Датчик угла наклона

И.Прус скин 88,8)кое свидетел0 01 С 9/02,е свидетельсС О 1 С 9/06,ьство ССС 23,08,76тво СССР 15.08.75 К УГЛА НАКЛО тензометриро т, связанный А, содеранный нерВГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ801051373 А ционной массой, о т л и ч .а ю Щ и й"с я тем, что, с целью повышения чувствительности, снижения погрешностии получения линейной амплитудной характеристики при измерении малых уг"лов, упругий элемент датчика выполнен составным, имеющим внутренний осе-.вой стержень из материала с высокиммодулем Юнга, и охватывающий его полый цилиндр из материала с низкиммодулем Юнга, причем внутренний стержень скреплен одним концом с торцомполого цидиндра, а другим - с введенным в датчик устройством натяжения,укрепленным на корпусе,1 053Изобретение относится к измерительной технике и предназначено длядистанционного определения угла наклона н напранления нектара наклонаобъекта.Известны устройства для опреде -пения угла наклона и угла плоскостинаклона объекта, содержащие корпус,две упругие балочки с тензарезистарами, н каине которых укреплены грузы, балочки укреплены в корпусе так,что их продольные оси параллельны,а плоскости перпендикулярны Г 1 ,Недостатком известных устройствявляется нелинейность амплитудной15характеристики его измерительных элементов (тензопластин ). Нелинейностьустройства проявляется из-за изменения жесткости при изгибе тензапластины в плоскости наклона объекта20при изменении направления векторанаклона. Нелинейность амплитуднойхарактеристики устройства вносит погрешность в измерение угла, усложняет обработку результатов измерений.25Такие датчики, предназначенные преимущественно для измерения большихуглов наклона, имеют невысокую точность при измерении малых углов1наклона. Измерение датчиком малых углов характеризуется уменьшением коэффициента использованиядиапаэана измерений датчика и соответствующим увеличением погрешности измерений.Наиболее близким к предлагаемому 35является датчик угла наклона, содержащий корпус, инерционную массу, подвешенную на тягах, точка пересечениякоторых совмещена с центром тяжестиинерционной. массы, и дифференциальный преобразователь. Тяги наклоненык вертикальной оси датчика на угол,равный предельному измеряемому углунаклона, а преобразователями служаттенэареэисторы являющиеся составной 45частью тяг 2 3Инерционная масса этого датчикависит на тенэорезисторах,которые испытывают некоторую начальную деформацию растяжения Е,. 50При измерении углов наклона от+ о до - о тензарезисторы испытывают деформацию растяжения ат О да+ Я . Амплитуда ныходнога сигналадатчика при .этом ограничивается пре-,55дельной деформацией растяжения + б,измеряемой тензорезисторами, деформация сжатия - Е, также измеряемая 73 2тензорезистсрами, в тягах и тенэорезисторах датчика отсутствует, чта уменьшает его сигнал на выходе, а следовательно, и чувствительность не менее чем в 2 раза.Другим недостатком датчика является нелинейность амплитудной характеристики датчика, вносящей погрешность в измерениях как больших, так и малых углов, Наличие тригонометрических Функций в формулах обработки результатов измерений усложняет процесс определения угла наклона и не позволяет следить эа изменением величины угла наклона и направлением вектора наклона в ходе эксперимента,Цель изобретения - повышение чувствительности и снижение погрешности датчика при измерении малых углов наклона.Поставленная цель достигается тем, что в датчике угла наклона, содержащем корпус, тенэометрнронанный упругий элемент, связанный с инерционной массой, теизометрираванный упругий элемент выполнен составным, имеющим ннутренний осевой стержень из материала с высоким модулем Юнга, и охвать 1 вающий его полый цилиндр из материала с низким модулем Юнга, причем внутренний стержень скреплен одним концом с торцом полого цилиндра, а другим - с введенным в датчик устройством натяжения, укрепленным на корпусе.На Фнг, 1 изображен датчик угла наклона, общий вид; на Фиг. 2 в . разрез А"А на Фиг.Датчик содержит упругий элемент 1 с наклеенными на него тензорезисторами 2, своим основанием жестко скрепленный с корпусом 3, а другим . концом - с инерционной массой 4. Упругий элемент выполнен составным нз внутреннего осевого стержня 5 и охватывающего его полого цилиндра, Осевой стержень 5 одним концом скреплен с торцом полого цилиндра, а другим - с натяжным устройством 6.При наклоне объекта с установленным на нем датчиком угла наклона на внешней поверхности упругого элемента датчика появляются деформации изгиба, воспринимаемые тенэорезисторами соединенными в две полумоставые схемы. Выходные сигналы с каждага полумаста, пропорциональные компонентам углового перемещения, поступают каждый в свой канал усилитель1051 Составитель Л, Колюбакина,Редактор Н.Безродная Техред С.Мигунова Корректор Г. Решетн Заказ 865/40 Тираж 60 ВНИ 1 ПП 1 Государственного к по делам изобретений и о 113035, Москва. Б, Рауш Помитета СССытийая на сн б д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,эно-регистрирующей аппаратуры, Величина угла наклона определяется зависимостьюг, г1 25 где 0(1 и о( - компоненты углового перемещения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через оси чувствительности тензорезисторов. Направление вектора угла нак лона определяется суммой векторов Я и Я тех же составляющих углового перемещения.Использование цилиндрического упругого элемента, обладающего неизменной жесткостью в плоскости наклона при изменении направления вектора наклона, обеспечивает линейность амплитудной характеристики датчика приизмерении как больших, так и малых углов наклона и снижает погрешность измерений, Тарировка такого датчика сводится к обычному, широко применяемому в измерительной технике, масштабированию, что позволяет следить за изменением величины и направления угла наклона в ходе зкдперимента при подключении датчика, например, к показывающему регистрирующему прибору.Использование разгруженного полого цилиндра с низким модулем Инга позволяет уменьшить его жесткость при изгибе ( увеличить деформацию наружной поверхности полого цилиндра ), чем повьппается чувствительность датчика и снижается погрешность измерений.