Устройство для измерения угла отклонения от горизонтальной плоскости

ОЮЗ СааЕтСНИ ЦИАЛИстИЧЕ ЛУБЛИН(21) 22) 48647/18-100.08,82 7,11,83. Б 46 (72 (53 ОСДАГСТВЕННЦЙ НОМИтЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССР 144300, кл. С 01 С 9/16, 11.08.602, Авторское свидетельство СССРР 226865, кл. С 01 С 9/12, 1967,3, Авторское свидетельство СССРР 372437, кл, С 01 С 9/12,30.03.71 (прототип),(5 4) 57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯУГЛА ОТКЛОНЕНИЯ ОТ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙПЛОСКОСТИ, содержащее уровень ссйстемой подвески левитирующегомаятника с одной степенью свободыс йомещенным на нем подвижным эле- -ментом датчика перемещений, связанного с отсчетным блоком, источник постоянного тока, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюдистанционного управления динамическими параметрами и крутизной преобразования измеряемой величиныв отклонении маятника, оно снабже -но усилителями и дифференцирующими блоками, левитирующий маятникуровня выполнен в виде плоскойрамки, на которой закреплен ферромагнитный сердечник, а над маятником помещен многообмоточный электромагнит, причем центры масс рамки и ферромагнитного сердечникасовпадают, голюса электромагнитарасположены симметрично относительно поперечной оси симметрии системы подвески, одна из обмотокэлектромагнита соединена с выходомисточника постонного тока. другаяподключена к выходу первогО усилителя, на входе которого включенпервый дифференцирующий блок, связанный с датчиком перемещений, атретья обмотка соединена с выходомвторого усилителя, на входе которого включен второй дифференцирующий блок, связанный с выходом первого дифференцирующего блока.Нзобретение Относится к измерительной технике и может быть использовано лри Определении угла ОтклоЯЕНИЯ От ГОРИЗОНТаЛЬЯОЙ 1 тЛОСКО :иэлементов КОНСТРУкций, лри сбОРОЧЯЫХ Работах И МОНтажЕ ОттллтУПОВа Ьтн)тВ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ТД".ЗВЕСТНЫ УСТРОЙСТВст ДЛЯ ИЗМЕРЕ"НИЯ УГтта ОТКЛОНЕНИЯ ОТ ГОРИЗ:)НтаЛЬ"НОЙ ПЛОСКОСТИ С ПОМОЩЬЮ МаЯТНИКатв которых груз подвешен шарнирноЙа НЕСтог)ОМ РасСТОЯНИИ От О К ВРа-.ЩЕНИЯт СВЯЗаННОй С ОСНОВаНИЕМ, ИВель 1 чина Отклонения маятника ОтСт)стдттЕ ГО 1 О гт".ттст т 1 ИЯ ) астИНтт)олтт)- Ц 1 ЮОб Отклонении Основания От ГоризОНТаЛЬНОЙ ПЛОСКОСти 1 "т 1,Однако крутизна преобра.зованияИЗМЕЯЕ 1 ттОЙ БЕЛИтттг 1 Ы В УГОЛ ОТКЛОНЕ=НИЯ МаЯТН Икд. тттЕИЗМЕННа И ВСЕГДа ОтаВ"-"тта Еат)1)ттцЕ Что ЯВЛЯЕ 11 СЯ ЯЕДОСТат -ком маятниковых наклономеров:Известна подвеска маятника, обеспечивающая левитации Всех подвижных частей; :.то полнОстью исключает сух = тренке и существенно поВЫШаЕТ ТОт 1 НОт="ТЬ ИЗМЕРЕНИЙ 12 ,Однако подвеска маятника не создает новоГО эФФекта.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство для измерения угла отк -лонения от горизонтальной плоскости, в котором левтктит)уюшитй маятниквыпоцнен в виде кольца., размещеннохО исходнО ПОд углОМ к ГОРизоятальной плоскости а центр тяжести кольца смещен От центра его вращения,При наклоне Вокруг направления, параллельного радиусу кольца, на котором расположен центр тяжести,кольцо раэворачиваетси,. причем уголповорота можно получить значительно больше, чем измеряемый наклон.,Для дистанционной передачи данныхна кольце Размещен подвижный элементбезреактивного датчика перемещений,сигнал которого можно использоватьВ показывающих или регнстрирующихприборах 1 3 3.Недостаток Язве-,тного устройствазаключается в том, что положениемцентра тяжести кольца нельзя управЛЯТЬ ДИСтаНЦИОНнот а СЛЕДОВаТЕЛЬноткрутизна преобразования измеряемойвеличинь 1 тв Угол поворота кольЦадля конкретного прибора являетсянереГулируемОЙ величиной. Крометого, Время услокоения колебаний.кольца, те, промежуток от моментаотклонения на измеряемый угол доостановки кольца, и период колебаниЙ кольца являются также неупраэляе 1 ими величинами, так как Определяются моментом инерции кольцаи го вязким Взаимодействием с системой годвески и окружающим газом.Поэтому известным устройством иракт -гТИЧЕСКИ МОтио ИЗМЕРЯТЬ ЛИШЬ ОТНОСИ- тельно большие углы отклонения от ГОРИЗОЯТЭЛЬНОЙ ЛЛОСКОСТИт КОГДа колебательная скорость кольца достаточно велика,.ЦЕ.т 1 Ь Из;)брЕТЕНтИЯ - ОбЕг ЛЕ,тЕНКЕ ВозможНОСТИ ДИСтаНЦтИОЯНО УтРавяять Ди на 1 т 111 ческкми параметРами и кРУ- тизной преобразования измеряемой Величины В отк.1 оненин маятника.ука,заняая цель дОстиГаетсятем, что устройство для измерения угла отклонения от горизонтальной плоскости, содеожащее уровень с системой подвески т 1 евитирующего маятника с одной стеттенью свободыпомещенным на нем пОДБижным элементом датчика перемещений, связанЯг ) О; ОТСЧЕТНтм бттг)коьтт), Игатт)т)Нтт; лостоянногс тока, снабжено усилитеттт-, д 1 К ти ДИФО)ЕрдНПИРМЮттттцттИ блоками. левитирующий маятник урсвня Быпслн, Н В ВИЦЕ ПЛОСКОЙ ОатттКК На тг ТОРОЙ ЗаКРЕПЛЕН О)ЕРРОМагнЙТНЫЙ СЕРДЕЧНИК т а над маятником помещен многообмоточный электромагнит, причем центры масс рамки и Ферромагнитного серДСтиика лОВПадаЮТ ПОЛЮса Эт;Стктрот,т)агнита расположены симметрично относительно поперечной Оси симметрии ;,т 1 СТЕМЫ ПОДБЕСКИт ОДна ИЭ ОбМОТОК электромагнита соединена с вькодом источника постоянного тока, друГая ПОДКЛЮттвна К ВЫ)тодтт ПРВГтГО тттИ ТЕЛЯ, На ВХОДЕ КОТОРОГО БКЛЮЧтЕН леРВь)й ДКФфереЯЦЯРУютшкй блОкт сВЯ- занный с датчиком перемещений, а третья Обмотка лОединена с выходом Второго усилителя на входе которолтст включен ЭТО )ой диффет)енцирчощтий бЛОК с СВЯЗ с 1 ЯНЫЙ С ВЫХОДОМ ПЕРБОГО ДКФФеренцирующего блока.На Фиг 1 схематически представлена конструкция уровня устройства для измерения угла отклонения От ГОризОнтальнОЙ плОскости; на ФИГ,2 СХЕМа СОЕДИЯЕЯИЯ блОКОБт На ФИГ: 3 СХЕМа т.оДКЛЮЧЕНИЯ ОДНОГО Иэ ЗЛЕКТ= ГтОМа ГН тттот) Гтт ода ЕМс; т.тт) Гт ВЕРКИ т )а Я-Г яикаУст)ойсттзо Для измерениЯ ттГла ОТКЛОНЕНИЯ ОТ ГОРИЗОНтальгОЙ ПЛОС- КтС И лОСТОтт И= тто"Внтя И СУЕттЪ уттравлення,чтО, ВЕне лодстститс ти сЕту Л, Вл 1 л ки, маятник и электромагнит кстема подВЕСКИ ПреДнаэначена для обес- ттдттЕНИЯ ЛЕВИТацИИ МаяТЯКУа С Одттой СТ ПЕНЬЮ СВ-тбОДЫ =. Лт".-тЕтт"1 ЫМ ГЕРЕ)ттЕ= тттЕНИЕМ, ВОСЕМЬ ОдИНаКОВЫХ ЭЛЕКТРОМаГНИТОВ ). РаЗМЕЩЕНЫ ПО ЧЕТЫРга СБЕР - Хтт И СНИЗУ Ст Ят ОРЕЙ 2, ЗаКт)ЕЛЛтЕ)ттнЫХ Б Одной плоскости на рамке 3 маятника,. На которой помещены также ФеФерромагнитный сердечник 4 и подвижсперемещений, РасстОяние между протиВОположными маГнитами 1 Выбранобольше высоты якорей 2 на 0,050,1 мм, а длина якорей на 5-10 ммбольше длины полюсов электромагнитов. Центры масс маятника и ферромагнитного сердечника совмещены. Надрамой 3 установлен электромагнит 57, полюса которого расположены симметрично относительно поперечнойоси симметрии системы подвески маятника.Схема управления состоит из источника 8 постоянного тока, подключенного к обмотке 9, и электромагнита7. Выход датчика б линейных перемещений через первый дифференцирующийблок 10 нключен на вход первогоусилителя 11, выход которого нагружен обмоткой 12 электромагнита 7.Вход второго дифференцирующего блока 13 соединен с выходом первогодифференцирующего блока 10, а выходвторого дифференцирующего блока 20включен на вход второго усилителя14, подключенного к обмотке 15электромагнита 7. Блоки 10 и 13 выполняют однократное дифференцирование информативного параметра их 25входных сигналов по времени, Выходдатчика б перемещений соединен сотсчетным блоком 16, Кроме того,схема управления содержит источник17 переменного напряжения, на выходкоторого подключены обмотки всехэлектромагнитов 1 через восемь оди-наковых канденсатарон 18, которыеобразуют с обмотками электромагнитов 1 резонансные контуры на частате источника 17, Источник 8 постоянного тока, усилители 11 и 14и отсчетный блок 16 снабжены регуляторами коэффициентов передачи,Устройство работает следующим 40образом.После включения питания напряжения источника 17 вызывает в обмотках электромагнитов 1 так .величина которого зависит ат зазора между полюсами электромагнитон и якорями 2, Емкость конденсаторов 18выбирают таким образом, что приувеличении зазора ток н обмоткесоответствующего электромагнитавозрастает, Сила притяжения якоряк эЛектромагниту пропорциональна току в обмотке, вследствие чего обеспечивается устойчивая левитация маятника и создается возможность дляего свободного перемещения вдоль 55направления, параллельного продольной оси симметрии рамки 3, так какдлина якорей 2 больше длины полюсовэлектромагнитов 1,Постоянный ток, протекающий по 60обмотке 9 электромагнита 7, создает магнитное поле, которое взаимодействует с ферромагнитным сердечником 4, притягивая его к электромагниту. Сердечник занимает средЦепи с дифференцирующими блоками предназначены для управления динамическими параметрами маятника.Уравнение колебаний маятника при отсутствии сухого трения имеет вид ах+ х + 1 х = 0 масса паднижных частей маятника;коэффициент, определяемыйвязким трением;коэФфициент, определяемыйсилой взаимодействия Ферромагнитного сердечника с полем электромагнита 7,питаемого источником 8 постаяннага тока;смещение маятника от начального положения, при котором наклон уровня к горизонтальной плоскости ранен нулю;соотнетствейно скорость и ускорение маятника. где в х, х нее полажение относительно полюсовэлектромагнита ., если направлениесвободного движения маятника параллелька горизонтальной плоскости.При наклонах уровня на маятник дейатнует сила скатывания, которая выводит его из среднего положенияи тем дальше, чем больше наклон именьше напряженность поля электромагнита 7. Регулируя ток источника8, можно в широких пределах изменять крутизну преобразования угланаклона уровня в смещение маятника,чта дает возможность полностью использовать информативную производительность датчика 6 перемещенийпри изменении диапазона измерений,При изменении тока источника 8 неабходнмо изменять и коэффициентпередачи отсчетного блока 16 дляполучения правильных показаний.Например, если при токе источника8, равном 1 Мл, маятник отклоняется на 1 мм (что соответствует допустимому пределу измерений датчика перемещений) при наклоне уровня на 1, то коэффициент передачиатсчетного блока должен быть установлен таким, чтобы его показаниябыли равны, например, 60 1" наодна деление шкалы), При необходимости измерять углы в пределах 30следует увеличить так да 30 ХА, чтоприводит к той же величине отклонения маятника равной 1 мм. Коэффициент передачи отсчетного блока должен быть уменьшен н два раза придопустимой цене деления 1, либоувеличен в пять раз, если допустимая цена деления должна быть равна0,1 = б " . В первом случае максимальный отсчет равен 30, во втором 300.: :хЪЬ1 зц фФИ1 ал.тент цо цели, включаощей первый ДИФФеренцирующий блок 10, первьй усилитель 11 н обмоткУ 12 электромаГнита 7. В колебательную систему маятника вводят дополнительное вязкое трение Это приводит к измечению времени у:покоения колебаний, так как сила Взаимодействия ФерромаГнитнОГО сердечника 4 с эхектромаГнитом 7 из" меняется синхронно с изменением мГКОвенноГО значения скОрости маят- н и к а 1 и 3 ме ре т с я вн"О эффе нтак ) изменяя коэффидиент пере- дачи пеовОГО усилителя 11 ожно ревулировать Время успокоения коле синий В ширОких пределах 2 изменять Вид переходнОГО процесса от прах" тически езатухаоцх колебаний Й Й О ковда козффидиент передачи усилителя 11 оавен нулю до апеоис= дического,: соответствуюего "оотноению1" 4 1( и НО цепи, состоущей из перВОГО 10. ВтороГО 13 дифФеренцируюцих блоков ВтороГО усилителя 14 и обмотки 15 злектрома нита В колебательную систему маятника Вводят Воздействие эквивалентное изменеЮа Г "Щщ ятшшжш ,-:д-;жщж .:ЮОьшЬп" юкаал ъы нию дссь - ;Одвижнх частей, таккак ток В Обмотке 1 5 1 оопорСкале нскоренн; маятника. .-т(1 зкви 9 алентко имененк козффнцекта г 1 В ,равнении движе ив Ь авснмост. Отполярости подь.дченя обмот кн 15:ЕньиНТЬ ИЛИ, ВЕЛИЧИТЬ ОТНО:ИТЕЛЬ-о естестБенноГО эа":е-ияОбусОВЛ ННОГО а-Ой Матн- " Е 11 кяя коэффьнет перетан услителя1 ожо реГлРовать период свободньх колебаний поактически в пределах От долей секБЛЬ до тцсяч секундсе Ра "т Ре не В лнров крутизкь преобразования измеряемс- ГО УГла В Отклонение"а ятхе Врее н и 3 зт 1 а к, я:,о.",., а н не риод всбокьР; кслебаний Яв .нются лис= , днионнщ ",еоебл,у ма теьства В конструктивРе параетры уровня что с бе лечив;.,ет Возможность-ОПЬ "-ОВЕ-с - .КОГО , ,Г ": вот,. рОЙства вам-к разнообразных УслоВИЯХвЭко:"ам:г;,Вский зффе.-т от нспаль- Ования пре и а Гаеоготройс тва 00 ть., Ру э