Измеритель вертикального градиента

 

Использование: измерительная техника в частности , для измерения вертикального градиента Цель изобретения - повышение точности измерений . Сущность: чувствительная система измерителя содержит только один груз, например, в виде постоянного магнита магнитопровода. полюсного ноконечника и опор, при этом груз снабжен основным и дополнительным датчиками силы в виде обмоток, которые подключены к источнику тока, груз снабжен указателем перемещения, измерительное устройство выполнено в виде измерителя тока, а корпус чувствительной системы снабжен устройством перемены мест по высоте в виде штанги, установленной цапфой и опорой на подставке 1 зпф-лы. 1 ил

(в) RU . (и) 2002281 С1 (5i) 0 О

Комитет Российской Федерации по патентам и тонарным знакам

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН „ва щ„„„

К ПАТЕНТУ

@7@Г@» Г д @ " "- Г НМ (2f) 4828386/25 (22) 24.05.90 (46) 30.10.93 Бюл. Иа 39-40 (71) Пермский политехнический институт (72) Субботин В.M. (73) Пермский политехнический институт (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЕРТИКАЛЬНОГО ГРАДИЕНТА (57) Использование: измеритепьная техника в частности, для измерения вертикального градиента.

Цель изобретения — повышение точности измерений Сущность: чувствительная система измерителя содержит только один груз, например, в виде постоянного магнита магнитопровода, полюсного ноконечника и опор, при этом груз снабжен основным и дополнитепьным датчиками силы в виде обмоток которые подключены к источнику тока, груз снабжен указателем перемещения, измерительное устройство выполнено в виде измерителя тока, а корпус чувствительной системы снабжен устройством пе— ремены мест по высоте в виде штанги, установленной цапфой и опорой на подставке. 1 з.п.ф-пы, 1 ип.

2002281

Лm1m = 1011, 30

50 Лзобретение относится к измерительной технике и поедназнэчено для измерения вертикального градиен1а ускорения силы тяжести.

Известен вертикальный гравитационный градиентометр, содержащий вакуумированный корпус с размещенными в нем массами, усилитель, регистратор, подставку, Недостатком этого градиентометра является то, что его чувствительность к измеряемому градиенту практически равна нулю, так как их перемещение практически будет происходить по одному и тому же закону.

Известен также вертикальный градиентометр, содержащий чувствительную систему из коромысла, двух грузов. расположенных на разных высотах и измерительного устройства (прототип).

Этому градиентометру присущи значительные методические погрешности от ускорения ц силы тяжести, т,к, компенсация влияния q на выходной сигнал градиентометра осуществляется за счет жестких допусков <а конструктивные параметры измерителя и точной его настройкой (юстировкой), Например, для измерения Wzz c точностью до 1 Э требуется где m — массы грузов;

Лго — разность масс грузоь, а это невозможно реализовать.

Кроме того, недостатком градиентометра является также наличие методической и инструментальной погрешности из-за несбалансированности коромысла.

Цель изобретения — повышение точности измерения Wzz, Для достижения указанной цели чувствительная система ".îäåðæèò только один груз, снабженный основным и дополнительным датчиками силы, обмотки которых подключены к источнику тока„груз снабжен указателем перемещения, измерительное устройство выполнено в виде измерителя тока, включенного в цепь питания обмотки дополнительного датчика силы, а корпус чувствительной системы снабжен устройством перемены мест по высоте.

В результате в предлагаемом измерителе на разных высотах производится уравновешивание одного и того же груза с помощью указателя перемещения груза одними и теми >ке датчиками силы, чем исключаются методические погрешности от q.

Так как вместо коромысла груз снабжен основными и дополнительным датчиками силы, то исчезает методическая и инструментальная погрешности llo сравнению с прототипом от несбалансированности коромысла.

Таким образом, предлагаемый измеритель по сравнению с прототипом имеет более высокую точность измерения вертикального градиента, Заявителю и автору не известны технические решения, признаки которых совпадают с отличительными признаками заявляемого технического решения, поэтому оно соответствует критерию "новизна".

Указанные признаки в предложенном измерителе обеспечивают дости>кение новаго свойства, а именно повышение точности измерения вертикального градиента, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного решения критерию "существенные отличия".

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого измерителя вертикального градиента и ускорения силы тяжести.

Чувствительная система содер>кит один груз, например, в виде постоянного магнита

1, магнитопровода 2, полюсного наконечника 3 и опор 4. 5, подвешенных в корпусе блока 6, который цапфой 7 с помощью опоры 8 установлен в штангу 9 устройства перемены мест по высоте. Штанга 9 цапфой l0 и опорой 11 установлена на подставке 12 и имеет противовес 13, Груз снабжен датчиком 14 перемещения, например, индуктивным (или емкостным, или растровым фотоэлектрическим первичным преобразо вателем с разрешающей способностью в десятые доли микрона). Выход датчика перемещения соединен с указателем 15 перемещения, например, в виде вольтметра в случае индуктивного датчика перемещения.

Груз снаб:кен основным датчиком силы в виде постоянного магнита I, магнитопровода 2, полюсного наконечника 3 и обмотки 16 и дополнительным датчиком силы в виде постоянного магнита 1, магнитопровода 2, полюсного наконечника 3 и обмотки 17. Обмотки 16, 17 подключены к источнику 18 постоянного тока через устройства изменения величины питающего тока (или напряжения), например, в виде переменных сопротивлений 19, 20 и контактные переключатели 21, 22.

В цепь питания обмотки 17 включен измеритель 23, например, тока, со шкалой, отградуированной в величинах вертикального градиента Wzz, Груз подвешен в корпусе блока 6 на упругих пластинах 24, 25, снабженных задатчиком силы в продольном направлении пластин, например, в виде пружин 26 (или магнитоэлектрического дат2002281 чика силы и т.п.) для обеспечения малой жесткости. В направлении оси чувствительности прибора при достаточной (для обеспечения направления движения груза) жесткости в перпендикулярной плоскости (к оси чувствительности).

Поворотом штанги 9 корпус блока 6 может изменять свое положение по высоте, Предусмотрены арретиры для арретирования штанги 9 с корпусом блока 6 в верхнем и нижнем положениях и для арретирования корпуса блока 6 на штанге 9.

Датчик 14 перемещения при изготовлении (сборке) прибора устанавливается в нулевое положение (нулевое показание указателя 15 перемещения) при горизонтальном (недеформированном) положении уп ругих пластин 24, 25.

В рабочем положении измерителя его ось чувствительности,ось симметрии груза) располагается в направлении силы тяжести.

Корпус блока 6 герметизируется и может вакуумироваться, Для затухания колебаний груза предусматривается демпфирование (например, за счет зазоров между магнитопроводом 2, наконечником 3 и каркасом 27 обмоток 16, 17 в случае невакуумированного корпуса 6).

В рассматриваемом примере принципиальной схемы измерителя в качестве груэа используется постоянный магнит с магнитопроводом, а можно магнитопровод с магнитом и наконечником закрепить на корпусе и в качестве груза подвесить каркас

27 с обмотками 16, 17, Предлагаемый измеритель работает следующим образом. (Определение измеряемой величины производится алгоритмическим методом (4), (5) о два такта измерения).

Первый такт. Корпус блока 6 с чувствительной системой установлен в верхнее положение, контактный переключатель 21 замкнут, переключатель 22 разомкнут. Изменение величины питающего напряжения обмотки 16 основного датчика силы сопротивлением 19 устанавливается нулевое показание указателя 15 перемещения.

В результате сила тяжести груза уравновешивается силой основного датчика силы (обмотка 16) и силой упругих пластин 24, 25

mg = Fgp< + ся, (1) где m — масса груза;

g — ускорение силы тяжести на уровне тяжести груза в верхнем положении;

Fgp> .— сила основного датчика силы; с) — суммарная жесткость упругих пластин 23, 24:

z — отклонение груза от расчетного нулевого положения груза (т.е. отклонение от

"идеального нуля" по указателю 15), 25 m(g + WzzH) = Fgp) + Fgqz+ с1(+ zp) (3) где Wzz — вертикальный градиент;

Н вЂ” расстояние между центрами масс груза в верхнем и нижнем положениях;

30 Л z — величина отклонения груза от нулевого положения первого такта.

Так как за врсмя двух тактов измерения

В, 11, I> неизменны, то из выражения (1) — (3) имеем

mWzzH = Fggl + с1 ЛЕ; (4) с Az«mW/zzH.

40 Условие (5) легко выполняется, так как

hz определяется порогом чувствительности датчика перемещения и равно порядка

1 pk =10 м. (и возможно 0,1 pk), а малость с> обеспечивается соответствующими

45 конструктивными параметрами упругих пластин и продольной силой, прикладываемой к пластинам (6).

Из выражения (4) с учетом условия (5) имеем

50 Fgcz = mHWzz (6) Ряд является выходом Wzz, который наблюдается по шкале указателя 23.

Из выражения (6) погрешность выходно55 го сигнала, т.е. относительная погрешность измерения равна(4) У/

Лряс2 Лт ДН (7) Fgc2 m Н

Fgcl = BI>Il, (2, где  — магнитная индукция в зазоре между полюсным наконечником 3 и магнитопроводом 2, 5 I > — длина проводника обмотки 16;

1 — ток в обмотке 16.

Второй такт, Контактные переключатели 21, 22 замкнуты, корпус блока 6 устанавливается в нижнее положение. Изменением

10 величины питающего напряжения обмотки

17 дополнительного датчика силы сопротивления 20 устанавливается нулевое положение указателя 15 перемещения. Можно устанавливать показание указателя переме15 щения в обоих тактах измерения и не на нуль, а какое-то определенное значение, соответствующее определенному Wzz, например 2000 Э. а в дальнейшем зто учитывать.

За счет этого можно повысить точность иэ20 мерения, так как диапазоны измерения будут, например, не 0 — 4000 Э, а 2000-4000

Э = 2000 Э;

В результате имеем

2002281

Методическая погрешность от g и неуравновешенности коромысла отсутствует, отсутствуют по сравнению с прототипом и требования Ьт/m = 10 1 идругие,т.е.точность измерения Wzz повысилась, и прибор 5 в отличие от прототипа при точности не хуФормула изобретения

ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЕРТИКАЛЬКОГО 10

ГРАДИЕНТА, содержащий чувствительную систему, заключенную в корпус, и измерительное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, чувствительная система содержит 15 груз, снабженный указателем перемещения и основным и дополнительным датчиками силы, обмотки которых подключены к источнику тока, измерительное устройство же 1 Э вполне возможно создать при современном уровне техники, (56) А.ПЛОзефович и Л.B.Oãîðîäoâà, Гравитометрия. M. Кедра, 1980, с. 257. выполнено в виде измерителя тока, включенного в цепь питания обмотки дополнительного датчика силы, а корпус чувствительной системы установлен с возможностью перемещения по вертикали.

2, Измеритель по п.1, отличающийся тем, что груз чувствительной системы выполнен в виде постоянного магнита, магнитопровода и полюсного наконечника, подвешенных в корпусе на направляющих упругих пластинах,