Оптический измеритель давления

 

. ОПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ , содержащий источник света, измерительную шкалу и оптическую систег у, выполненную в виде последовательно расположенных на-оптической оси конденсора, отражателя, диафрагмы и измерительного элемента в виде упругой мембраны, соединенной с подвижной системой, на которой установлено зеркало, отличающ и и с я тем, что, с целью повьшения точности измерения и расширения диапазона измеряемых величин, он снабжен дополнительными шкалой, зеркалом и оптическим блоком, жестко соединенным с основным зеркалом и оптически связанным с дополнительным зеркалом и дополнительной шкалой, при этом оптический блок выложен в виде идентичных зеркальных призм, расположенных ступенчато по высоте с равномерным угловым смещением относительно оси вращения основного зеркала, перпендикулярно его зеркаль (Л ной плоскости, при этом поверхности призм, параллельные этой плоскости, выполнены непрозрачными.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (s>)4 G 01 L 19/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3769572/24-1.0 (22) 09.07.84 (46) 15.10.85. Бюл. й- 38 (72) В.Н.Шиляев и В.С.Дородов (71) Ижевский механический институт (53) 531.787(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 191838, кл. С 01 D 5/28, 1965.

Авторское свидетельство СССР

У 675327, кл. G 01 L 19/08, 1978. (54) (57) ОПТИЧЕСКИЙ ИЗИЕРИТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ, содержащий источник света, измерительную шкалу и оптическую систему, выполненную в виде последовательно расположенных на оптической оси конденсора, отражателя, диафрагмы и измерительного элемента в виде упругой мембраны, соединенной

„„SU„„1185135 с подвижной системой, на которой установлено зеркало, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения диапазона измеряемых величин, он снабжен дополнительными шкалой, зеркалом и оптическим блоком, жестко соединенным с основным зеркалом и оптически связанным с дополнительным зеркалом и дополнительной шкалой, при этом оптический блок выпожен в виде идентичных зеркальных призм, расположенных ступенчато по высоте с равномерным угловым смещением относительно оси вращения основного зеркала, перпендикулярно его зеркальной плоскости, при этом поверхности призм, параллельные этой плоскости, выполнены непрозрачными.

1185135

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения давления.

Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение диапазона измеряемых величин.

На фиг.1 показана общая схема устройства на фиг,2 — конструкция оптического блока и расположение его относительно дополнительного зерка- 10 ла на фиг.3 — схема прохождения световых лучей.

Устройство содержит измерительный узел 1, оптическую систему 2, основную 3 и дополнительную 4 шкалы. 15

Измерительный узел содержит упругий чувствительный элемент 5, подвижную систему 6 с жестко закрепленным на ней основным зеркалом 7, оптически связанным с основной шкалой 3. Под- 20 вижная система 6 связана с центром упругого элемента 5 через иглу 8.

Основное зеркало 7 жестко связано с оптическим блоком 9 и оптически

Ф разделено с ним светопоглощающей пло.25 щадкой 10. Основное зеркало 7 и опти. ческий блок 9 имеют общую ось вращения О. Оптический блок 9 состоит из совокупности зеркальных призм 11, развернутых в форме веера, располо- 30 женных ступенчато по высоте с равномерным угловым смещением относительно оси вращения 0 основного зеркала

7, перпендикулярно его зеркальной плоскости, причем поверхности 12 З5 призм 11 выполнены непрозрачными, а поверхности 13 призм 11 — зеркальны-. ми. С одной стороны зеркальные поверхности 13 проходят через ось вращения

О, а с другой стороны развернуты од- 40 на относительно другой кащпая на угол д Ч, причем первая зеркальная поверхность 13 призмы 11, отделенная от основного зеркала 7 только светопоглощающей площадкой 10, расположе- 45 на в одной плоскости с основным зеркалом 7. Оптический блок 9 оптически связан с дополнительной шкалой 4 и с дополнительным неподвижным зеркалом

14, расположенным так, что в нерабо- 50 чем положении его зеркальная грань

15 находится в плоскости, параллельной основному зеркалу 7, а плоскость, перпендикулярная основному зеркалу 7 и проходящая через светопоглощающую у площадку 10, проходит через верхнюю грань дополнительного зеркала 14. Ос.новное зеркало 1 и оптический блок 9 оптически связаны с оптической системой 2, формирующей ыа шкале 3 световой указатель 16, а на шкале 4 световой указатель 17,содержащий источник 18 света, конденсор 19, отражатель 20 и две диафрагмы 21 и 22.

При этом диафрагма 21 установлена так, что ее оптическая ось пересекает основное зеркало 7 на оси вращения О. Диафрагма 22 выполнена так, что отверстие в ней, через которое проходит световой луч при работе устройства, является плоской щелью, и установлена так, что плоскость, проведенная через щелевое отверстие, параллельна оси вращения О, проходит через все зеркальные грани 13 призм

11, но не пересекается с дополнительным зеркалом 14.

Устройство работает следующим образом.

Луч света от источника 18 света, пройдя через конденсатор 19, отражатель 20, попадает на диафрагмы 21 и

22, где разбивается на два луча: иэ диафрагмы 21 — луч А, а иэ диафрагмы

22 — луч В. Луч А из диафрагмы 21 попадает на основное зеркало 7 и, отразившись от него, попадает на основную шкалу 3, где образует световой указатель 16. Плоский луч В из диафрагмы 22 попадает на зеркальные поверхности призм 11, разбивается на ряд лучей В, где i=1 2,...,N (N— число призм 11), которые отражаясь под разными углами (за с -ет разворота зеркальных поверхностей 13) от зеркальных поверхностей 13 попадают на дополнительное зеркало i4, отражаются от него обратно к зеркальным поверхностям 13 и т.д. до тех пор, пока при последнем. отражении от зеркальной поверхности 13 один из лучей В не попадает на дополнительную шкалу 4, где образует световой указатель 17. Для того, чтобы не было паразитных лучей при отклонении лучей В поверхности 12 призм 11 выполнены прозрачными, а для того, чтобы при разьюстировке системы луч В не давал отражения от основного зеркала 7, основное зеркало 7 отделено от оптического блока 9 светопоглощающей площадкой 10.

Устройство отьюстировано таким .образом, что при отсутствии перепада давления на упругом чувствительном элементе 5 световые указатели 16 и

17 располагаются на нулевых отметках основной шкалы 3 и дополнительной шкалы 4.

При появлении давления упругий чувствительный элемент 5 начинает перемещаться и через иглу 8 и подвижную систему 6 начинает поворачивать основное зеркало 7 и жестко связанный с ним оптический блок 9 относительно оси вращения О на некоторый 10 угол в зависимости от величины перемещения упругого чувствительного элемента 5. При этом луч А, отраженный от основного зеркала 7 по направлению к дсновной шкале 3, тоже разворачива- 15 ется на такой же угол, как и основное зеркало 7, а следовательно, световой указатель 16 перемещается по шкале 3 на определенное число делений и показывает величину изменения 2О давления.

В начале работы, когда световой указатель 16 на шкале 3 находится на нулевой отметке, световой указатель 17 на дополнительной шкале 4 25 образует один из лучей В„, а именно тот, который отражается от зеркальной поверхности 13 призмы 11, параллельной зеркальной грани 15 дополнительного зеркала 14. При этом световые лучи В; „, В;, ..., BH при отражении от зеркальных поверхностей 13 других призм 11 находятся эа пределами дополнительной шкалы 4 и развернуты один относительно другого на угол

9 -=2+aY Z, где Z — число отражений луча В; от зеркальных поверхностей

13 и 15.

Число N призм 11 и угол их разворота

Д 1, а также размеры L дополни40 тельного зеркала 14 и его расстояние

h от основного зеркала 7, а также угол Е (угол между основным зеркаЛом

7 и лучом В в нерабочем положении) выбираются из следующих условий (L, 45

h 9 однозначно определяют число отВ ражений Z) .

135 4

Чтобы при последнем отражении лучи В были направлены в направлении дополнительной шкалы 4. необходимо, чтобы Z было нечетным числом. Необходимо также, чтобы за то время, когда отраженный от основного зеркала 7 световой указатель 16 от луча А при повороте основного зеркала 7 пройдет определенный участок шкалы 3 (например, одно деление), световой указатель 17 от одного из лучей В. прошел

1 всю дополнительную шкалу 4, и к том моменту когда световой указатель 17 от луча Вi выйдет за пределы дополнительной шкалы 4, на нулевой отметке шкалы 4 снова появляется световой указатель 17 от следующего луча В +„ .

1+1

Это условие выполняется, если h Y=

=F/п, где F — предельный угол поворота основного зеркала 7, соответствующий перемещению светового указателя

16 из нулевого положения на шкале 3 до максимального значения, п — число разбиений шкалы 3 на деления, а количество призм 11 при этом N (для примера на фиг.2 N=4).

Таким образом, при такой конструкции оптического блока 9, при развороте основного зеркала 7 на 1 от нулевого положения, та зеркальная поверхность 12 призмы 11, которая была параллельна дополнительному зеркалу

14, поворачивается тоже на угол bV, а луч В,, отражающийся от нее, поворачивается на угол М и перемещает световой указатель 17 на дополнительной шкале 4 из нулевого положения в конец дополнительной шкалы 4. Так как следующая зеркальная поверхность 13 другой призмы 11 развернута относительно предыдущей на угол д, она занимает положение параллельное дополнительному зеркалу 14 а луч В

Э 141 дает световой указатель 17 снова в нулевой отметке дополнительной шкалы 4 и т.д.

1185135

Составитель В.Казаков

Редактор Н.Швыдкая Техрдд Ж.Кастелевич Ко ектор И ° Ýðäåéè рр

Заказ 6446/35 Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4