Датчик угла наклона

 

нц 58l4ISI

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61.) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 15.12.75 (21) 2304352/18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет (43) Опубликовано 15.12.77. Бюллетень Хе 46 (45) Дата опубликования описания 24.01.78 (51) М 1(л G 01С 9/10

Госуаарственнь и комитет

Соне а М»нмс ров СССР

Ао делам изобретений и открытий (53) УД1(528.541(088.8) (72) Авторы изобретения

1О. М. Котляревский, Б. Л. Бобрицкий, В. Я. Сандлер, М. М, Авербух и Д. С. Вайсблат

Горнорудная часть Государственного проектно-конструкторского и экспериментального института по обогатительному оборудованию (71) Заявитель (54) ДАТЧИК УГЛА НАКЛОНА

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам, предназначенным для измерения угла наклона транспортных средств.

Известно применение элементов струйной пневмоавтоматики для измерения различных параметров, например уровня, положения объекта и пр.

В основу конструкции таких устройств положено использование питающих и приемных сопел в сочетании с элементом (заслонкой), реагирующими на контролируемый параметр (1).

Однако такие устройства не могут измерять угол наклона объекта с требуемой степенью точности, тем более подвижных объектов, подтвержденных вибрациями.

Известны устройства, предназначенные для измерения углов крена, которые содержат корпус с цилиндрической камерой, сообщенной через отверстие с атмосферой, шариковую заслонку в цилиндрической камере, питающее сопло, сообщенное через дроссель с питающей магистралью (2).

Упомянутое известное устройство является наиболее близким по технической сущности и конструктивному выполнению к предлагаемому устройству.

Недостатком этого устройства является низкая чувствительность и надежность.

Для повышения чувствительности и надежности измерения предлагаемый датчик спабуксн размещенным по горизонтальной осп камеры дополнительным питающим соплом, вы5 полпснным с возможностью продольного псремещення и соедипепным также через дросссль с питающей магистралью, при этом корпус имеет дополнительное отверстие, сообщающее сго с атмосферой, а шариковая заслон10 ка располоукена между упомянутыми соплами и отверстиями.

На чертеже показан предлагаемый датчик угла наклона, содержащий корпус 1 с питающими соплами 2 и 3 и выхлопными отвер15 стиями 4 и 5, сообщающими корпус с атмосферой. В корпусе 1 выполнена цилиндрическая камера 6. В камере 6 между соплами 2 и 3 и выхлопными отверстиями 4 и 5 размещена шариковая заслонка 7. Входы 8 и 9 со20 пел 2 и 3 сообщены с питающей магистралью через дроссели 10 и 11. Сопла 2 и 3 выполнены с возможностью продольного перемещения, которое может быть обеспечено, например, возвратными пружинами 12 и 13 и ре25 гулировочными винтами 14 и 15, размещенными по продольной оси датчика. При этом сопла 2 и 3 устанавливаются на таком расстоянии от шариковой заслонки 7, чтобы при горизонтальной установке датчика и подаче

З0 питающего давления шарик находился в бы584181 строосциллирующем движении около среднего положения.

В основу такого решения положены следующие явления.

При наличии угла крена сила веса шариковой заслонки на наклонной плоскости разлагается па силу скатывания и силу нормального давления.

При небольших расходах через питающий дроссель и острых кромках сопла сила его .реакции F», равна избыточному давлению Рс в сопле, умноженному на его площадь

Fpc — с Sc> (1)

Прп наклоне датчика шарик, скатываясь, будет закрывать сопло до тех пор, пока сила реакции сопла не нарастет до,величины скатывающсй силы и не станет равной ей, т. е.

Fcк — Fpc

Р,= " япя. (2) с

Другими словами, избыточное давление в сопле будет пропорционально при прочих постоянных условиях синусу угла наклона, а пои малых углах, меньших 5, величине са1 мого угла.

Наибольшая чувствительность датчика будет при наибольшей величине производной изменения давления в сопле Р, по измененик> угла наклона датчика Ла. Как известно, максимальная производная функции sin а достигается при угле а=0 . Поэтому при горизонтальном расположении сопел можно добиться максимальной чувс гвительности датчика. При горизонтальном расположении шарика величина силы трения, пропорциональная силе нормального давления шарика на скатывающую плоскость, будет также максимальной, так как сила нормального давления пропорциональна косинусу угла наклона датчика, а имеет максимум при угле а равном 0 .

Путем регулирования взаимного расположения сопел и шариковой заслонки между нйми можно добиться быстроосциллирующих колебаний (высокочастотных автоколебаний) шарика относительного его среднего (нулевого) положения. Такие колебания, как известно, значительно уменьшают трение, а значит и зону нечувствительности к углам наклона в нормальных условиях.

Кроме того, в условиях повышенных вибрапий транспортных средств повышается надежность измерения, так как вибрационные колебания агрегата в датчике уменьшаются за счет собственных направленных колебаний шарика. Кроме того, датчик снабжен задатчиком нулевого уровня 16 и выходным устройством 17, собранным на мембранном усилителе по схеме алгебраического сумматора, имеющего вычитающий вход 18, положительный вход 19 и выход 20.

Этот сумматор необходим для определения

Формула изобретения

Датчик угла наклона, содержащий корпус с цилиндрической камерой, сообщенной через отверстие с атмосферой, и расположенные в ней шариковую заслонку и питающее сопло, подключенное через дроссель к питающей магистрали, о т л и ч а ю щ е и с я тем, что, с целью повышения чувствительности и надежности измерения, он снабжен размещенным по горизонтальной оси к;мегы дополнительразности избыгочных давлений в питающих соплах, так как при нейтральном положении (нулевом) возможны ненулевые значения этих избыточных давлений. Использование

5 алгебраического сумматора обеспечивает возможность путем введения нулевого уровня производить измерения знакопеременных углов наклона.

Устройство работает следующим образом.

lo При горизонтальной установке датчика и подаче питания шариковая заслонка 7 находится в быстроосциллирующем движении около среднего положения, в результате чего давление на входе сопел 2 и 3 равно нулю.

15 Поэтому выходное устройство 17 выдает давление, определяемое задатчиком нулевого уровня 16.

При наклоне датчика по его продольной оси, например, влево, шариковая заслонка 7

QQ начнет без трения, которое устраняется быстроосциллирующим движением, скатываться к соплу 2, закрывая его до тех пор, пока сила реакции сопла 2 не нарастет до величины скатывающей составляющей веса шариковой за25 слонки 7. Так как сила реакции сопла при малых расходах воздуха через него равна давлению в сопле, умноженному на его плошадь, а скатываюшая составляющая веса шарика 7 при малых углах наклона ему пропорциональна, то при остановке шарика 7 возрастающей силой реакции сопла 2 давление в нем будет пропорционально углу наклона датчика влево. Сигнал давления со входа сопла 2 поступает на вы читающий вход 18 мембранного усилителя выходного устройства 17. В результате этого на выходе 20 усилителя выходного устройства 17 будет установлено давление, равное разности давления нулевого уровня, которое определяется за46 датчиком нулевого уровня 16, и давления на входе сопла 2. Т. е. при наклоне датчика влево давление на его выходе 20 уменьшается от нулевого уровня пропорционально углу его крена влево.

При наклоне датчика вправо шариковая за45 слонка начнет без трения перекатываться к соплу 3, в котором будут происходить аналогичные явления. Однако на выходе 20 датчика при этом давление будет нарастать от ну50 левого уровня пропорционально углу его крена вправо, так как давление со входа сопла

3 поступает на положительный вход 19 мембранного усилителя выходного устройства 17.

584!8!

Р4 2 g g, 1 5 9 Ю 75

Составитель И. Варнек

Редактор И. Шубина Техред И. Михайлова Корректоры: Л. Тарасова и Л. Денискина

Заказ 104/2 Изд. М 267 Тираж 907

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2 ным питающим соплом, установленным с возможностью продольного перемещения и соединенным через дроссель с питающей магистралью, при этом корпус имеет дополнительное отверстие, сообщающее его с атмосферой, а шариковая заслонка расположена между упомянутыми соплами и отверстиями.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Залманзон Л. A. «Аэрогидродинамические методы измерения входных параметров

5 автоматических систем», М., «Наука», 1973 с. 235 — 244.

2. Патент США Хо 3721304, кл. 173 — 2, 1973.