SU708149A1

SU708149A1 - Two-coordinate resistive inclination angle converter

Info

Publication number: SU708149A1
Application number: SU772549526A
Authority: SU
Inventors: Николай Павлович Волков; Николай Илларионович Даников; Михаил Федорович Киселев
Original assignee: Московский Институт Электронного Машиностроения
Priority date: 1977-12-02
Filing date: 1977-12-02
Publication date: 1980-01-05

Description

Изобретение относится к области контрольноизмерительной техники, в частности к устройствам для определения углов наклона от горизонтальной плоскости различных объектов, технологических баз, приборов и т.п.The invention relates to the field of measurement technology, in particular to devices for determining the angle of inclination from the horizontal plane of various objects, technological bases, devices, etc.

Известны преобразователи углов наклона, содержащие корпус, частично заполненный электропроводящей жидкостью, и электрод [1], [2].Known converters of inclination angles containing a housing partially filled with an electrically conductive liquid, and an electrode [1], [2].

Недостатками этих преобразователей помимо небольших чувствительности и точности являются также зависимость измерения по одной угловой координате от угла наклона по другой угловой координате или невозможность фиксации направления отклонения от вертикали.The disadvantages of these transducers, in addition to small sensitivity and accuracy, are also the dependence of the measurement in one angular coordinate on the angle of inclination in another angular coordinate or the inability to fix the direction of deviation from the vertical.

Известны датчики углов наклона, содержащие корпус сферической формы, наполовину заполненный электролитом, в котором концснтрично с ним помещен шар с изолированными один от другого кольцевыми электродами, расположенными в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях и включенными в измерительную мостовую схему [3].Known tilt angle sensors containing a spherical body half-filled with electrolyte, in which a ball is placed with it at once with ring electrodes isolated from one another, located in two mutually perpendicular planes and included in the measuring bridge circuit [3].

Ближайшим по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является резистивный наклономер, содержащий изогнутую сферическую трубку, внутренняя . полость которого наполовину заполнена электропроводящеи жидкостью и содержит высокоомную проволоку с контактным: выводом посередине, причем обе половины проволоки подсоединены к измерительной схеме диффеjp ренциально (4].The closest in technical essence and the achieved result to the invention is a resistive tiltmeter containing a curved spherical tube, internal. the cavity of which is half filled with an electrically conductive liquid and contains a high-resistance wire with a contact: terminal in the middle, and both halves of the wire are connected to the measuring circuit differentially (4].

Недостатки этого наклономера — низкая чувствительность и небольшая точность, которая уменьшается при использовании двух взаимно перпендикулярно расположенных пре15 образователей для измерения углов наклона по двум координатным осям.The disadvantages of this tiltmeter are low sensitivity and low accuracy, which is reduced when using two mutually perpendicular transducers for measuring tilt angles along two coordinate axes.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности устройства при обеспечении линейности и независимости измерения 20 по одной угловой координате от угла наклона по другой угловой координате.The purpose of the invention is to increase the sensitivity and accuracy of the device while ensuring linearity and independence of measurement 20 in one angular coordinate from the angle of inclination in another angular coordinate.

Указанная цель достигается тем, что сечение каркасов резистивных элементов выполнено с двумя противоположно расположенны ми углами, вершины которых совмещены с координатной плоскостью, а с участковнамоток, находящихся на линии этих вершин и обращенных в сторону жидкости, удалена изоляция, причем на каждом каркассе симметрично относительно координатной плоскости, перпендикулярной плоскости измерения, расположены две идентичные обмотки, включенные в мостовую схему дифференциально и смещенные по окружности одна относительно другой на полшага намотки обмоток; каркасы резистивных элементов выполнены в виде двух идентичных колец, центры которых размещены на уровне поверхности электропроводящей жидкости и совпадают с центром внутренней шарообразной полости корпуса.This goal is achieved by the fact that the cross-section of the frames of the resistive elements is made with two oppositely located angles, the vertices of which are aligned with the coordinate plane, and insulation is removed from the winding sections located on the lines of these vertices and facing the liquid side, and on each frame symmetrically relative to the coordinate to the plane perpendicular to the measurement plane, two identical windings are located, included in the bridge circuit differentially and offset in a circle from one another relative to the other half-step winding windings; the frames of the resistive elements are made in the form of two identical rings, the centers of which are located at the level of the surface of the electrically conductive liquid and coincide with the center of the inner spherical cavity of the housing.

Принципиальная схема двухкоординатного резистивного преобразователя углов наклона приведена на фиг. 1—3 (в трех проекциях).A schematic diagram of a two-axis resistive angle transducer is shown in FIG. 1-3 (in three projections).

Корпус состоит из двух половин — нижней 1 и верхней 2, между которыми заключена уплотнительная прокладка 3, поджатая винта»· ми 4. В нижней части корпуса сделаны два отверстия для ориентировки преобразователя по координатным осям при его установке на измеряемую площадку. Внутренняя полость корпуса имеет шарообразную форму и заполнена электропроводящей жидкостью 5 так, чтобы уровень ее поверхности совпадал с центром сферы.The case consists of two halves - the bottom 1 and the top 2, between which there is a sealing gasket 3, tightened by screws · · 4. In the lower part of the case two holes are made for orienting the transducer along the coordinate axes when it is installed on the measured site. The internal cavity of the body has a spherical shape and is filled with an electrically conductive liquid 5 so that the level of its surface coincides with the center of the sphere.

Внутри корпуса на цилиндрических кронштейнах 6 с помощью прижимных планок 7 и винтов 8 закреплены два интентичных резистивных элемента 9, ориентированных ио координатным осям X и У. Каждый элемент состоит из каркаса и намотанных на нем двух идентичных однорядовых обмоток, расположенных симметрично относительно координатной плоскости, перпендикулярной плоскости измерения, И включенных в мостовую схему дифференциально. Для уменьшения погрешности дискретности одна обмотка смешена по окружности относительно другой на полшага намотки об» моток.Inside the case, on the cylindrical brackets 6, with the help of clamping strips 7 and screws 8, two intentional resistive elements 9 are fixed, oriented to the coordinate axes X and Y. Each element consists of a frame and two identical single-row windings wound on it, located symmetrically with respect to the coordinate plane perpendicular measurement planes, and included in the bridge circuit differentially. To reduce the discreteness error, one winding is mixed around the circumference relative to the other for half a step of the winding about a winding.

Каркасы резистивных элементов выполнены в виде разомкнутых колец, имеющих сечение с двумя противоположно расположенными углами, вершины которых совмещены с координатной плоскостью. С участков обмоток, находящихся на линии этих вершин и обращенных в сторону жидкости, удалено изолирующее покрытие. В результате этого на каждом резистивном элементе образованы внешняя и внутренняя узкие контактные полоски, совпадающие с координатной плоскостью и практически обеспечивающие независимость измерения по одной угловой координате от угла наклона по другой угловой координате.The frames of the resistive elements are made in the form of open rings having a cross section with two oppositely located angles, the vertices of which are aligned with the coordinate plane. An insulating coating has been removed from sections of the windings located on the line of these peaks and facing the liquid side. As a result of this, an external and internal narrow contact strips are formed on each resistive element, which coincide with the coordinate plane and practically ensure the independence of measurement in one angular coordinate from the angle of inclination in another angular coordinate.

Кольцевая форма каркасов и совмещение Их центров с центром внутренней полости корпуса позволяет получить линейную зависимость изменения сопротивления резистивных элемен5 тов от угла наклона исследуемого объекта. .The annular shape of the frames and the combination of their centers with the center of the internal cavity of the housing allows one to obtain a linear dependence of the change in the resistance of resistive elements on the angle of inclination of the object under study. .

Принцип работы устройства заключается в следующем. В начальном (нулевом) положении преобразователя (угол наклона по каждой координатной оси равен нулю) сопротив10 ления обмоток резистивных элементов имеют одинаковую величину. При этом измерительные мосты сбалансированы и на их выходах сигналы отсуствуют.The principle of operation of the device is as follows. In the initial (zero) position of the transducer (the angle of inclination along each coordinate axis is equal to zero), the resistances of the windings of the resistive elements have the same value. At the same time, the measuring bridges are balanced and there are no signals at their outputs.

Наклон преобразователя (угол наклона по .Transducer tilt (tilt angle in

каждой координатной оси не равен нулю) приводит к неравенству сопротивления обмоток резистивных элементов за счет неравенства числа витков, замкнутых электропроводящей жидкостью. В результате этого нарушается равно20 весне измерительных мостов и на их выходах • появляются сигналы, величина которых пропорциональна углу наклона, а знак — направлению наклона по данной координатной оси.each coordinate axis is not equal to zero) leads to an inequality in the resistance of the windings of resistive elements due to the inequality in the number of turns closed by an electrically conductive liquid. As a result of this, equal to the spring of the measuring bridges is violated and at their outputs • signals appear, the magnitude of which is proportional to the angle of inclination, and the sign to the direction of inclination along this coordinate axis.

В изобретении погрешность из-за зависимости 25 каналов уменьшается более, чем в 10 раз (толщина каркасса — 10 мм), погрешность дискретности снижается в 2 раза, достигается линейность выходной характеристики (при цилиндрическом каркасе зависимость — тангенциальная).In the invention, the error due to the dependence of 25 channels is reduced by more than 10 times (carcass thickness - 10 mm), the discreteness error is reduced by 2 times, linearity of the output characteristic is achieved (with a cylindrical frame, the dependence is tangential).

Claims

1. USSR author's certificate number 502221, cl. G 01 C 9/06, 1973.

2. US patent N 3478437, cl. 33-336, published. 1969.

3. Authors certificate of the USSR N 459668, cl. G 01 C 9/36, 1972.

4. The patent of France N 2216558, cl. G 01 C 9/06 published 1974 (prototype).