Устройство для измерения угла наклона

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 9) ( 1 С 9/ Я,ц АНИЕ ИЗ а 1 ИДЕТ ЕЛЬСТ К АВТОРСКОМ Н амики У СССР 05.4 рованнаклонаи датчинамика. ют влияестабильическойловину устроиство, устран денные ние на ГЛА иост еодезиится к чика. заполн ляе ию и поз ерений з л ОСУДАРСТЭЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(56) Авторское свидетельствоМ 74770, кл. О 01 С 9/06, 31Лабузов А. Е. Самокомпенсиные мостовые измерители углас гидростатическими емкостнымками. - Техническая электроди1984, В 4, с, 89-94..(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯНАКЛОНА(57) Изоб носческому и енповысить м уменьшения влияния ошибок, обусловленных изменением диэлектрическойпроницаемости воздушной среды. Принаклоне датчика емкости рабочих конденсаторов 2 и 3 изменяются на одинаковые величины, но с противоположным знаком. По сигналу, определяемому разностью токов через конденсаторы 2 и 3, детектор 12 равновесия выдает управляющие сигналы на делитель10 до момента, когда мостовая измерительная цепь не придет в состояниеравновесия. Инвертар 11 напряжения икомпенсационный конденсатор 5, вверезультат измерениятносительной диэлекемости жидкости, нающей кольцевой каналИзобретение относится к геодезическому приборостроению, в частностик устройствам для измерения угловнаклона объектов.Целью изобретения является повышение, точности измерения угла наклона,за счет уменьшения влияния ошибок,обусловленных изменением, диэлектри"ческой проницаемости воздушной среды,На фиг. 1 показана конструкцияемкостного гидростатического датчикаустройства для измерения угла наклона; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг,1;на фиг3 - структурная схема устройства,В непроводящем корпусе 1 датчиканаходится кольцевой канал, вдольстенок средней части которого расположены две пары основных электродов,образующие два рабочих конденсатора2 и 3, а вдоль стенок нижней и верх. ней части - две пары дополнительныхэлектродов, образующие первый и второй компенсационные конденсаторы 4и 5, Канал до половины заполнен диэлектрической жидкостью 6. Для подсоединения к измерительной цепи усиройства электроды датчика имеют выводы 7.Структурная схема устройства(фиг. 3) содержит генератор 8, трансформатор 9, управляемый делитель 10напряжения, первый вход которого ипервичная обмотка трансформатора 9соединены с выходом генератора 8, инвертор 11 напряжения, вход которогосоединен с выходом делителя 10, детектор 12 равновесия и четыре конден-сатора 2-5 датчика, вторые электродыкоторых соединены с входом детекто 40ра 12 равновесия, выход которого соединен с выходом всего устройства ис управляющим входом делителя 10.Первые электроды рабочих конденсаторов 2 и 3 соединены с концами вторичной обмотки трансформатора 9, имеющей заземленную среднюю точку, а пер. вые электроды первого и второго компенсационных конденсаторов 4 и 5 - свыходами, соответственно делителя 10и инвертора 11.Устройство работает следующим образом,При отсутствии наклона емкости С, и Сг рабочих конденсаторов 2 и 3 равны, поскольку канал датчика заполнен диэлектрической жидкостьюфнаполовину, а вторая его половина заполнена воздухом (диэлектрическую проницаемостьвоздуха принимаем равной единице), имогут быть определены из выраженияС С (1;+1)(Бг-г)2 2 д.где Я - диэлектрическая проницаемость жидкости;Б, г - соответственно внешний ивнутренний радиусы кольцевого канала;Й - зазор конденсаторов;9 - центральный угол, ограничивающий две части кольцевогоканала, противоположные стенки которых образованы электродами рабочих конденсаторов.Выражения для емкостей С и Сг1компенсационных конденсаторов 4 и 5имеют видЛ(В- )(Н- ),С С (2)"г 6 1 фгде- центральный угол, ограничиващий части кольцевого канала,две стенки которых образованы электродами компенсационных конденсаторов.Когда датчик находится в гбризонтальном положении, сигнал на входедетектора 12 равновесия отсутствует,а выходное напряжение 11 делителя 1 Оравно нулю,При наклоне датчика емкость одногорабочего конденсатора увеличивается,а второго - уменьшается на такую жевеличину, причем(3)где с - измеряемый угол наклона,На входе детектора 12 равновесия появляется сигнал, определяемый разностью токов через рабочие конренсаторы. При этом детектор 12 начинает выдавать управляющие сигналы на делитель 10, изменяя тем самым его выходное напряжение 0, Этот процесс продолжается до тех пор, пока сигнал на входе детектора 12 равновесия, определяемый алгебраической суммой токов через рабочие и компенсационные конденсаторы, не станет равным нулю, т.е.пока мостовая измерительная цепь не придет в состояние равновесия, Условие равновесия имеет видЖ,(С, -С)-0 х(Ск, -Ск )=0, (4)15 где Е - коэффициент трансформациитрансформатора 9, определяемый отношением количествавитков половины вторичной обмотки к количеству витковпервичной обмотки;- выходное напряжение питающеого генератора 8.Подставляя выражения (2) и (3) в (4), после упрощений получаем2 Ере5(5) где р - выходной параметр устройства,численно равный 13 /13В состав детектора 1 2 равновесия могут входить, например усилитель, фазочувствительный детектор, фильтр нижних частот и реверсивный счетчик с тактовым генератором, а в качестве управляемого делителя 10 напряжения 20 может использоваться цифроаналоговый преобразователь. Делитель 10 должен обеспечить выдачу как синфазного, так и противофазного по отношению к Бо напряжения Б для уравновешивания мостовой цепи при наклоне датчика в обе стороны от горизонтального положения.Таким образом, согласно выражению (5), выходной параметр устройства З 0 (например, цифровой код) прямопропорционален углу наклона и не зависит от значения диэлектрической проницаемости, изменения которой (например, температурные) могут приводить 35 к погрешностям в десятые доли и даже единицы процентОв.С помощью прдлагаемого устройства можно измерять углы наклона доозначений, близких 45 от горизон тальной плоскости.Введение в устройство для измерения угла наклона инвертора напряжения, а в емкостный гидростатический датчиквторого.компенсационного кон денсатора позволяет устранить влияние на результат измерения нестабильности относительной диэлектрической проницаемости жидкости, наполовину заполняющей кольцевой канал датчика, и тем самым повысить точность устройства.Формула изобретенияУстройство для измерения угла наклона, содержащее генератор, трансформатор, соединенный с ним первичной обмоткой, управляемый делитель напряжения, вход которого соединен с выходом генератора, детектор равновесия, выход которого соединен с выходом устройства и с управляющим входом делителя, и емкостной гидростатический датчик, размещенный в корпусе из не- проводящего материала с выполненным в нем вертикальным кольцевым каналом, наполовину заполненным диэлектрической жидкостью, вдоль торцовых стенок средней части которого расположены два основных конденсатора, а в нижней части размещен компенсационный конденсатор, причем первые электроды основных конденсаторов соединены с соответствующими выходами вторичной обмотки трансформатора, средняя точка которой соединена с общим проводом первичной обмотки, первый электрод компенсационного конденсатора соединен с выходом делителя, а все вторые электроды соединены с входом детектора равновесия, о т л и ч а - ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения влияния ошибок, обусловленных изменением диэлектрической проницаемости среды, в зазоре основных конденсаторов, оно снабжено инвертором напряжения, вход которого связан с выходом делителя, а выход соединен с первым электродом введенного дополнительно второго компенсационного конденсатора, расположенного в верхней части кольцевого канала.1280319 Составитель В. Харлаактор Т. Парфенова Техред М.Ходанич орректор А, Обру писно Произ твенно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 7047/39 ВНИИПИ п 113035Тираж 670Государственного комитета СССелам изобретений и открытийосква, Ж, Раушская наб., д