Устройство для измерения ускорений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 Р 150 6 М гЯ ТЕ дов в общем металлическом корпусе. Для устранения диэлектрических помех электронные средства расположены с одной стороны устройства, закрыты металлическим кожухом и их электрическое соединение с наиболее удаленной пластиной электродов производится посредством провода, который без контакта проведен через центральное отверстие в мембране подвижногб элемента и в ближней пластине электрода. Зазор между подвижным элементом и пластинами электродов остается при неотклоненном подвижном элементе постоянным за счет того, что его величина относительно толщины изолирующих пластин электродов от корпуса прокладок составляет отноше ние Ме - м/м, где Ее - температурный коэффициент расширения прокладок;м - то же, для металлического корпуса. 10 з,п, флы,5 ил. УСкоре- тяже- ность денсажный ектроешающей способности индикации измереия,этои задачи следует по изосчет того, что конденсаторы ен в колебательную цепь АСЯС-генераторы соединены с мпьютером, который пересчиающие за счет отклонения изоты в измерительный сигнал. ьютерной компенсации возх на генераторы помех, д действием изменений темпесмотрен добавочно по меньн опорный генератор, который н на постоянную частоту колезадача о рода, ой коми также ала на ольшую ей разы о ОСУДАРСТВЕН.ЮЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) САНИЕ ИЗОБРЕ 1(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИКОРЕН ИЙ(57) Использование; для измерения ус ний, напр, составляющих силы земной сти для угловых измерений. Сущ изобретения; в колебательных цепях бС-генераторов предусмотрены кон торы, которые имеют круглый подви элемент между двумя пластинами эл Изобретение относится к устройствам для измерения ускорений; в особенности составляющих земного притяжения для измерения углов, на основе отклонения круглой металлической отклоняющейся части, которая для образования двух прилегающих один к другому конденсаторов удерживается на расстоянии между двумя конденсаторными пластинами в виде упругой мембраны между двумя частями общего корпуса,В основу изобретения положена создать измерительный прибор это который при малых размерах и прочн пактной конструкции, в особенност при передаче измерительного сиг большие расстояния, имел бы еще б точность измерения при еще больш Решение бретению за каждый включ генератора, а цифровым ко тывает возник менения част Для комп действую щи например, по ратуры, преду,шей мере оди спроектирова баний. Генерато ются такие, чредпочтительно выбира потребление составляетменее 1 мА при напряжении питания более2 В, В результате ток потребления не вызывает существенного изменения температуры, которое могло бы повлиять на точностьизмерения. Кроме того, их частота предпочтительно должна быть менее 50 кГц, а времякоммутации активного элемента генератораменее 500 нс, так что времена заряда кон-денсаторов получаются относительно большими. 10Электрические средства ВС-генераторов, а также компьютера за исключениемактивных конденсаторов предпочтительноустанавливаются с одной стороны приборана печатной плате, которая расположена параллельно одному из пластинчатых электродов,Для избежания диэлектрических возму-щений электрическое соединение другогопластинчатого электрода с электронными Р 0средствами предпочтительно осуществляется посредством провода, который безконтакта по центру проходит сквозь отклоняющуюся часть и пластинчатый электрод,На фиг,1 дана функциональная схема 25устройства, включая электронные средстваи индикатор; на фиг,2 - осевой разрез уст-ройства; на фиг.З - вид подвижного элемента устройства; на фиг.4 - вид изоляционнойпрокладки устройства; на фиг.5 - разрез 30блока корпусов для двух устройств.На фиг.1 показан подвижный элемент 1,Он образует эа счет расположения междудвумя пластинами электродов 2 и 3 общуюсоставную часть двух расположенных параллельно друг другу конденсаторов, Этиконденсаторы находятся в колебательнойцепи ВС-генераторов 4 и 5, так что их частоты Ьн, Ь определяются величиной их емкости. Эта величина изменяется под 40действием сил ускорения, которые вызывают изменение положения действующего какмаятник подвижного элемента 1 относительно пластин электродов 2 и 3. Таким образом за счет компьютерной оценки в 45цифровом вычислительном блоке 6 изменения частот 1 н, Ь и зэ счет соответствующейкалибровки можно получить на индикаторе7 цифровую индикацию полученной величины измерения. 50 Соответственно цели применения индикатор (дисплей) 7 может быть связан с частью жесткого корпуса 8, показанного на фиг.2, например прибора 9. Прибор 9 может соединяться соединительным проводом 10 с удаленным и находящимся в центральном пункте контроля индикатором 7, для чего особенно удобна передача измеряемой величины в цифровом виде.Высокая точность, которая возможна за счет цифровой оценки изменений частоты ВС-генераторов, реализуется лищь при устранении мешающих влияний. Предпочтительные формы исполнения изобретения ставят перед собой задачу найти конструктивные мероприятия, которые по возможности полностью устраняют мешающие воздействия в особенности эа счет измене- ний температуры и емкости потерь.Непосредственно воздействующие на генераторы изменения температуры, напр. от -60 до 70 С, могут быть учтены в компьютере 6, если он добавочно получает частоту 1 к еще одного ВС-генератора с такими же техническими характеристиками. Таким образом можно отличить изменения частоты, вызываемые общими влияниями, напр. изменениями температуры, в ВС-генераторах 4 и 5 от изменений частоты, которые вызываются существенным для измерения изменением положения подвижного элемента 1 между пластинами электродов 2 и 3.Для уменьшения влияния температуры на колебания ВС-генераторов 4 и 5 подвижный элемент 1 выполнен из тонкой металли. ческой пластины в виде упругой мембраны 12 с толщиной, напр., 0,08 мм, находится в прямом контакте с металлическим корпусом 8 посредством спайки с ним, и она имеет тот же температурный коэффициент расширения Ь 1, что и корпус, или обе детали состоят из одного и того же материала, напр. латуни.Чтобы далее предотвратить изменение ширины зазора 14 и 15 между подвижным элементом 1 и пластинами электродов 2 и 3 при изменении температуры, этот зазор в отношениие- м/ м меньше, чем зазор, образованный изоляционными прокладками 16 и 17, причеме соответствует температурному коэффициенту расширения прокладок 16 и 17, ам - корпуса 8, или же исходя иэ заданной ширины зазора 14, 15 толщина прокладок 16, 17 вычисляется по этому соотношению. При этом корпус 8 имеет две части 18 и 19 с параллельными внутренними плоскостями 20 и 21, на которых наклеены несущие пластины электродов 2 и 3 прокладки, а круглый внешний край 22 подвижного элемента 1 зажат между параллельными друг другу торцовыми поверхностями чашеобразных выступающих над внутренней поверхностью корпуса 20, 21 и направленными друг против друга частей корпуса 23, 24. Прочное металлическое соединение с частями корпуса 18, 19 подвижный элемент 1 имеет через радиальные выступы 25 ее внешнего края 22 эа счет тоо, что они входят в окружную канавку 26, и там в этой канавке 26 закрепляются заполняющим ее металлическим припоем на обеих частях корпуса 18, 19,Чтобы облегчить точную центральную установку упругой мембраной подвижного элемента 1 относительно круглых внутренних поверхностей областей корпуса 23, 24, на окружности указанных торцовых поверхностей частей корпуса 18, 19 предусмотрены три приблизительно параллельных оси канала 27, в которые вставляются направляющие штифты, так что они при накладывании подвижного элемента 1 на эти торцовые поверхности прилегают к круглому внешнему краю 22 отклоняющейся части 1 и направляют ее, После закрепления подвйжного элемента 1,на части корпуса 18, напр. припаиванием в нескольких местах, эти направляющие штифты могут быть снова удалены.Необходимые с точки зрения точности измерений точно центральные положения круглых пластин электродов 2 и 3 относительно указанных круглых внутренних поверхностей областей корпуса 23, 24 и относйтельно подвижного элемента могут быть достигнуты различными путями, Например, пластины электродов могут центрироваться самими круглыми поверхностями за счет того, что они сначала имеют диаметр, достающий до этих поверхностей, а после приклеивания к распоркам 16 и 17 посредством режущего инструмента обрабатываются до нужного диаметра, В предпочтительной форме исполнения пластины электродов имеют центральный, напрцилиндрический выступ 29, который входит в центральное отверстие 30 примыкающей распорки, а последняя согласно фиг.5 имеет выступающую втулку 31, которая входит в центральное отверстие 32 в стенке корпуса с внутренними поверхностями 20, 21 и центрируется там.Для улучшенной изоляции от внешних емкостей и емкостей потерь распорки 16, 17 предпочтительно имеют довольно большие полости 33, так что они поддерживают пластины электродов 2 и 3 на манер несущих ребер над внутренними поверхностями 20 и 21 корпуса,Подходящая форма в виде колеса со спицами показана на фиг.4.В предпочтительной форме исполнения прибора, в которой электронные средства 35 укреплены лишь на одной части корпуса 18 и электрическое соединение пластин электродов 2, 3 с ними производится центральным проводом 34, центральное отверстие 30 во втулкообразной центральной части 35 распорки 16 или 17 служит дляпрохода провода 34. а также центральноговыступа 29. 30 пластинчатых электродов 2 и3, Проход выступа 29 и провода 34 через5 отверстие 28 в удаленной от электронныхсредств 35 части корпуса 19 служит для облегчения пайки соединения 36 между ними,тогда как соосное отверстие 41 в противоположной несущей электронные средства 35,10 части корпуса 18 и отверстие 41 в печатнойплате делает возможным центральноеэлектрическое соединение пластинчатогоэлектрода 3 с этими электронными средст 15 вамиЦентральное электрическое соединение через центральные отверстия 37-39 впластинах электродов 2 и 3 и подвижногоэлемента 1 также существенно способству 20 ет устранению воздействия внешних емкостей, так как внешний провод, проведенныймимо конденсаторов 4 и 5 или пластинчатыхэлектродов 2 и 3 и подвижного элемента 1,образовал бы паразитную емкость. Кроме25 того, за счет этого центрального соединительного провода существенно облегчаетсяодна форма исполнения прибора, в которойнаходящийся в металлическом контакте смассой корпуса 8 металлический кожух 40экранирует электронные средства 35 от поля электрических помех,Одностороннее размещение электронных средств 35 на одной из частей 18 корпуса имеет поеимущество в том, чтоЗО противоположная сторона корпуса 8 сво-,бодна от этих средств и поэтому имеет массивный выполненный за одно целоеопорный блок 42 или 43, на отором нахо 35 дится одна фиг.2) или несколько (фиг,5)опорных плоскостей 44 - 46 для измеренияуглов. На опорном блоке 42 или 43 могутнаходиться также средства крепления,45 напр. отверстия для винтов 47-50, чтобыстационарно крепить прибор на теле, подлежащем контролю по положению или деформации, напр. элементе конструкциивысотного дома, промышленной установки,50 корабля ит.п. Фиг.5 показывает пример исполнения опорного блока 43, который для измерения угла в двух взаимоперпендикулярных плоскостях имеет соответственно размещенные пластины электродов 3,3 двух не полностью показанных приборов. Как было описано на примере фиг,2, подвижный элемент 1 находится между двумя торцовыми плоскостями областей корпуса 23, 24 двух частей корпуса 18 и 19. В примере исполнения по фиг.5 внешние поверхности 52 и 53образуют каждая одну из этих торцовых поверхностей.Точность измерения далее увеличивается за счет особо мягко пружинящего испол. нения подвижного элемента, которое выполняется круглым, причем активная внутренняя часть 13 отделяется от края по меньшей мере тремя выполненными в виде архимедовой спирали на угле боле 360 ленточными плоскими спиралевидными выступами 55-57, причем край 22 закрепленмежду частями корпуса 18, 19, Эти ленточные спиралевидные выступы выполняются из одноголиста с подвижным элементом 1, например, по известной технологии фбтотравления печатных плат, при которой получают несколько соответственно идущих спиральных линий раздела. Формула изобретения 1. Устройство для измерения ускорений, содержащее подвижный элемент в виде упругой мембраны, закрепленной по периферии между заземленным корпусом и корпусной деталью, расположенной с зазорами между двумя пластинами электродов, которые установлены в полостях корпуса и корпусной детали и включены в колебательный контур измерительных генераторов, входящих в электронный блок, причем выходы генераторов соединены с цифровым вычислительным блоком, а пластины электродов соединены проводами с элект-. ронным блоком,отл ича ющееся тем, это, с целью повышения точности измерения, в него введен опорный ВС-генератор, а измерительные генераторы выполнены в виде ВС-генераторов, причем в центре мембраны и электродов выполнены отверстия, .в которых без контакта с его стенками расположен соединительный провод одной из пластин электродов, наиболее удаленной от печатной платы, а выход опорного ВС-генераторы соединен с цифровым вычислительным блоком.2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ее с я тем, что электронный и цифровой блоки расположены на печатной плате, закрепленной на корпусной детали параллельно пластинам конденсатора.3. Устройство по пп,1-2, о т л и ч а ю щее с я тем, что по крайней мере одна из пластин электродов снабжена электропроводным выступом, расположенным на границе с центральным отверстием перпендикулярно плоскости электрода; причем край этого выступа спаян с соединительным проводом..Е - .М 10 15 20 50 55 25 30 35 40 45 4. Устройство по пп,1 - 3, о т л и ч а ю ще е с я тем, что корпус выполнен металлическим, а между пластинами электродов расположены изоляционные прокладки, причем зазор между мембраной и пластиной относится к толщине прокладки как где Ые - температурный коэффициент расширения изоляционного материала прокладки;.г - температурный коэффициент рас-, ширения материала корпуса.5. Устройство по п.4, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что изоляционные прокладки имеют выемки или полости.6. Устройство по пп,4-5, о т л и ч а ю ще е с я тем, что изоляционные прокладки выполнены в виде колес с не менее. чем тремя спицами и центральной втулкой.7. Устройство по пп,3-6, о т л и ч а ю ще е с я тем, что электропроводящий выступ выполнен в виде трубки, внутри которой расположен электрический соединительный провод, причем трубка охвачена втулкой изоляционной прокладки.8. Устройство по пп.1 - 6, о т л и ч а ю ще е с я тем, что на мембране в одной с ней плоскости между ее периферией и центральной отклоняющейся частью выполнены три ленточных плоских спиралевидных выступа с углом спирали более 360, причем выступы и мембрана выполнены из фольги,9. Устройство по пп,1 - 7, о т л и ч а ю ще е с я тем, что в корпусе и корпусной детали в месте крепления мембраны выполнена наружная канавка, а мембрана по внешнему контуру снабжена радиальными выступами, выходящими за пределы корпуса и корпусной детали и спаянными в области канавки, при этом мембрана, корпус и корпусная деталь выполнены из одного материала или из материалов с одинаковым температурным коэффициентом расширения,10. Устройство по и п,1-9, о т л и ч а ю ще е с я тем, что оно снабжено защитным кожухом, закрепленным на корпусной детали, а снаружи корпуса выполнена опорная поверхность или/и средства крепления.11. Устройство по пп.1 - 9, о т л и ч а ю ще е с я тем, что на двух боковых поверхностях корпуса, расположенных под углом 90 друг к другу, выполнены посадочные места, в которых расположены пластины электродов.1814732 фиг,1 ЗО Зф 5 Составитель Т,МакароваРедактор Техред М.Моргентал Корректор Е.Па Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР35, Раушская наб., 4/5 каз 1845 Тираж 8 НИИПИ Государственного комите 113035, Москва