Устройство для измерения углов наклона

 

Изобретение может быть использовано на морских объектах в условиях качки и позволяет повысить точность измерений. На свободно подвешенном маятнике 6 симметрично относительно его оси под углом закреплены одинаковые вакуумированные U-образные трубки 12,13, заполненные ртутью. При работе устройства в условиях качки маятник 6 обеспечивает измерение углов наклона объекта, производимое по измерительным шкалам 10, )4 и 15. С помощью трубок 12,13 определяется угол, на который отклоняется стержень маятника от отвесной линии при крене объекта. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1420369 А1 (51)4 С 01 С 9/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 1) 4 189996/24-10 (22) 16.12.86 (46) 30.08.88. Бюл. № 32 (72) В.И.Бойков, В.В.Лебедев и В.А.Рыжков (53) 528.541(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 3322774466, кл. G 01 С 9/06,,1933.

Авторское свидетельство СССР № 562715, кл. G 01 С 9/22, 30.12.75. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ

НАКЛОНА (57) Изобретение может быть использовано на морских объектах в условиях качки и позволяет повысить точность измерений. На свободно подвешенном маятнике 6 симметрично относительно его оси под углом закреплены одинаковые вакуумированные 1 -образные трубки 12,13, заполненные ртутью.

При работе устройства в условиях качки маятник 6 обеспечивает измерение углов наклона объекта, производимое по измерительным шкалам 10,!4 и 15 °

С помощью трубок 12,13 определяется угол, на который отклоняется стержень маятника от отвссной линии при крене объекта. 2 ил .

1420369

Изобретение относится к приборостроению, н частности к устройствам для измерения углов наклона маятникового типа, и может быть использовано на морских объектах (кораблях, судах, плавучих гидрометеорологических станциях и других плавсредствах) в условиях качки.

Целью изобретения является повыше- 10 ние точности измерений.

На фиг.1 схематично показано устройство для измерения углов наклона; на фиг ° 2 — схема сил, действующих на маятник при качке. 15

Устройство для измерения углов наклона содержит сообщающиеся сосуды

1, соединенные трубкой 2 с регулируемым дроссельным игольчатым клапаном 20

3. Верхние части сосудов 1 герметизированы и присоединены воэдухопроводами 4 к жидкостному дифманометру 5

U-образного типа, который укреплен на механическом маятнике 6, свободно подвешенном на оси 7 и снабженном в своей нижней части грузом 8. Дифмано- метр 5 имеет измерительную шкалу 9, которая предназначена для измерения статического наклона объекта, т.е. 30 для измерения статического крена или дифферента, н зависимости от того, в какой плоскости установлено устройство. Маятник 6 имеет измерительную шкалу 10, предназначенную для иэмере- 35 ния динамического наклонения объекта.

Присоединительные воэдухопроводы 4 выполнены с гибкими вставками 11> обеспечивающими свободу качания механического маятника 6 в пределах уг- 40 лов наклона объекта. На маятнике 6 слева и справа наклонно под углом

oL/2 и симметрично относительно оси маятника в плоскости его качания закреплены одинаковые вакуумированные и 45 заполненные ртутью трубки 12 и 13

U-образного типа, у которых один конец заглушен, а другой открыт для сообщения с атмосферным давлением.

При этом трубки 12 и 13 устэновлены в плоскостях, перпендикулярных плос кости качания маятника 6 (т ° е. перпендикулярно плоскости чертежа (фиг.1), где колено условно показано прерывистыми линиями, а концы трубок разнесены). Трубки 12 и 13 имеют измерительные шкалы 14 и 15 соответственно, которые предназначены для измерения уровней ртути в трубках 12 и 13 в целях определения угла отклонения маятника 6 от отвесной линии.

Устройство для измерения углов наклона морского объекта работает следующим образом.

Когда объект стоит на ровном киле, жидкость в сосудах I располагается на одном и том we уровне в горизонтальной плоскости, дроссельный клапан 3 открыт и давление в верхних полостях сосудов 1 и воздухопроводах

4 одинаково. Поэтому дифманометр 5 находится в нулевом положении и отсчеты по измерительной шкале 9 не производят. Не производят отсчеты и по измерительной шкале 10 так как ось маятника 6 в этом случае совпадает с отвесной линией. Не производят также отсчеты по шкалам 14 и 15, так как при отвесном положении маятника

6 уровни ртути в трубках 12 и 13 одинаковы.

При статическом наклонении объекта устройство изменяет свое положение. При этом жидкость в сосудах начинает перетекать иэ верхнего сосуда в нижний. Ее движение подобно гидравлическому маятнику. Под действием образовавшейся разности давлений в воздушных полостях сосудов 1 и воздухопроводов 4 дифманометр 5 изменяет показания пропорционально углу наклона,. который отсчитывают по шкале 9.

Одновременно механический маятник

6 также отклоняется от нулевого положения шкалы 10 на такой же угол, значение которого может быть отсчитано по этой шкале. Так как в этом случае маятник 6 остается в отвесном положении, уровни ртути в трубках 12 и 13 одинаковы и отсчеты по шкалам 14 и

15 ые производят.

При измерении наклонений объекта во время качки необходима регулировка устройства с помощью дроссельного клапана. Для этого проходное сечение трубопровода изменяют на заданную величину (постоянную для данного типа объекта), обеспечивающую минималь" ное перетекание рабочей жидкости в сосудах I, обусловленное качкой объекта. Это позволяет измерять усредненные значения статического угла наклона объекта по шкале 9 дифманометра 5.

При работе устройства в указанных динамических режимах механический маятник 6 обеспечивает измерение уг1420369

Н = Н„сов М,/2.

Н i> — Нл

1 (Н(+ Н ) tg 2

dg = arctg лов наклона объекта, характеризующих

его качку в данной плоскости под воздействием переменных внешних возмущений При этом отсчеты производят по измерительным шкалам 10,14 и 15.

При качке морского объекта механический маятник если он подвешен в точке, не совпадающей с центром качания корпуса объекта, показывает угол наклона объекта, не равный действительному.

На фиг.2 прямая OA — след диаметральной плоскости морского объекта, наклонившегося при бортовой качке на 15 угол к вертикали, точка Π— центр качания объекта, точка А — точка подвеса маятника, отстоящая от центра качания на расстояние r.

Производя отсчет по шкале маятни- 2р ка (шкале 10), в действительности получают угол (p не равный у . При этом (фиг.2) ср, =(у + асср; (р ) 0

В общем случае это объясняется тем, что при крене морского объекта 25 на каждую единицу массы в точке А действуют ускорение силы тяжести g и ускорение а, обусловленное действием тангенциального а- и радиальноC

ro а„ускорений при колебательном Зр движении точки А при качке. Поэтому стержень маятника в каждый данный момент направляется не по направлению действия ускорения силы тяжести g а вдоль равнодействующей R, т.е. отклоняется от отвесной линии на угол

h(f.

Неучет угла ьд может привести к существенной погрешности в определении динамических углов наклона морс- 40 кого объекта.

Так, если маятник подвешен на расстоянии 2 м от центра качания морского объекта, при качке с периодом бс о и амплитудой 25 погрешность опреде- 45 ления динамического угла наклона достигает 5 о

Поэтому для определения угла л( в устройстве на маятнике 6 установлены ртутные трубки 12 и 13 со шкалами

14 и 15, закрепленные наклонно под углом аС/2 симметрично относительно оси маятника. При этом для компенсации воздействия ускорения а на уровни ртути в трубках плоскости Uобразного типа трубок 12 и 13 перпендикулярны плоскости качания маятника 6.

Если трубку U-образного типа диаметром 7-10 мм с заглушенным (запаянным) одним ко нцо м, имеющим длину около 0,9 м, заполнить ртутью и перевернуть заглушенным концом вверх, в этом конце трубки ртуть опустится до высоты, соответствующей атмосферному давлению, действующего на ртуть в открытом конце трубки.

При наклоне такой трубки конец столба ртути остается на той же высоте над свободной поверхностью ртути, а длина столба становится при наклоне больше. Это объясняется тем, что давление зависит лишь от высоты столба жидкости, отсчитанной по вертикали е

Отсчеты длины барометрического столба, сделанные при вертикальном положении трубки Н и при наклоне ее на угол ./2, т.е. в положении Н

Н связывает формула

Шкалы .14 и 15, по которым отсчи гывают длину барометрических столбов, связаны с трубками 12 и 13 соответственно. Поэтому при наклоне трубок 12 и 13 отсчеты по шкалам 14 и 15 получаются большими, чем при отвесном положении этих трубок.

Для длин столбов ртути Н< и Н, в трубках 12 и 13 где о /2 — установочный угол наклона трубок 12 и 13 относительно оси маятника 6;

Н, „H, — отсчеты по шкалам 14 и

15 длин столбов ртути в трубках 12 и 13 соответственно °

Трубки 12 и 13 могут быть установлены наклонно относительно оси маятника 6 под различными углами Р и

Например, если они наклонены в одну и ту же сторону, укаэанная эависиность имеет вид

Н i cos/3 — Н, cos f

ЬО = arctg Н„sing — Н„sing

Имея измеренный динамический угол наклона с, и вычисляя Ьд по измеренным уровням Н, и Н, с учетом уг Га с4./2, действительный динамический угол! 420369 наклона морского объекта получают как q = Ч, — а(р. формулаиэобретения

Составитель В.Лыков

Техред Л.Олийнык Корректор M.Äåì÷èê

Редактор А. Лежнина

4316/42 Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Устройство для измерения углов наклона, содержащее частично заполненные жидкостью сосуды, сообщающиеся по жидкости через трубку с дроссельным клапаном, а по воздуху через гибкую трубку — с дифференциальным

U-образным манометром, закрепленным на маятнике, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности

5 измерений оно снабжено двумя ваку1 умированными U-образными трубками с ртутью, одним открытым концом закрепленными на маятнике симметрично и наклонно относительно его оси в плоскостях, перпендикулярных плоскости маятника.