Устройство для измерения углов наклона

 

Использование: преимущественно в строительстве. Сущность изобретения: устройство содержит основание, астатический маятник с плечом в виде стержня и грузом в виде дугообразного стержня, узел его защиты от механических повреждений с рессорой в виде двух индентичных плоских параллельных пружин и двух пар втулок, указатель и шкалу. Плечо маятника шарнирно связано с основанием. Шарнир выполнен в виде плоской пружины. Рессора установлена между основанием и шарниром перпендикулярно его плоскости. Втулки закреплены на основании. Груз закреплен в центре масс плеча маятника, а его концы входят с зазором в соответствующие пары втулок. Радиус дуги груза равен расстоянию от центра масс плеча маятника до точки крепления шарнира к рессоре. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения углов наклона объектов, и может быть использовано преимущественно в строительстве.

Известны устройства для измерения углов наклона с закрытым резервуаром, частично заполненным жидкостью, например, с пузырьком воздуха. При использовании, например, в строительстве известные устройства обладают рядом недостатков. Жидкостные уровни чувствительны к температуре, ударам, имеют не очень удобный способ снятия показаний.

Наиболее близким к заявленному изобретению по назначению и количеству совпадающих существенных признаков является техническое решение, описанное в [1] и содержащее основание, маятник с грузом и плечом, шарнирно связанным с основанием, шкалу и указатель. К недостаткам названного устройства можно отнести его невысокую точность и хрупкость конструкции.

Целью изобретения является повышение точности и надежности.

Цель достигается за счет того, что в известном устройстве для измерения углов наклона маятник выполнен астатическим с плечом в виде стержня и грузом в виде дугообразного стержня, шарнир выполнен в виде плоской пружины и дополнительно содержит узел его защиты от механических повреждений, выполненный с рессорой в виде двух идентичных плоских параллельных пружин, установленной между шарниром и основанием перпендикулярно плоскости пружины шарнира, и двух пар втулок, закрепленных на основании, причем груз закреплен в центре масс плеча маятника, концы дугообразного стержня входят с зазором в соответствующие пары втулок, а радиус его дуги, лежащий в плоскости качания маятника, равен расстоянию от центра масс плеча маятника до точки крепления шарнира к рессоре.

В пользу применения астатического маятника в качестве чувствительного элемента в устройстве для измерения углов наклона говорит следующее. Пусть: Р - вес маятника, для простоты математического; l - расстояние от его центра тяжести до шарнира; C_ϕ- упругость шарнира - величина момента на единицу угла поворота; ϕ - угол отклонения маятника от нейтрального положения по отношению к основанию; α - угол наклона основания к горизонту; Т - период колебания рассматриваемого маятника; Т_о - период колебания устойчивого математического маятника длиной l; N - число, много большее единицы (передаточное число).

Тогда можно показать, что если параметры астатического маятника на упругом шарнире отвечают соотношению C= Pl 1 + , то угол ϕ определится ϕ=Nα, а период его колебания будет равен T = T.

Таким образом, угловое отклонение маятника ϕ будет в передаточное число раз больше угла наклона основания, что и обеспечивает такому маятнику высокую чувствительность. При этом число N показывает, во сколько раз рассматриваемый маятник короче отвеса равной чувствительности. Соотношение по периоду, которое может быть уточнено на случай физического маятника, пригодно для настройки числа N за счет регулировки, например, длины l или веса Р.

Повышение надежности устройства достигается за счет введения узла его защиты от механических повреждений.

Для достижения этой цели между основанием прибора и шарниром маятника вводится рессора. Она может быть выполнена в виде плоской пружины, плоскость которой перпендикулярна плоскости пружины шарнира. Целесообразна рессора в виде, например, параллелограмма из двух параллельных плоских пружин, плоскости которых перпендикулярны плоскости пружины шарнира и между которыми по концам имеются две распорки одинаковой высоты. Рессора снижает жесткость крепления нижнего конца пружины шарнира маятника с основанием как при вертикальном ускорении за счет изгиба пружин рессоры, так и при повороте устройства с угловым ускорением вокруг горизонтальной оси, лежащей в плоскости прилагаемого рисунка, за счет скручивания пружин рессоры. К плечу маятника в центре его масс симметрично жестко прикреплен дугообразный стержень. Каждый конец этого стержня входит с зазором во втулки, закрепленные жестко на основании и являющиеся упорами, ограничивающими перемещение концов стержня как в направлении радиуса дуги стержня, так и в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа. При ударах или резких поворотах основания прибора, например вокруг вертикальной оси, рессора и относительно малая жесткость пружины шарнира на скручивание обеспечивают возможность таких перемещений маятника, при которых дугообразный стержень своими концами касается втулок, что защищает пружину шарнира маятника от возникновения больших напряжений. Указанная защита работает при любом отклонении маятника от нейтрального (по шкале) положения.

За счет наличия параллелограммной рессоры гистерезис пружин самой рессоры не ведет к сбиванию нуля шкалы, поскольку нижний конец упругого шарнира маятника при движениях рессоры лишен возможности поворота в плоскости качания маятника.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид.

Устройство для измерения углов наклона содержит основание 1, упругую рессору 2, плоскую пружину (шарнир) 3, с которой скреплено плечо 4 астатического маятника, выполненное в виде стержня. На плече, в центре его масс, закреплен груз - дугообразный стержень 5, который входит с зазором во втулки 6. На плече маятника закреплены грузик 7, с помощью которого регулируется передаточное число, и стрелка 8. Съем показаний осуществляется со шкалы 9.

Устройство работает следующим образом.

При наклоне основания 1 в плоскости чертежа пружина 3 изгибается под действием момента сил тяжести маятника, масса которого состоит в основном из массы плеча 4, дугообразного стержня 5 и грузика 7, при этом указатель 8 отклоняется от нулевой отметки шкалы 9 на величину, пропорциональную углу наклона основания 1 к горизонту. Возврат основания 1 в горизонтальное положение будет сопровождаться возвратом стрелки 8 к нулю шкалы 9. Масса грузика 7 и его расстояние от центра шарнира подбираются при регулировке с целью обеспечения заданного передаточного числа (заданной чувствительности).

При ударах и резких поворотах в процессе транспортирования и установке устройства для выполнения измерений за счет деформации рессоры 2 и скручивания пружины самого шарнира 3 дугообразный стержень 5 касается жестких упоров 6, что предупреждает повреждение шарнира 3.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ НАКЛОНА, содержащее основание, маятник с грузом и плечом, шарнирно связанным с основанием, шкалу и указатель, отличающееся тем, что маятник выполнен астатическим с плечом в виде стержня и грузом в виде дугообразного стержня, шарнир выполнен в виде плоской пружины и дополнительно содержит узел его защиты от механических повреждений, выполненный с рессорой в виде двух идентичных плоских параллельных пружин, установленной между шарниром и основанием перпендикулярно к плоскости пружины шарнира, и двух пар втулок, закрепленных на основании, причем груз закреплен в центре масс плеча маятника, концы дугообразного стержня входят с зазором в соответствующие пары втулок, а радиус его дуги, лежащей в плоскости качания маятника, равен расстоянию от центра масс плеча маятника до точки крепления шарнира к рессоре.

РИСУНКИ

Рисунок 1