Датчик угла наклона

Союз Советских Социалистических Республик(51) М. Кл, б 0 динением заявкитосуларствеиньи номнте Сонеа Министров ССС(43) Опубликовано 15,12,77. Бюллетень(45) Дата опубликования описания 24,01.7 ло делам изобретении н открытий(72) Авторы изобретсни Ю. М. Котляревский, Б. Л,М. М, Авербух и орнорудная часть Государстве экспериментального институтаБобрицкий, В. Я Д, С. Вайсблат ного проектно-к о обогатительно андлер,71) Заявитель структорскогооборудованию 4) ДАТЧИК УГЛА НАКЛО ка 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 11.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 низя чувствительность и надежность. Для повышения чувствительности и надежности измерения предлагаемый датчик снабуксн размещенным но горизонтальной осн камеры дополнительным питающим соплом, вы полденным с возможностью продольного нсремещення и соединенным также через дросссль с питающей магистралью, при этом корпус имеет дополнительное отверстие, сообщающее его с атмосферой, а шариковая заслон ка расположена между упомянутыми соплами и отверстиями.На чертеже показан предлагаемый датчикугла наклона, содержащий корпус 1 с питающими соплами 2 и 3 и выхлопными отвер 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 со пел 2 и 3 сообщены с питающей магистральючерез дросселн 1 О и 11. Сопла 2 и 3 выполнены с возможностью продольного перемещения, которое может быть обеспечено, например, возвратными пружинами 12 и 13 и ре 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 зО питающего давления шарик находился в быстроосциллирующем 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 Ерс равна избыточному давлению Рс в сопле, умноженному на его площадьрс -сс (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.Рск - Ррс(2)сДругими словами, избыточное давление в сопле будет пропорционально при прочих постоянных условиях синусу угла наклона, а пои малых углах, меньших 5, величине са 1мого угла.Наибольшая чувствительность датчика будет при наибольшей величине производной изменения давления в сопле Р, по измененик) угла наклона датчика Ла. Как известно, мак. симальная производная функции арпа достигается при угле а=О. Поэтому при горизонтальном расположении сопел можно добиться максимальной чувсгвительности 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 определения55 60 65 Формула изобретенияДатчик 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 й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и надежности измерения, он снабжен размещенным по горизонтальной оси к;мегы дополнительразности избыточных давлений в питающихсоплах, так как при нейтральном положении(нулевом) возможны ненулевые значенияэтих избыточных давлений, Использование5 алгебраического сумматора обеспечивает возможность путем введения нулевого уровняпроизводить измерения знакопеременных углов наклона,Устройство работает следующим образом.10 При горизонтальной установке датчика иподаче питания шариковая заслонка 7 находится в быстроосциллирующем движении около среднего положения, в результате чегодавление на входе сопел 2 и 3 равно нулю.15 Поэтому выходное устройство 17 выдает давление, определяемое задатчиком нулевогоуровня 16.При наклоне датчика по его продольнойоси, например, влево, шариковая заслонка 720 начнет без трения, которое устраняется быстроосциллируюгцим движением, скатываться ксоплу 2, закрывая его до тех пор, пока силареакции сопла 2 не нарастет до величины скатывающей составляющей веса шариковой за 25 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 пропорциоз 0 нальна, 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 вычитающий вход 18З 5 мембранного усилителя выходного устройства 17. В результате этого на выходе 20 усилителя выходного устройства 17 будет установлено давление, равное разности давлениянулевого уровня, которое определяется за 40 датчиком нулевого уровня 16, и давления навходе сопла 2. Т. е. при наклоне датчика влево давление на его выходе 20 уменьшается отнулевого уровня пропорционально углу егокрена влево.При наклоне датчика вправо шариковая за 45слонка начнет без трения перекатываться ксоплу 3, в котором будут происходить аналогичные явления, Однако на выходе 20 датчика при этом давление будет нарастать от ну 50 левого уровня пропорционально углу его крена вправо, так как давление со входа сопла3 поступает на положительный вход 19 мембранного усилителя выходного устройства 17.Заказ 104/2 Изд. Мо 267 Тираж 907 НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Подписное 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 экспертизе1. Залманзон Л. А, Аэрогидродинамические методы измерения входных параметров 5 автоматических систем, М., Наука, 1973с. 235 - 244.2. Патент США Мо 3721304, кл. 173 - 2, 1973.