облада ет линейной выходной характеристикой.

1140041 (Пиг.1

Фиг. 2 ущИИПЦ Закаа 256/34 ТиРаж 897 Поднисаое фцдиаа щщ "Патват", г.Ужгород, уа.Проекткая, 4