Способ измерения угла наклона и устройство для его осуществления

 

Фнт «о вФ.м„„„

ОПИСА Е

< 779805

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (51-)М. Кл.

G 01 С 9/18 (22) Заявлено 050678 (23) 2625290/18-10 с присЬедиивиием заявки №3 осударствеииыЯ комитет

СССР оо делам изобретеииЯ и открнтиЯ (23) Приоритет

Опубликовано 15.1180. Бюллетень ¹ 42 (53) УДК 528. .541(088.8) Дата опубликования описания 25. 11. 80 (72) Авторы изобретения

В.О.Бушинский, А.M.Жиляев, В.И.Сергеев и A.A.Òûøêî

P3) Заявитель

Украинское научно-производственное обьединение целлюлозно-бумажной промышленности (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ НАКЛОНА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ!

Йзобретение относится к области

".измерительной техники, а именно к способам и устройствам для измерения (углов наклона, и может быть испбльзо вано в разлйчных отраслях промйшлен- ;5 ности при контроле углов наклона Сооружений, установок и т. д.

Известны способы измерения углов наклона с помощью пузырьковой ампулы, заключающиеся в измерении смещения то пузырька с последующим преобразованием смещения в электрический сигнал.

В известных способах о величине угла наклона судят по величине электрического сопротивления жидкости между из« 1ф мерительными .электродами. либо по ве+ личике электрической емкости между подвижной поверхностью жидкости-и об кладками, установленными снаружи или внутри ампулы (11. Известные устрой- 2ф ства, использующие емкостной или ре- остатный способ измерения угла накло. на, состоят из источника питания, электронного блока, регистрирукщего прибора и преобразователя смещения 25 пузырька в электрический сигнал (2 (3 1.

В известных способах на выходной сигнал первичного преобразователя, яроме перемещения пузырька, влияют 30

2 следующие факторыг в реостатном способе — изменение эффективной площади согрокосновения электродов с наполнителем, форма и материал электродов, взаимное расположение электродов; в еякостном — изменение формы, размеров и взаимного расположения электродов.

Такая многофакторная зависимость между углом наклона ампулы и измене нием сопротивления или емкости ксФнденсатора, ведет к погрешностям в из: мерении по указанным способам и требует сло>хной технологии, дорогостоящих материалов и создания сложной конструкции устройств, реализующих эти способы.

Кроме того, уровни этого вида требуют вспомогательных усилителей и электронных схем преобразования сигнала в Форму, удобную для измерения, при этом вносятся. дополнительные по грешности от дрейфа параметров электронных схем. В результате в уров-нях такого типа, несмотря на высокую чувствительность (до 0,2" ) погрешнос- ти измерения могут достичь единиц секунд.

Известен способ, направленный на устранение указанных недостатков и

779805 являющийся ближайшим по технической сущности и достигаемому результату.

Способ заключается в том, что ампулу помещают в электрическое поле, перпендикулярное оси ампулы, а смещение пузырька компенсируют созданием гра диента электрического поля, по которому судят о „величине угла (4 ).

Устройство для реализации акого способа содержит корпус, цилиндрическую ампулу, заполненную жидкостью с воздушным пузырьком, управляющие и

4 электрического поля в областях дифференциальных пластин;.

Однако недостатком указанного

=пособа является то, что согласно техническому решению система измере- . ния смещения пузырька должна работать независомо от системы компенсации перемещения и должны они работать на разных частотах. A в этих условиях. затруднено отделение сигнала измере. ния от высокого компенсирующего напряжения, приложеннога к тем же электро-регулирующие электроды, между которыми введена обратная связь, и электронную:схему преобразбвания изменения емкости в изменение напряжения, причем между электронной схемой и управляющими электродами введены последовательно включенные преобразователи постоянного напряжения в переменное высокое и электрические фильт, ры низких частот, В таком устройстве электрйческое поле однородно в областях между общей и дифференциальными пластинами конденсатора, причем его напряженность может быть изменена в каждой из областей независимо с помощью высоког< напряжения, подаваемого на дифферен циальные пластины с двух независимых преобразователей постоянного напряже" " ния в высокое переменное. При наклоне ампулы пузырек смещается от свое.-. го исходного положения, а на него начинает действовать сила, пропорциона-. льная углу наклона. Смещение пузырь ка вызывает изменение емкости конденсатора, которое с помощью электронной схемы преобразуется в напряжение и усиливается усилителей мощности, На выходе усилителя мощности происходит перераспределение постоянного найря« жения между преобразователями напряжения, с выходов которых выделенные. высокйе напряжения подаются на плас- "тины койденсаторов. Изменяя напряжен ность поля в областях дифференциальнЫх пластин конденсатора за счет подачи на нйх высокого напряжения, произво:дят компенсацию силы, действующей иа пузырек с помощью силы, создаваемой действием градиента электрического поля (пондемоторный эфФект). В ре ,зультате напряженность поля под пла-. стинами дифференциального конденсато ра,"а, следовательно, и приложенное к йим высокое напряжение однозначно характеризуют этот угол. Величина углй и клона измеряется по постоянному напрях<ению с выхода усилителя мощности", которое линейно связано с вйсокимй напряжениями.

Указанйый способ обесПечивает уменьшение погрешности, связанной

" с созданием одинаковых.по размерам, фсрже, точности расположения дифференциальных пластин конденсатора за счет независимого создания величины дам и влияющего на сигнал измерения, что приводит к дополнительным погрешностям, пути уменьшения которых при. водят к значительному усложнению схе15 мы, но не устраняют их.

Таким образом, основным источником погрешностей измерения по известному способу являются погрешности, электронных схем преобразования, уси20 ления, измерения сигналов и их взаимное влияние, ты, .детектор, схему компенсации, двухпроводную линию, вход которой соеди5р иен с выходом генератора высокой час-. тоты, а выход через детектор соедй - нен со схемой компенсации и регистрирующим прибором. Двухпроводная линия может быть выполнена в виде пары катушек, расположенных параллельно или коаксиально, или в, виде проводника и одной катушки„ внутри которой расположена пузырьковая ампула. Длина проводников двухпроводной линии соизмерима с длиной волны электрических колебаний, поступающих с генераторов, что создает эффект длинной линии и характеризуется тем, что токи в разных сечениях неодинаковы из-за проводимости изоляции отдельных участбО ков, обусловливающих токи утечки и

Целью настоящего изобретения является повышение: точности измерения, 25 при одновременном упрощ нии конотРукции устройства.

Указанная цель достигается тем, что в известном. способе измерения углов наклона c:Iroìîùüþ пузырьковой ампулы, заключающемся в измерении смещения пузырька с последующим преобразованием смещения в электричес- -: . кий сигнал, ампулу помещают в электромагнитйое поле двухпроводной линии, работающей в режиме стоячей волны, и IIO изменению коэффициента передачи линии, вызванному смещением пузырька, судят о величине угла наклона, Укаэанная цель достигается также

4О тем,.что в известном устройстве, содержащем ампулу, заполненную жидкостью с воздушным пузырьком, схему пре.образования смещения пузырька в электрический сигнал и регистрирующий.

45 прибор, схема преобразования смещения . пузырька в электрический сигнал включает в себя генератор высокой. часто779805 диэлектрической проницаемости этого вещества Е, в результате происходит изменение коэффициента передачи линии. При наклоне ампулы воздушный пузырь смещается пропорционально углу наклона и изменяет относительную ® диэлектрическую проницаемость вдоль пространственно-неоднородного электромагнитного поля лйнии, что при водит к изменению коэффициента ее передачи.. Зависимость между углом 15 наклона ампулы и величиной выходного сигнала (коэффициент передачи линии) определяется величиной смещения пузырька стандартной ампулы и градиен-" том электромагнитного поля. Смещение: Ы пузырька от угла наклона ампулы зависит от внутреннего радиуса кривизны и есть величина постоянная для данной ампулы, а градиент электромагнитного поля определяется режимом работы линии, а именно: расстоянием между отрезками линий, частотой вы» .. ходного напряжения генератора высокой частоты, величиной выходного напряжения генератора высоко частоты.

Настройка частоты и величины вы-: М ходного сигнала, осуществялемая регулировкой одного из переменнйх элементов генератора высокой частоты, а также установление заданного pac«" стояние между линиями, отличаются — 33 простотой операций и исключают необходимость использования узлов и элементов, сложных в технологическом и конструктивном отношении, что поэво-! JIReT упростить конструкцию устройст- Ы ва. Работа линии с точки зрения крутизеы преобразования угла .наклона и коэффициента передачи системы при сохраненйи относительно низкого им.педанса, характерного для линий на- иболее оптимальна на резОнансных Oi- . > стотах (режим стоячей волны), кото-" рыми обладают линии, выполненныЕ например, в виде катушке. Это позволяет включать регистрирукщий йрибор .беэ дополнительных усилителей, а, следо- .@ вателЬно, избавиться от дрейфа дбполнительного усилителя и упростить прйбор. Работа линии происходит на одной иэ резонансных частот, выбраннОй из условия получения необходиМого. ко- 3ф личества стоячих волн вдоль линии, определяющих крутизну преобразоваййя угла наклона в коэффициент передачи системы..

Формула изобретения

1". Способ измерения углов наклона

60 с помощью пузырьковой ампулы, заключающийся в измерении смещения пузырька с последующим преобразованием смещения в электрический сигнал, о тл и ч а,ю шийся тем, что, с це65 лью повышения точности измерения при, вледствие емкости между отдельными участками, обусловливающей токи смещения.

При внесении в электромагнитное поре линии Какого-либо вещества токи .смещения будут определяться величиной

На Фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2, 3, 4 изображены возможные варианты конструктивного исполнения двухпроводной линии.

Устройство содержит генератор вы-, сокой частоты 1, линий 2, 3, пузырьковую ампулу 4, диодный выпрямитель .5, регистрирующий прибор б, нагрузочные резисторы 7, 8, компенсационную схему 9:

Работа устройства происходит сле- °, дующим образом. Напряжение с выхода генератора высокой частоты 1 подается на вход линий 2> 3 и схемы компенсации 9. С выхода линий 2, 3 через детектор 5 напряжение подается -на резисторы 7, 8, на которые также подается напряжение с выхода схемы ком пенсации 9. Регистрирующий прибор б включен таким образом, что измеряет разностное напряжение на нагрузочных резисторах 7, 8. В исходном положении угол наклона ампулы 5 равен нулю и разностное напряжение на резисторах

7, 8 также равно нулю, при этом воздушный пузырек находится на. Участке линий 2, З.с прямолинейным преобразованием перемещения пузырька в напряжение на вйходе линий 2, 3. При наклоне ампулы на угол к линии горизонта пузырек смещается и.изменяет диэлектрическую проницаемость вдоль линий 2, 3, соответственно и напряжение на выходе"линий, что приводит к появлению напря>кения разбаланса на„ резисторах 7, 8, воспринимаемого регистрирующим прибором 6, отградуированным в угловых единицах.

Введейие в смему преобразования смещения йузъ рька в электрический сигнал схемы .крййейсифий. позволяет избежать изменения показаний регистрирующего прибора б при нестабильности амплитуд входного сигнала reнератора i, à также других, параметров, не связанных с перемещением пузырька в ампуле.

Изменение сйещенйя пузырька, хардктеризующев угдл. наклона, приводит к изменению условий стоячих волн пер-. вичного преобраэователя, которым яв-. ляется йскусствениая длйнная линия.

Это приводит к большому изменению коэффициента йереДачи линии, что обеспечивает вйсокую чуветвительность и точность измерения при упрощении из-. мерительной схеьы.

Использование линий передачи совместно со стандартной пузырьковой ампулой для измерения углов наклона позволяет значительно упростить конструкцию электронных уровней. ф М

;-,. Ф

805 в

g.Ф Ф

779

1 f

Qcrc.f

Сирс Ó

Составитель Л.Колюбакина

Редактор Е;Абрамова ТехредТ.Маточка Корректор 40.Макаренко

9 : ираж -Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

В илиал ППП Патент, r. жгород, ул. Проектная, одновременном упрощении конструкции устройства, ампулу помещают в электромагнитное поле двухпроводной линии, работающей в режиме стоячей волны, и по изменению коэффициента передачи линии, вызванному смещением пузырька, судят о величине угла наклона.

2. Устрофство для измерения углов наклона по и. 1, содержащее ампулу, заполненную жидкостью с воздушным пузырьком, схему преобразования смещения пузырька в электрический сигнал и регистрирующий прибор, о тЫ и ч а ю щ е е с я тем, что схема

Преобразования смещения йузырька в

Электрический сигнал включает в себя генератор высокой частоты, детектор, схему компенсации, двухпроводную лийию, вход которой соединен с выходон

Генератора высокой частоты, а выход

Ферез детектор соединен со схемой

Омпенсации и регистрирующим прибо» ом.

3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что двухпроводная линия выполнена в виде пары катушек, расположенных параллельно или коаксиально, или в виде проводника и катушки, внутри которой расположена ампула.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бычков О.Д. Уровни и микронивелиры и их применение для геодезической выверки конструкций. М.,"Недра", 1973, с. 40- 49.

2. Патент США 9 3096596, кл. 33-205, опублик. 1966.

3. Патент США Р 3299523, кл. 33-205

15 опублик 1967.

3. Авторское свидетельство СССР

° 9 478181, кл. G 01 В 7/30, 1973 (прототип).

4.- Авторское свидетельотво СССР

;ф 9 512373, кл..6 01 С 9/18, 1973 (?прототип).