RU1814732C - Устройство дл измерени ускорений - Google Patents

Abstract

Использование: дл  измерени  ускорений , напр, составл ющих силы земной т жести дл  угловых измерений. Сущность изобретени : в колебательных цеп х двух RC-генераторов предусмотрены конденсаторы , которые имеют круглый подвижный элемент между двум  пластинами электродов в общем металлическом корпусе. Дл  устранени  диэлектрических помех электронные средства расположены с одной стороны устройства, закрыты металлическим кожухом и их электрическое соединение с наиболее удаленной пластиной электродов производитс  посредством провода, который без контакта проведен через центральное отверстие в мембране подвижного .элемента и в ближней пластине электрода. Зазор между подвижным элементом и пластинами электродов остаетс  при неотклоненном подвижном элементе посто нным за счет того, что его величина относительно толщины изолирующих пластин электродов от корпуса прокладок составл ет отношение LE-LM/LM. где LE - температурный коэффициент расширени  прокладок; LM - то же, дл  металлического корпуса. 10 з.п. ф- лы, 5 ил.

Description

Изобретение относитс  к устройствам дл  измерени  ускорений, в особенности составл ющих земного прит жени  дл  измерени  углов, на основе отклонени  круглой металлической отклон ющейс  части, котора  дл  образовани  двух прилегающих один к другому конденсаторов удерживаетс  на рассто нии между двум  конденсаторными пластинами в виде упругой мембраны между двум  част ми общего корпуса.

В основу изобретени  положена задача создать измерительный прибор этого рода, который при малых размерах и прочной компактной конструкции, в особенности также при передаче измерительного сигнала на большие рассто ни , имел бы еще большую точность измерени  при еще большей разрешающей способности индикации измерени .,

Решение этой задачи следует по изобретению за счет того, что конденсаторы каждый включен в колебательную цепь RC- гёнератора, а RC-генераторы соединены с цифровым компьютером, который пересчитывает возникающие за счет отклонени  изменени  частоты в измерительный сигнал.

Дл  компьютерной компенсации воздействующих на генераторы помех, например, под действием изменений температуры , предусмотрен добавочно по мень- .шей мере один опорный генератор, который спроектирован на посто нную частоту колебаний .

Генераторы предпочтительно выбираютс  такие, что их потребление составл ет

ы ю

менее 1 мА при напр жении питани  более 2 В, В результате ток потреблени  не вызывает существенного изменени  температуры , которое могло бы повли ть на точность измерени . Кроме того, их частота предпоч- тительно должна быть менее 50 кГц, а врем  коммутации активного элемента генератора менее 500 не, так что времена зар да конденсаторов получаютс  относительно большими .

Электрические средства RC-генерато- ров, а также компьютера за исключением активных конденсаторов предпочтительно устанавливаютс  с одной стороны прибора на печатной плате, котора  расположена па- раллельно одному из пластинчатых электродов .

Дл  избежани  диэлектрических возму- щений электрическое соединение другого пластинчатого электрода с электронными средствами предпочтительно осуществл етс  посредством провода, который без контакта по центру проходит сквозь отклон ющуюс  часть и пластинчатый электрод.

На фиг.1 дана функциональна  схема устройства, включа  электронные средства и индикатор; на фиг.2 - осевой разрез устройства; на фиг.З - вид подвижного элемента устройства; на фиг.4 - вид изол ционной прокладки устройства; на фиг.5 - разрез блока корпусов дл  двух устройств.

На фиг.1 показан подвижный элемент. Он образует за счет расположени  между двум  пластинами электродов 2 и 3 общую составную часть двух расположенных па- раллельно друг другу конденсаторов. Эти конденсаторы наход тс  в колебательной цепи RC-генераторов 4 и 5, так что их частоты fH, fp определ ютс  величиной их емкости . Эта величина измен етс  под действием сил ускорени , которые вызывают изменение положени  действующего как ма тник подвижного элемента 1 относительно пластин электродов 2 и 3. Таким образом за счет компьютерной оценки в цифровом вычислительном блоке 6 изменени  частот fH, fR и за счет соответствующей калибровки можно получить на индикаторе 7 цифровую индикацию полученной величины измерени .

Соответственно цели применени  индикатор (дисплей) 7 может быть св зан с частью жесткого корпуса 8, показанного на фиг.2, например прибора 9, Прибор 9 может соедин тьс  соединительным проводом 10 с удаленным и наход щимс  в центральном пункте контрол  индикатором 7, дл  чего особенно удобна передача измер емой величины в цифровом виде.

Высока  точность, котора  возможна за счет цифровой оценки изменений частоты RC-генератЪров, реализуетс  лишь при устранении мешающих вли ний. Предпочтительные формы исполнени  изобретени  став т перед собой задачу найти конструктивные меропри ти , которые по возможности полностью устран ют мешающие воздействи  в. особенности за счет измене- ний температуры и емкости потерь.

Непосредственно воздействующие на генераторы изменени  температуры, напр, от -60 до 70°С, могут быть учтены в компьютере 6, если он добавочно получает частоту fK еще одного RC-генератора с такими же техническими характеристиками. Таким образом можно отличить изменени  частоты, вызываемые общими вли ни ми, напр, изменени ми температуры, в RC-генераторах 4 и 5 от изменений частоты, которые вызываютс  существенным дл  измерени  изменением положени  подвижного элемента 1 между пластинами электродов 2 и 3.

Дл  уменьшени  вли ни  температуры на колебани  RC-генераторов 4 и 5 подвижный элемент 1 выполнен из тонкой металли-- ческой пластины, в виде упругой мембраны 12 с толщиной, напр., 0,08 мм, находитс  в пр мом контакте с металлическим корпусом 8 посредством спайки с ним, иона имеет тот же температурный коэффициент расширени  LM, что и корпус, или обе детали состо т 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 отношении L.E-LM/LM меньше, чем зазор, образованный изол ционными прокладками 16 и 17, причем LE соответствует температурному коэффициенту расширени  прокладок 16 и 17, a LM - корпуса 8, или же исход  из заданной ширины зазора 14, 15 толщина прокладок 16, 17 вычисл етс  по этому соотношению. При этом корпус 8 имеет две части 18 и 19 с параллельными внутренними плоскост ми 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 поверхност ми чашеобразных выступающих над внутренней поверхностью корпуса 20, 21 и направленными друг против друга частей корпуса 23, 24.

Прочное металлическое соединение с част ми корпуса 18, 19 подвижный элемент 1 имеет через радиальные выступы 25 ее внешнего кра  22 за счет того, что они вход т в окружную канавку 26, и там в этой канавке 26 закрепл ютс  заполн ющим ее металлическим припоем на обеих част х 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 вставл ютс  направл ющие штифты, так что они при накладывании подвижного элемента 1 на эти торцовые поверхности прилегают к круглому внешнему краю 22 отклон ющейс  части 1 и направл ют ее, После закреплени  подвижного элемента 1 .на части корпуса 18, напр, припаиванием в нескольких местах, эти направл ющие штифты могут быть снова удалены .

Необходимые с точки зрени  точности измерений точно центральные положени  круглых пластин электродов 2 и 3 относительно указанных круглых внутренних поверхностей областей корпуса 23, 24 и относительно подвижного элемента могут быть достигнуты различными пут ми. Например , пластины электродов могут центрироватьс  самими круглыми поверхност ми за счет того, что они сначала имеют диаметр , достающий до этих поверхностей, а после приклеивани  к распоркам 16 и 17 посредством режущего инструмента обрабатываютс  до нужного диаметра. В предпочтительной форме исполнени  пластины электродов имеют центральный, напр., цилиндрический выступ 29, который входит в центральное отверстие 30 примыкающей распорки, а последн   согласно фиг.5 имеет выступающую втулку 31, котора  входит в центральное отверстие 32 в стенке корпуса с внутренними поверхност ми 20, 21 и центрируетс  там.

Дл  улучшенной изол ции 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 поверхност ми 20 и 21 корпуса,

Подход ща  форма в виде колеса со спицами показана на фиг.4.

В предпочтительной форме исполнени  прибора, в которой электронные средства 35 укреплены лишь на одной части корпуса 18 и электрическое соединение пластин электродов 2, 3 с ними производитс  центральным проводом 34, центральное отверстие 30 во втулкообразной центральной

части 35 распорки 16 или 17 служит дл  прохода провода 34, а также центрального выступа 29, 30 пластинчатых электродов 2 и 3. Проход выступа 29 и провода 34 через 5 отверстие 28 з удаленной от электронных средств 35 части корпуса 19 служит дл  облегчени  пайки соединени  36 между ними, тогда как соосное отверстие 41 в противоположной несущей электронные средства 35

0 части корпуса 18 и отверстие 41 в печатной плате делает возможным центральное электрическое соединение пластинчатого электрода 3 с этими электронными средст5 вами.

Центральное электрическое соединение через центральные отверсти  37-39 в пластинах электродов 2 и 3 и подвижного элемента 1 также существенно способству0 et устранению воздействи  внешних емкостей , так как внешний провод, проведенный мимо конденсаторов 4 и 5 или пластинчатых электродов 2 и 3 и подвижного элемента 1, образовал бы паразитную емкость. Кроме

5 того, за счет этого центрального соединительного провода существенно облегчаетс  одна форма исполнени  прибора, в которой наход щийс  в металлическом контакте с массой корпуса 8 металлический кожух 40 экранирует электронные средства 35 от пол  электрических помех.

Одностороннее размещение электронных средств 35 на одной из частей 18 корпуса имеет преимущество в том, что

0 противоположна  сторона корпуса 8 свободна от этих средств и поэтому имеет массивный выполненный за одно целое опорный блок 42 или 43, на котором нахо5 дитс  одна (фиг.2) или несколько (фиг.5) опорных плоскостей 44-46 дл  измерени  углов. На опорном блоке 42 или 43 могут находитьс  также средства креплени ,

5 напр, отверсти  дл  винтов 47-50, чтобы стационарно крепить прибор на теле, подлежащем контролю по положению или деформации , напр, элементе конструкции высотного дома, промышленной установки,

0 корабл  и т.п.

Фиг.5 показывает пример исполнени  опорного блока 43, который дл  измерени  угла в двух взаимоперпендикул рных пло- 5 скост х имеет соответственно размещенные пластины электродов З1 ,3 двух не полностью показанных приборов. Как было описано на примере фиг.2, подвижный элемент 1 находитс  между двум  торцовыми плоскост ми областей корпуса 23, 24 двух частей корпуса 18 и 19. В примере исполнени  по фиг.5 внешние поверхности 52 и 53

образуют кажда  одну из этих торцовых поверхностей .

Точность измерени  далее увеличиваетс  за счет особо м гко пружин щего исполнени  подвижного элемента, которое выполн етс  круглым, причем активна  внутренн   часть 13 отдел етс  от кра  по меньшей мере трем  выполненными в виде архимедовой спирали на угле боле 360° ленточными плоскими спиралевидными выступами 55-57, причем край 22 закреплен между част ми корпуса 18, 19. Эти ленточные спиралевидные выступы выполн ютс  из одного листа с подвижным элементом 1, например, по известной технологии фбто- травлени  печатных плат, при которой получают несколько соответственно идущих спиральных линий раздела.

Claims (11)

1. Устройство дл  измерени  ускорений , содержащее подвижный элемент в виде упругой мембраны, закрепленной по периферии между заземленным корпусом и корпусной деталью, расположенной с зазорами между двум  пластинами электродов, которые установлены в полост х корпуса и корпусной детали и включены в колебательный контур измерительных генераторов, вход щих в электронный блок, причем выходы генераторов соединены с цифровым вы- числительным блоком, а пластины электродов соединены проводами с электронным блоком, отличающеес  тем, «то, с целью повышени  точности измерени , в него введен опорный RC-генератор, а измерительные генераторы выполнены в виде RC-генераторов, причем в центре мембраны и электродов выполнены отверсти , в которых без контакта с его стенками расположен соединительный провод одной из пластин электродов, наиболее удаленной от печатной платы, а выход опорного RC-гене- раторы соединен с цифровым вычислительным блоком.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- е с   тем, что электронный и цифровой блоки расположены на печатной плате, закрепленной на корпусной детали параллельно пластинам конденсатора.

3. Устройство по пп. 1-2, отличающеес  тем, что по крайней мере одна из пластин электродов снабжена электропроводным выступом, расположенным на границе с центральным отверстием перпендикул рно плоскости электрода, причем край этого выступа спа н с соединительным проводом.

4. Устройство по пп.1-3, отличающеес  тем, что корпус выполнен металлическим , а между пластинами электродов расположены изол ционные прокладки, причем зазор между мембраной и пластиной относитс  к толщине прокладки как

10

LE-IM LM

где LE - температурный коэффициент расширени  изол ционного материала прокладки;

LM - температурный коэффициент рас- ширени  материала корпуса.

5. Устройство по п.4, отличающее- с   тем, что изол ционные прокладки имеют выемки или полости.

6. Устройство по пп.4-5, отличаю щ- е е с   тем, что изол ционные прокладки выполнены в виде колес с не менее, чем трем  спицами и центральной втулкой.

7. Устройство по пп.З-б, отличающеес  тем, что электропровод щий выступ выполнен в виде трубки, внутри которой расположен электрический соединительный провод, причем трубка охвачена втулкой изол ционной прокладки.

8. Устройство по пп.1-6, отличаю щ- е е с   тем, что на мембране в одной с ней плоскости между ее периферией и центральной отклон ющейс  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, отличающеес  тем, что в корпусе и корпусной детали в месте креплени  мембраны выполнена наружна  канавка, а мембрана по внешнему

контуру снабжена радиальными выступами, выход щими за пределы корпуса и корпусной детали и спа нными в области канавки, при этом мембрана, корпус и корпусна  деталь выполнены из одного материала или из

материалов с одинаковым температурным коэффициентом расширени .

10. Устройство попп.1-9, отличающеес  тем, что оно снабжено защитным кожухом, закрепленным на корпусной детали , а снаружи корпуса выполнена опорна  поверхность или/и средства креплени .

11. Устройство по пп.1-9, отличающеес  тем, что на двух боковых поверхно- ст х корпуса, расположенных под углом 90° друг к другу, выполнены посадочные места, в которых расположены пластины электродов.