Датчик угла наклона

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 01 С 91 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) аа;,ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТВУ ВТОРСКОМУ СВ(71) Институт проблем механики АН СССР (ЗО) и Центральный институт ядерных исследований АН ГДР (ОО)(56) Авторское свидетельство СССР М 584181, кл. 6 01 С 9/10, 1.5.12.75.Авторское свидетельство СССР Ь 1318788, кл. 6 01 С 9/10, 1985.(54) ДАТЧИК УГЛА НАКЛОНА Я 21810754 А 1(57) Изобретение относится к приборостроению, С целью повышения функциональных возможностей устройство содержит трубку 1 в виде конуса с установленным в ней шариком 2 и измерителем его положения 5. Источник сжатого воздуха 4 через стабилизатор расхода 3 соединен с узким концом трубки и через редуктор давления 11, дроссель 12 - с интегратором 7 и измерителем положения шарика 5, выполненным в виде треугольного выреза в трубке 1, Выход интегратора 7 соединен с управляющим входом стабилизатора расхода сжатого воздуха 3 и через блок линеаризации 9 - с входом регистратора 10. 2 з.п, ф-лы, 4 ил.И:обретение относится к приборостроению и может быть использовано в измерительных блоках робототехнических комплексов.Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей, за счет умножения габаритов.На фиг, 1 изображен предлагаемый датчик; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг.3 - блок линеаризации; на фиг, 4 - блок нелинейных функций.Датчик содержит профилированную коническую трубку 1 с размещенным в ней шариком 2. Первый конец трубки 1 соединен со стабилизатором 3 расхода сжатого воздуха, вход которого соединен с источником 4 сжатого воздуха. Второй конец трубки 1 соединен с атмосферой, при этом оба конца трубки 1 снабжены ограничителями, предназначенными для исключения выпадения шарика 2 из трубки 1. Для определе. ния положения шарика 2 используется датчик положения 5, выходной канал 6 которого соединен через интегратор 7 с управляющим входом 8 стабилизатора 3, а также через блок линеаризации 9 с регистратором 10.Датчик положения 5 выполнен в виде последовательно соединенных с источником 4 сжатого воздуха через редуктор давления 11 дросселя 12 и сопла 13 с треугольным профилем отверстия (см, фиг, 2). обьем 14 между которыми связан с выходным каналом 6, что позволяет использовать общий со стабилизатором 3 источник питания и обеспечить дополнительную стабилизацию шарика 2 струей, обтекающей шарик в перпендикулярном его движению направлении,Блок линеаризации 9 выполнен в виде первого квадратора 15, вход которого связан с выходным каналом интегратора 7, а выход - с первым входом 16 первого блока умножения 17, выход которого соединен со входом блока 18 нелинейных функций, Выход блока 18 соединен через первый вход 19 второго блока умножения 20 с регистратором 10. Вторые входы 21 и 22 блоков 17 и 20 соединены соответственно с выходами первого и второго задатчиков 23 и 24, задающих постоянные коэффициенты,Блок 18 нелинейных функций выполнен в виде второго квадратора 25, вход которого связан с выходом первого блока умножения 17, а выход - с входами 26 и 27 третьего 28 и четвертого 29 блока умножения. Первый вход 30 четвертого блока умножения 28 также связан с выходом первого блока умножения 17, а второй вход 31 четвертого блока умножения 29 - с выходом третьего блока 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 умножения 28, который также соединен со вторым входом 32 пятого блока умножения 33. Первый вход 34 пятого блока умножения ЗЗ соединен с третьим задатчиком 35 коэффициента 1/6, а выход - с первым входом 36 сумматора 37, второй вход 38 сумматора 37 соединен с выходом первого блока умножения 17, а третий вход 39 - с выходом шестого блока умножения 40, Первый вход 41 шестого блока умножения 40 соединен с выходом четвертого блока умножения 29, а второй вход 42 - с четвертым задатчиком 43 коэффициента 3/40. Выход сумматора 37 соединен с первым входом 19 второго блока умножения 20.Датчик работает следующим образом, При установке трубки 1 на поверхность 44, угол наклона а которой необходимо измерить, включают питание сжатым воздухом через стабилизатор 3, Шарик 2 занимает при этом некоторое положение в трубке 1, которое определяется датчиком положения 5, При этом, если шарик 2 расположен ниже (выше) некоторого нулевого положения, за счет отработки сигналов в .линии обратной связи увеличивается (уменьшается) величина управляющего сигнала У на управляющем входе 8 стабилизатора 3, в результате чего увеличивается (уменьшается) расход сжатого воздуха через трубку 1 до такой величины, пока шарик 2 не займет требуемое нулевое положение.Под нулевым положением шарика в трубке понимается такое положение шарика, при котором датчик положения 5 имеет условно принимаемый за нуль уровень сигнала. Данное положение шарик занимает всегда в конце переходного процесса при измерении угла наклона а (т.е. соответствующего углу а расхода 6),Этот процесс осуществляется путем обработки информации от датчика 5 при помощи интегратора 7. Так, например, если шарик 2 располагается ниже нулевого положения, то сигнал от датчика 5 имеет положительный знак (то есть значение большее, чем при положении шарика 2 в нулевом положении), и в результате интегрирования этого сигнала блоком 7 происходит увеличение управляющего сигнала У, т.е, увеличение расхода через трубку 1. При расположении шарика 2 выше нулевого полокения сигнал У уменьшается, что приводит к уменьшению расхода. В случае расположения шарика 2 в нулевом положении У = сопз 1 (как интеграл от нуля), что соответствует постоянной величине массового расхода 0 через трубку 1, 1810754Таким образом, по величине этого расхода (и, соответственно, установившемусязначению величины У) можно судить о значении угла наклонай . Однако для удобстваиСпользования угломера величина У преобразуется блоком линеаризации 9 в величинуУл, которая линейно зависит от а,У,=Ка,где К с - коэффициент линейности, Величина Уп выводится на регистратор 10. 1Блок линеаризации 9 составлен изстандартных блоков систем промышленнойэлектро- или пневмоавтоматики, Поступивший с выхода интегратора 7 сигнал У возводится в квадрат (умножением самого 1значения У на себя) блоком 15 и после домножения результата (У ) на коэффициентгК 6 Ку от задатчика 23 блоком умножения 17поступает на вход блока нелинейных функций 18, Блок нелинейных функций 18 реализует функцию 2 = агсзп 2. Послеумножения блоком умножения 20 результата выполнения этой операциина значениеКс задаваемое задатчиком 24, получаетсязначение Уп = К агсз п(Ка Ку У ), которое 2гпоступает на вход регистратора 10.Поскольку, блок нелинейных функцийимеет на порядок большую величину погрешности, чем блоки умножения, суммирования и задатчики коэффициентов, для 3повышения точности линейной характеристики при измерении малыхуглов используется в качестве блока нелинейных функций,схема, приведенная на фиг. 4, составленнаяиз квадратора 25, блоков умножения 28, 29, 333, 40, задатчиков 35 и 43 и сумматора 37.Для построения данной схемы использовано известное из литературы разложение функции агсзп 2 в ряд,40 45 50 55 В этом случае блок нелинейных функций реализует функцию 2 = 2+ 1/6 2 + +3/40 2 и работает следующим образом: сигнал 2 с выхода блока умножения 17 по. ступает на в квадратор 25 и блокумножения 28, с выхода которого сигнал 2 поступает на.вход 32 блока умножения 33 и на вход 31 блока умножения 29, на другой вход 27 которого поступает сигнал 2 с выхода блокаг25. После перемножения блоком 33 величины 2 на величину 1/6 от задатчика 35 изблоком 40 величины 2 на величину 3/40 от задатчика 43 сигналы 1/62 и 3/402 поступают яа соответствующие входы 36 и 39 сумматора 37, еще один вход 38 которого соединен с выходом блока умножения 17. После суммирования сумматором 37 этих значений на его выходе получается требуемое значение 2 = 2+ 1/6 2 + 3/40 2, которое поступает на вход 19 блока умножения20 и преобразуется далее,В качестве датчика положения 5 шарика 2 в конструкции угломера может исполь 5 зоваться пневматический датчик, которыйне требует дополнительных, кроме имеющегося источника 4, источников питания. Таккак шарик 2 занимает разное положение втрубке 1, то и величина перекрытия им тре 0 угольного отверстия сопла 13 будет различной, за счет чего и величина давления вполости 14, связанной со входом 6 интегратора 7, будет различной (большей при нахождении шарика 2 ниже этого нулевого5 положения), При такой реализации датчика5 интегратор 7, а также блок линеаризации9 могут быть выполнены, например, на базеустройств промышленной пневмоавтоматики, что позволяет отказаться от дорогостоя 0 щих элементов электроавтоматики. Крометого, это позволит располагать все блокиугломера в зонах с повышенным уровнемрадиации, а также пожаро- и взрывоопасных зонах, где использование элементов5 электроавтоматики невозможно.Формула изобретения1, Датчик угла наклона. содержащийтрубку с установленным в ней с возможностью перемещения шариком, источник и0 стабилизатор расхода сжатого воздуха, соединенный трубопроводом с первым концомтрубки, второй конец которой соединен сатмосферой, и измеритель положения шарика, отличающийся тем,что,сцелью5 повышения точности и.расширения функци-,ональных возможностей, он снабжен редуктором, дросселем, интегратором, блокомлинеаризации и регистратором, трубка выполнена конической, измеритель положения шарика - в виде треугольного выреза втрубке, выход источника сжатого воздуха потрубопроводу через редуктор и дроссель соединен с треугольным вырезом трубки ивходом интегратора, выход которого соединен с управляющим входом стабилизатораи через блок линеаризации с входом регистратора.2.Датчик по п.1, отл и ч а ю щ и й с ятем, что блок линеаризации выполнен в виде последовательно соединенных первогоквадратора, первого блока умножения, блока нелинейных функций и второго блока умножения, а также первого и второгоэадатчиков, выходы которых соединены свторыми входами соответственно первого ивторого блоков умножения.З.Датчик попп.1 и 2,отл ичаю щи йс я тем, что блок нелинейных функций выполнен в виде последовательно соединенныхвторого квадратора, третьего и пятого бло 1810754ков умножения и сумматора, а также третьего и четвертого задатчиков, четвертого и шестого блоков умножения, причем выход первого блока умножения соединен с входом второго квадратора, первым входом 5 третьего блока умножения и вторым входом сумматора, выход второго квадраторэ соединен с первым входом четвертого блока умножения, выход третьего блока умножения через второй вход четвертого блока умножения - с первым входом шестого блока умножения, выход четвертого задатчика через второй вход шестого блока умножения соединен с третьим входом сумматора, а выход третьего задатчика- с вторым входом пятого блока умножения.1810754 Составитель В.ЛыковТехред М.Моргентал Корректор Л.Филь Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101 Заказ 1439 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5