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Die Erfindung betrifft einen Neigungsmesser nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung
eine Maske zur Herstellung von Elektroden, die in einem Neigungssensor
zur Messung des Neigungswinkels vorgesehen sind, sowie einen Halter
zum Halten einer Deckplatte eines Neigungssensors und einer solchen
Maske.
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Im allgemeinen ist ein Neigungsmesser
in Vermessungsinstrumenten, Flugzeugen oder Automobilen vorgesehen,
um deren Neigungswinkel zu messen. Dabei wird die Position einer
Luftblase, die sich in einer in einem luftdichten Behälter eingeschlossenen
Flüssigkeit
befindet, elektrisch erfaßt.
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Es ist ein Neigungsmesser bekannt,
bei dem der luftdichte Behälter
eine Deckplatte (obere Endplatte) enthält, die an einer ihrer Flächen eine
Vertiefung hat, die aus einer Toroidalfläche besteht, d.h. aus einer
gekrümmten
Fläche,
die in zwei zueinander senkrechten Richtungen an ihrem Scheitel
(Mittelpunkt) verschiedene Krümmungen
besitzt, und weiterhin, ein zylindrisches Gehäuse und eine Bodenplatte enthält, so daß die Anforderungen
an die Genauigkeit herabgesetzt sind, mit der der Neigungsmesser
in einer Richtung befestigt wird, die senkrecht zur Neigungswinkelerfassungsrichtung
ist, d.h. zu der Richtung, in welcher der Neigungswinkel erfaßt wird
(Japanische Patentanmeldung 8-105834).
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Bei dem Neigungsmesser der eben genannten
Patentanmeldung ist die Toroidalfläche so geformt, daß die Krümmung in
der Neigungswinkelerfassungsrichtung kleiner ist als die Krümmung in Richtung
senkrecht zu dieser. Ein Paar oberer Elektroden, die aus einem Platinüberzug hergestellt
sind, sind auf der Toroidalfläche
achsensymmetrisch bezüglich
der Mittellinie angeordnet, die sich in Richtung senkrecht zu der
Neigungswinkelerfassungsrichtung erstreckt.
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Die Deckplatte, an der die oberen
Elektroden ausgebildet sind, ergibt zusammen mit der Bodenplatte
und dem zylindrischen Gehäuse
den luftdichten Behälter,
in der sich das eine Luftblase enthaltende Elektrolyt befindet.
Der luftdichte Behälter
hängt unbeweglich
an einer Halterung, die ein Gehäuse des
Neigungsmessers bildet. Der luftdichte Behälter ist so positioniert, daß die Neigungswinkelerfassungsrichtung
der Deckplatte identisch der Neigungswinkelerfassungsrichtung des
Neigungsmessers ist. Die Halterung ist durch eine Abdeckung abgeschlossen,
um den Neigungsmesser zu vervollständigen.
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Liegt bei dem eben erläuterter,
Neigungsmesser eine Seitenfläche
eines Objektes, an das der Neigungsmesser zum Erfassen des Neigungswinkels
befestigt ist, nicht in der Vertikalebene, so bewegt sich die Luftblase
von der inneren Wand des zylindrischen Gehäuses weg, so daß eine präzise Messung
des Neigungswinkels ausgeführt
werden kann. Die oberen Elektroden an der Toroidalfläche sind
aus einer Dünnschicht
aus Platin hergestellt, die unter Verwendung einer auf der Toroidalfläche angebrachten
Maske vorgegebener Form durch Hochfrequenzzerstäubung auf die Toroidalfläche aufgebracht
wird. Die Bereiche der Maske, die den oberen Elektroden entsprechen,
müssen
in Neigungswinkelerfassungsrichtung der Deckplatte nebeneinander
liegen. Ansonsten ist die Krümmung
der Toroidalfläche
in der Richtung, in der die unter Verwendung der Maske ausgebildeten
oberen Elektroden nebeneinanderliegen, nicht identisch mit dem gewünschten
Entwurfswert, so daß sich
in Abhängigkeit
der Neigung des luftdichten Behälters
eine Abweichung der Auslenkung der Luftblase ergibt. Auf diese Weise
wird die Sensitivität
der Neigungswinkelerfassung (Ausgangs/Neigungswinkel) ungenau.
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Es ergibt sich, ein mühsamer Positionierungsvorgang,
um die Position der Maske relativ zu der Deckplatte präzise so
einzustellen, daß die
den oberen Elektroden entsprechenden Bereiche der Maske in der Neigungswinkelerfassungsrichtung
nebeneinanderliegen. Selbst wenn die Maske relativ zur Deckplatte
genau positioniert ist, kann es durch zufällige Bewegungen der Maske
während
der Herstellung der Elektroden mißlingen, die oberen Elektroden
an den richtigen Stellen auszubilden.
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Falls die oberen Elektroden auf der
Toroidalfläche
der Deckplatte an den vorgegebenen Stellen ausgebildet werden, führt ein
Scheitern des Vorgangs, den luftdichten Behälter einschließlich der Deckplatte
mit der Halterung richtig zu verbinden, zu einer Abweichung der
Krümmung
der Toroidalfläche in
der Neigungswinkelerfassungsrichtung des Neigungsmessers von dem
Entwurfswert, oder es variiert die Fläche, in der ein Kontakt der
Luftblase mit den oberen Elektroden auftritt, wenn der Neigungsmesser
senkrecht zur Neigungswinkelerfassungsrichtung geneigt ist. Der
Positioniervorgang des luft dichten Behälters, der auf der Messung
durch das Auge des Bedieners beruht, ist jedoch besonders mühsam, so
daß sich
eine geringe Produktivität
des Neigungsmessers ergibt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen
Neigungsmesser anzugeben, in dem der Behälter präzise gegenüber der Halterung positioniert
werden kann. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, dafür zu sorgen,
daß die
Elektroden möglichst
positionsgenau auf die Deckplatte aufgebracht werden.
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Die Erfindung löst diese Aufgaben durch einen
Neigungsmesser mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Maske
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und einen Halter mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 13.
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Die Vertiefung der Deckplatte kann
als Toroidalfläche,
d.h. als gekrümmte
Fläche
mit verschiedenen Krümmungen
in zwei zueinander senkrechten Richtungen, oder asphärische Fläche, z.B.
einer Fläche
vierter Ordnung, ausgebildet sein. Alternativ kann die Vertiefung
der Deckplatte als eine gekrümmte
Fläche
ausgebildet sein, die durch einen Torus oder eine sphärische Fläche gegeben
ist.
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Die Maske wird der Deckplatte überlagert, um
an dieser zwei korrekt zueinander positionierte Elektroden auszubilden.
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Die Deckplatte und die Maske sind
durch den Halter beim Ausbilden der Elektroden in vorgegebener Weise
zueinander angeordnet gehalten.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der folgenden Beschreibung.
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Die Erfindung wird im folgenden an
Hand der Figuren näher
erläutert.
Darin zeigen:
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1 die
Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
des Neigungsmessers entlang der Linie I-I nach 1,
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2 die
Draufsicht der Halterung in einem Neigungsmesser nach 1,
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3 die
Ansicht der Halterung des luftdichten Behälters in Richtung II nach 2,
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4a, 4b und 4c die Draufsicht der Deckplatte nach 1, die Schnittansicht entlang
der Linie IVb-IVb nach 4a und
die Schnittansicht entlang der Linie IVc-IVc in 4a,
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5 die
Draufsicht der Bodenplatte nach 1,
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6a und 6b die Draufsicht einer Maske
für die
Deckplatte und die Schnittansicht entlang der Linie VIb-VIb in 6a,
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7 die
Querschnittsansicht der Maske und der Vertiefung der Deckplatte
in eine Richtung, in der der Neigungswinkel erfaßt wird,
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8a und 8b die Draufsicht eines Halters, der
die Deckplatte nach 1 und
die Maske nach 6 hält, und eine Schnittansicht
entlang der Linie VIIIb-VIIIb in 8a und
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9 das
Blockdiagramm eines mit dem Neigungsmesser nach 1 verbundenen Schaltkreises zum Erfassen
des Neigungswinkels.
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Mechanischer
Aufbau des Neigungsmessers
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Wie in den 1 bis 3 zu
sehen ist, besteht ein Neigungsmesser aus einem luftdichten Behälter A,
einer Halterung 7, in welcher der Behälter A gehalten wird, einem
Deckel 8, der die Halterung abschließt und den luftdichten Behälter A gegen
die Halterung drückt,
und einer Abdeckung 9, welche die Halterung 7 und
den Deckel 8 abdeckt. Diese Elemente werden im folgenden
diskutiert.
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Luftdichter
Behälter
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Der luftdichte Behälter A besteht
aus einem zylindrischen Gehäuse 2,
einer Deckplatte (obere Endplatte) 3 und einer Bodenplatte 1,
die an dem oberen bzw, dem unteren Ende des zylindrischen Gehäuses befestigt
sind. Das zylindrische Gehäuse 2,
die Deckplatte 3 und die Bodenplatte 1 sind aus
einem hochisolierenden Material, z.B. Bleiglas, hergestellt und
mit einem Haftmittel, z.B. einer zähflüssigen Paste geklebt.
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Wie in den 4a bis 4c zu
sehen ist, besteht die Deckplatte 3 aus einer transparenten
Platte in Form einer im wesentlichen kreisförmigen Scheibe, die mit einer
ebenen oberen Fläche 3a und
einer unteren Fläche 3b versehen
ist. Die untere Fläche 3b ist
in ihrem Zentralbereich mit einer Vertiefung (konkave Fläche) 3c versehen.
Die Umrandungsfläche der
Deckplatte 3 ist durch einen im wesentlichen zylindrischen
Flächenbereich
und eine teilweise Abflachung gegeben, die eine erste ebene Anzeigefläche (erste
Positionierfläche
oder erste Markierung) 50 darstellt. Die erste Anzeigefläche 50 ist
parallel zur Neigungswinkelerfassungsrichtung (x in 4)
und senkrecht zur oberen Fläche 3a der
Deckplatte 3 angeordnet.
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Die an der unteren Fläche 3b der
Deckplatte 3 ausgebildete Vertiefung 3c ist durch
eine Toroidalfläche
mit unterschiedlichen Krümmungen
in Richtung x, in welcher der Neigungswinkel erfaßt wird, und
in Richtung y senkrecht zur Erfassungsrichtung x gegeben. Die Krümmungsmittelpunkte
in Richtung x und y befinden sich auf der Mittelachse z der Deckplatte 3.
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Die Krümmung in Erfassungsrichtung
x ist vergleichsweise klein, um die Genauigkeit in der Erfassung
des Neigungswinkels zu erhöhen,
wie in 4c gezeigt ist.
Die Krümmung
in Richtung y ist größer als
die Krümmung
in Richtung x, um zu verhindern, daß die Luftblase B an der inneren
Fläche des
zylindrischen Gehäuses 2 haftet,
falls der Befestigungswinkel in Richtung senkrecht zur Erfassungsrichtung
x etwas von einem vorgegebenen Wert abweicht, wie in 4b gezeigt ist. Beispielsweise
betragen die Krümmungen
in Richtung x und y 300 mm bzw. 60 mm.
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Der tiefste Punkt der Vertiefung 3c befindet sich
auf der Mittelachse z der Deckplatte 3. Eine imaginäre Tangentialebene
an den tiefsten Punkt der Vertiefung 3c ist parallel zur
unteren Fläche 3b der Deckplatte 3 angeordnet.
Wie in 4c zu sehen ist, ist
in Richtung x zwischen der Außenfläche der
Vertiefung 3c und der unteren Fläche 3b ein gestufter Bereich
ausgebildet.
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Die Deckplatte 3 ist aus
einer Glasgießform unter
Verwendung eines Glasvorformlings hergestellt, dessen innere Fläche beispielsweise
mit einem #1000-Schleifmittel o.ä.
geschliffen worden ist, damit sie eine raube Oberfläche mit
geeigneter Rauhigkeit hat. Die konkave Fläche (Vertiefung) 3c wird
so durch eine raube Fläche
gebildet. Die erste Anzeigemarkierung 50 wird durch den
Vorgang des Glasformens der Deckplatte 3 einstöckig ausgebildet.
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Die Vertiefung 3c der Deckplatte 3 ist
mit zwei oberen Elektroden (erste und zweite obere Elektrode) 4 und 5 aus
einer Dünnschicht
aus Platin versehen. Die Elektroden 4 und 5 sind
spiegelsymmetrisch bezüglich
eines Bisektors der Deckplatte 3, d.h. bezüglich der
Mittelachse in Richtung y, angeordnet, durch den die Deckplatte 3 in
zwei identische Hälften in
Richtung y in 4a geteilt
ist. Die Elektroden 4 und 5 sind in einem vorgegebenen
Abstand voneinander entfernt, so daß sich ein Zwischenraum zwischen
diesen ergibt. Der Randbereich der Elektroden 4 und 5 wird
durch einen Kreisbogen gebildet, durch den der äußere Randbereich der Vertiefung
(konkave Fläche) 3c gegeben
ist. Die Elektroden 4 und 5 sind mit Vorsprüngen 4a und 5a versehen,
die sich nach außen
auf die Seitenwand (Randwand) der Vertiefung 3c hin erstrecken
und in Form eines Sektors über
die untere Fläche 3b ausgebreitet
ist.
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Die Elektroden 4 und 5 sind
aus einer Dünnschicht
aus Platin hergestellt, die durch Aufbringen von Platin auf die
konkave Fläche 3c durch
Hochfrequenzzerstäubung
erzeugt worden ist. Bei der Hochfrequenzzerstäubung werden die Bereiche der
Vertiefung 3c und der unteren Fläche 3b, die nicht
den Elektroden 4 und 5 entsprechen, durch eine
Maske 30 (6a und 6b) abgedeckt. Beim Zusammenbau des
luftdichten Behälters
A werden Bleidrähte
(nicht dargestellt), die sich bis außerhalb des zylindrischen Gehäuses 2 ausdehnen,
an die Vorsprünge 4a und 5a der
Elektroden 4 und 5 gelötet.
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Die Bodenplatte 1 ist aus
einer transparenten Platte in Form einer Scheibe hergestellt, wie
aus 5 ersichtlich ist.
Die obere Fläche 1a und
die untere Fläche 1b der
Bodenplatte 1 sind parallel zueinander angeordnet. Die
obere Fläche 1a der
Bodenplatte 1 besteht aus einer rauhen Fläche mit
einer geeigneten Rauhigkeit, die durch Schleifen der Fläche beispielsweise
mit einem Schleifmittel (annähernd #1000)
erzeugt wird. Die obere Fläche 1a der
Bodenplatte 1 stellt eine Bodenfläche des luftdichten Behälters A
dar, wenn dieser zusammengebaut ist.
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Eine untere Elektrode 6 ist
an der oberen Fläche 1a der
Bodenplatte 1 vorgesehen. Die untere Elektrode 6 hat
die Form eines Kreises, dessen Durchmesser größer als der Außendurchmesser
des zylindrischen Gehäuses 2 ist,
aber etwas kleiner als der Außendurchmesser
der oberen Fläche 1a.
Die untere Elektrode 6 ist aus einer Dünnschicht aus Platin hergestellt,
die durch Aufbringen von Platin auf die obere Fläche 1a durch Hochfrequenzzerstäubung erzeugt
wird. Während
der Hochfrequenzzerstäubung ist
der Bereich der oberen Fläche 1a,
der nicht der Elektrode 6 entspricht, durch eine Maske
bedeckt, ebenso wie bei der Herstellung der oberen Elektroden 4 und 5.
Beim Zusammenbau des luftdichten Behälters A werden Bleidrähte (nicht
dargestellt) an den Randbereich der unteren Elektrode 6 gelötet, der
sich aus dem zylindrischen Gehäuse 2 heraus
erstreckt.
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Das zylindrische Gehäuse 2 ist
aus einem Glasrohr einheitlicher Dicke hergestellt. Die oberen und
unteren Enden des zylindrischen Gehäuses 2 sind entlang
Ebenen geschnitten, die senkrecht zur Längsachse des zylindrischen
Gehäuses
verlaufen, und koaxial mit der unteren Fläche 3b der Deckplatte 3 und
der oberen Fläche 1a der
Bodenplatte 1 verbunden. Der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses 2 und
der Außendurchmesser
der Vertiefung 3c der Deckplatte sind identisch. Das zylindrische
Gehäuse 2,
die Deckplatte 3 und die Bodenplatte 1 ergeben
den luftdichten Behälter
A.
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Eine elektrolytische Lösung D,
die eine geeignete Menge an Luft enthält, welche wiederum eine Luftblase
B erzeugt, ist in dem luftdichten Behälter A eingeschlossen. Das
Elektrolyt D ist beispielsweise eine Lösung aus Methylalkohol, in
der Kaliumjodid gelöst
ist. Die Luftblase B ist im Zentrum der Vertiefung 3c angeordnet,
solange sich der tiefste Punkt der Vertiefung 3c an der
höchsten
Position in Richtung der Schwerkraft befindet, d.h. die untere Fläche 3b der
Deckplatte 3 liegt in einer horizontalen Ebene. Wird die
Deckplatte 3 in Richtung y in 4a geneigt, so bewegt sich die Luftblase
B in dem Raum zwischen der ersten und der zweiten oberen Elektrode 4 und 5,
vorausgesetzt, die Deckplatte 3 ist nicht in Richtung x
geneigt.
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Solange der Neigungswinkel in Richtung
y kleiner als ein vorgegebener Wert (im folgenden als erster Winkel
bezeichnet) ist, kommt die Luftblase B nicht in Kontakt mit der
inneren Wand des zylindrischen Gehäuses 2, selbst wenn
der Neigungswinkel in Richtung y größer als der maximale Winkel
(im folgenden als zweiter Winkel bezeichnet, der kleiner ist als
der erste Winkel) ist, der durch den Neigungsmesser erfaßt werden
kann. Ist die Deckplatte 3, d.h. der luftdichte Behälter A,
in Richtung x in 4a geneigt,
so wird in diesem Zustand die Luftblase B innerhalb der Vertiefung 3c in
Richtung x bewegt, solange der Neigungswinkel in Richtung x kleiner
als der zweite Winkel ist.
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Halterung
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Die Halterung 7 ist aus
einer Aluminiumlegierung hergestellt, die in einer vorgegebenen
Form geschnitten ist. Wie in 2 zu
sehen ist, befindet sich an der Halterung 7, die aus einem
kreisförmigen
Gehäuse
besteht, ein rechtwinkliger Absatz 7f, der in der Draufsicht
in radialer Richtung nach außen
vorspringt. An der Halterung 7 befindet sich eine zylindrische
Vertiefung 7d mit einem Boden, deren Mittelachse L ist
( 1 und 2). Der Durchmesser der Vertiefung 7d ist
kleiner als der Durchmesser der Deckplatte 3 und etwas
größer als
der Außendurchmesser
des zylindrischen Gehäuses 2 und
der Bodenplatte 1.
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An der Halterung 7 befindet
sich ein allgemein sektorförmiges
Referenzhalteelement 7e und zwei allgemein sektorförmige Halteelemente 7a,
die um die Vertiefung 7d im wesentlichen gleichwinklig bezüglich der
Mittelachse L beabstandet sind. Das Referenzhalteelement 7e ist
bezüglich
der Mittelachse L dem Absatz 7f diametral gegenüber angeordnet. Die
innere Flä che
des Referenzhalteelementes 7e liegt in einer Tangentialebene,
die tangential zur Innenfläche
der Vertiefung 7d angeordnet ist, in der Neigungswinkelerfassungsrichtung
des Neigungsmessers. Die inneren Flächen der Halteelemente 7a sind
durch eine zylindrische Fläche
begrenzt, die identisch mit der zylindrischen Fläche der Vertiefung 7d ist.
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An der inneren Fläche des Referenzhalteelementes 7e befindet
sich ein innerer Steg 7c mit einer Stegfläche 20 (obere
Fläche
in 1) senkrecht zur Mittelachse
L der Halterung 7. Der Steg 7c erstreckt sich
in Richtung der Mittelachse L. Die Halteelemente 7a sind
an ihren oberen Enden mit gestuften Bereichen versehen, die durch
Wegschneiden innerer Flächen
der Halteelemente 7a bezüglich der Mittelachse L erzeugt
sind. Die gestuften Flächen
der stufenförmigen
Bereiche und die Stegfläche 20 des
Referenzhalteelementes 7e liegen in derselben horizontalen Ebene
und bilden eine Haltefläche,
auf der die in die Halterung 7 eingepaßte Deckplatte 3 angeordnet
ist.
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Durch die Stegfläche (obere Fläche) 20 des inneren
Steges 7c ist eine planare Anlagefläche (Positionierelement) 22 gegeben,
mit der die relative Winkelposition der Deckplatte 3 gegenüber der
Halterung 7 festgelegt werden kann. Wird beim Zusammenbau
des Neigungsmessers die erste ebene Anzeigefläche 50 der Deckplatte 3 des
luftdichten Behälters
A in Kontakt mit der Anlagefläche 22 gebracht,
so wird die Winkelposition des luftdichten Behälters A festgelegt, und die
oberen Elektroden 4 und 5 an der Deckplatte 3 liegen
in Neigungswinkelerfassungsrichtung des Neigungsmessers nebeneinander.
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Der Radius der Bodenplatte 1 des
luftdichten Behälters
A ist so bemessen, daß die
Bodenplatte 1 in die Vertiefung 7d mit ihrem inneren
Steg 7c eingesetzt werden kann. Der Radius der Deckplatte 3 ist größer als
der Radius der Vertiefung 7d. Wird der luftdichte Behälter A in
Richtung der Schwerkraft nach unten bewegt, während die Mittelachse des luftdichten Behälters A
in Übereinstimmung
mit der Mittelachse L der Halterung 7 gehalten wird, wird
folglich die untere Fläche 1b der
Bodenplatte 1 in die Vertiefung 7d eingepaßt. Die
untere Fläche 3b der
Deckplatte 3 trifft auf die Stegfläche 20 und die gestuften Flächen 21,
so daß ihre
axiale Position festgelegt ist.
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Die Entfernung der durch die Stegfläche 20 und
die gestufte Fläche 21 gegebenen
Fläche
und der Bodenfläche
der Vertiefung 7d ist größer als die Entfernung von
der unteren Fläche 3b der
Deckplatte 3 von der unteren Fläche 1b der Bodenplatte 1 in dem
luftdichten Behälter
A. Der luftdichte Behälter
A wird von der Halterung 7 gehalten und hängt an dieser
derart, daß die
Mittelachse des luftdichten Behälters
A koaxial zur Mittelachse L der Halterung 7 ausgerichtet
ist. Die obere Fläche
des Referenzhalteelementes 7e und der Halteelemente 7a liegen
in derselben Ebene senkrecht zur Mittelachse L und sind jeweils
mit einer Durchgangsbohrung 7b versehen, die in Richtung
parallel zur Mittelachse L ausgerichtet sind. Die Außenflächen des
Referenzhalteelementes 7b und der Halteelemente 7a ergeben
eine identische zylindrische Fläche,
deren Mittelpunkt auf der Mittelachse L angeordnet ist. Der Durchmesser
der durch das Referenzhalteelement 7e und die Halteelemente 7a gegebenen
zylindrischen Fläche
ist an deren oberen Bereichen etwas verringert.
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Wie in 1 und 3 zu erkennen ist, ist der Absatz 7f der
Halterung 7 einstückig
mit einem rechtwinkligen Befestigungsstück 10 versehen, das
im rechten Winkel, d.h. in Richtung der Schwerkraft, nach unten
gebogen ist und ausgehend von dem distalen Ende des Absatzes 7f vorspringt.
Das untere Ende des Befestigungsstückes 10 ist mit zwei
Durchgangsbohrungen 10a versehen, in die Sicherungsschrauben 11 (1) eingesetzt werden, um
den Neigungsmesser an einem Objekt, an dem es angebracht werden
soll, zu befestigen.
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Das Befestigungsstück 10 erstreckt
sich in Neigungswinkelerfassungsrichtung des Neigungsmessers, d.h.
parallel zur Anlagefläche 22 des
Referenzhalteelementes 7e. Der Innendurchmesser der Durchgangsbohrungen 10a ist
größer als
der Außendurchmesser
der Schaftteile der Sicherungsschrauben 11, so daß der Neigungsmesser
in der Zeichenebene (1)
um die Achsen der Sicherungsschrauben 11 gegenüber einem
Objekt etwas gedreht werden kann, um den Neigungswinkel des Neigungsmessers
einzustellen, wenn dieser an dem Objekt angebracht wird.
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Deckel
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Der Deckel 8 ist aus einer
Scheibe aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Die Scheibe ist
so geschnitten, daß ihr
Durchmesser so groß ist,
daß die äußeren Randflächen der
oberen Enden des Referenzhalteelementes 7e und der Halteelemente 7a durch
einen Kreis umschrieben werden, der durch den äußeren Rand der Scheibe 8 gegeben
ist. Der Deckel 8 ist mit Senklöchern 8c entsprechend
den Gewindebohrungen 7b der Halteelemente 7a und 7e versehen.
Werden Schrauben 13 mit flachen Köpfen in die Gewindebohrungen 7b geschraubt,
so können auf
diese Weise die Schraubenköpfe
eingesetzt und an den Senklöchern 8c zur
Auflage gebracht werden. Der Deckel 8 ist an seiner unteren
Fläche
mit einer Ringnut 8a versehen, deren Durchmesser etwas
kleiner als der Außendurchmesser
der Deckplatte 3 ist, und deren Mittelpunkt auf der Mittelachse
L angeordnet ist. Ein O-Ring 12 ist in die Ringnut 8a eingepaßt und wird
gegen die Deckplatte 3 gedrückt. An dem Deckel 8 befindet
sich eine zentrale Öffnung 8b, durch
welche die Luftblase B in dem luftdichten Behälter A von außen zu sehen
ist.
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Abdeckung
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Die Abdeckung 9 ist aus
einer Aluminiumlegierung hergestellt, die aus einem mit einem Boden versehenen
Zylinder geschnitten wird, dessen eines Ende geschlossen ist. Die
Abdeckung 9 ist ohne Spiel an den äußeren Randflächen der
unteren Endbereiche der Halteelemente 7a und 7e eingepaßt. Die
Abdeckung 9 verhindert, daß der luftdichte Behälter A zerbrochen
wird und fremdes Material eindringt. Die Abdeckung 9 dient
deshalb als staubdichte Komponente. An dem Endrand der Abdeckung 9 befinden
sich zwei Aussparungen, durch die die Bleidrähte C, die mit den Elektroden 4, 5, 6 verbunden sind,
hindurchgeführt
sind, um mit einem externen Schaltkreis (9) zum Erfassen des Neigungswinkels verbunden
zu werden.
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Herstellung
des Neigungsmessers
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Um den Neigungsmesser herzustellen,
werden die Deckplatte 3 einer Bleiglasform, das zylindrische
Gehäuse 2 und
die Bodenplatte 1 geeignet präpariert und poliert, wie oben
erwähnt
wurde. Die Halterung 7, der Deckel 8 und die Abdeckung 9 werden präpariert,
indem ein Block einer Aluminiumlegierung in vorgegebene Formen geschnitten
wird.
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Die oberen Elektroden 4 und 5 werden
an der inneren Fläche
der Vertiefung 3c der Deckplatte 3 ausgebildet,
wie oben erläutert
wurde. Bei der Herstellung der oberen Elektroden wird die Maske 30 (6) verwendet, um den Bereich der unteren
Fläche 3b und
der Vertiefung 3c der Deckplatte abzudecken, der nicht
den Elektroden entspricht. Der Halter 40 (8)
wird verwendet, um die Deckplatte 3 und die Maske 30 zu
halten.
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Die Maske 30 wird hergestellt,
indem ein scheibenähnliches
Stück in
eine vorgegebene Form geschnitten wird, die entsprechend den oberen
Elektroden 4 und 5 und den Vorsprüngen 4a und 5a Aussparungen
hat, wie in die 6a und 6b dargestellt ist. Die äußere Umrandungsfläche der
Maske 30 entspricht der äußeren Umrandungsfläche der
Deckplatte 3. Die Maske 30 besteht nämlich aus
einer Scheibe mit Aussparungen 30a und 30b entsprechend
den oberen Elektroden 4 und 5 und den Vorsprüngen 4a und 5a und
einer zweiten ebenen Anzeige fläche (zweite
Anzeigemarkierung) 51, die an der äußeren Umrandungsfläche der
Scheibe ausgebildet ist. Werden die Deckplatte 3 und die
Maske 30 überlagert,
so daß die
erste Anzeigefläche 50 der
Deckplatte 3 in Übereinstimmung
mit der zweiten Anzeigefläche 51 der
Maske 30 gebracht wird, so ist folglich eine vorgegebene
relative Positionsbeziehung zwischen der Maske 30 und der
Deckplatte 3 gegeben.
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Das Brückenelement 30c der
Maske 30, das zwischen der Aussparung 30a entsprechend
der oberen Elektrode 4 (4a) und der Aussparung 30b entsprechend
der oberen Elektrode 5 (5a) vorgesehen ist, ist
auf der Mittelachse der Deckplatte 3 am Boden der Vertiefung 3c sich
in Richtung y erstreckend angeordnet. Wie am besten in 6a zu sehen ist, ist das
Brückenelement 30c mit
einer Krümmung
gebogen, die mit der Krümmung
(Krümmungsradius
= 60 mm) der Vertiefung 3c der Deckplatte 3 in
Richtung y identisch ist, so daß das
Brückenelement 30c stabil durch
die Deckplatte 3 gehalten wird.
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Das Brückenelement 30c ist
entlang seiner Längsachse
mit einer Längsnut 31 versehen.
Die Seitenränder
der Längsnut 31 kommen
in einer Linie mit der Vertiefung 3c der Deckplatte 3 in
Kontakt, wenn die Maske 30 ohne Spiel auf die Deckplatte 3 aufgesetzt
wird. Bei der Herstellung der Elektroden wird so verhindert, daß Platinteilchen
an der Lücke zwischen
den oberen Elektroden 4 und 5 und der Vertiefung 3c der
Deckplatte 3 haften, wie in 7 dargestellt
ist.
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Wie in 8b gezeigt
ist, ist der im wesentlichen zylindrische Halter 40 mit
einer Paßöffnung 40a,
in welche die Deckplatte 3 und die Maske 30 eingepaßt werden,
und mit einer Zerstäuberöffnung 40b versehen,
durch welche die Platinteilchen zerstäubt werden.
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Der Durchmesser der Paßöffnung 40a des Halters 40 (Paßstück) entspricht
dem Durchmesser der Deckplatte 3 und der Maske 30.
An der Paßöffnung 40a des
Halters 40 befindet sich ein zylin drischer Bereich entsprechend
den zylindrischen Flächen
der Deckplatte 3 und der Maske 30 und eine ebene
Referenzfläche
(Referenzebene) 53 entsprechend der ersten Anzeigefläche 50 der
Deckplatte 3 und der zweiten Anzeigefläche 51 der Maske 30.
Die Deckplatte 3 und die Maske 30 können folglich
nur in den Halter 40 eingepaßt werden, wenn die erste oder zweite
Anzeigefläche 50 oder 51 mit
der Referenzfläche 53 in Übereinstimmung
gebracht sind. In diesem Zustand ist die Mittelachse des Halters 40 identisch mit
der Mittelachse der Deckplatte 3 und der Maske 30.
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Der Halter 40 ist mit einem
ringförmigen
gestuften Bereich 43 versehen, der sich zwischen der Paßöffnung 40a und
der Zerstäuberöffnung 40b befindet.
Der gestufte ringförmige
Bereich 43 verhindert, daß die in den Halter 40 eingebrachte
Maske 30 und die Deckplatte 3 herausfallen.
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An dem Halter 40 befinden
sich gegenüber der
Referenzfläche 53 drei
Paare obere und untere Gewindebohrungen 42. Die Gewindebohrungen 42 erstrecken
sich radial durch den Halter 40. In die Gewindebohrungen 42 sind
Sicherungsschrauben (nicht dargestellt) geschraubt, um die Deckplatte 3 und
die Maske 30 unbeweglich mit dem Halter 40 zu verbinden.
Werden die Sicherungsschrauben (nicht dargestellt) von außen in die
Gewindebohrungen 40 geschraubt, so werden nämlich die
Vorderenden der Schrauben gegen die zylindrischen Flächen der Deckplatte 3 und
der Maske 30 gedrückt,
so daß die erste
Anzeigefläche 50 der
Deckplatte 3 und die zweite Anzeigefläche 51 der Maske 30 in
engen Kontakt mit der Referenzfläche 53 des
Halters 40 gebracht werden, um somit die Maske 30 und
die Deckplatte 3 fest in dem Halter 40 zu halten.
Auf diese Weise werden die Deckplatte 3 und die Maske 30,
die in dem Halter 40 gehalten werden, geeignet zueinander
positioniert, so daß während der
Herstellung der Elektroden keine zufällige Relativbewegung zwischen
der Deckplatte 3 und der Maske 30 auftreten kann.
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An der inneren Randfläche des
Halters 40 befinden sich zwei halbzylindrische Einsetzbohrungen 41,
die sich diametral gegenüberliegen
und sich von der Einpaßöffnung 40a in
Richtung der Zerstäuberöffnung 40b erstrecken.
Ein Trennwerkzeug (nicht dargestellt) wird in die Einsetzbohrung 41 eingesetzt, um
die Deckplatte 3 und die Maske 30 nach Herstellung
der Elektroden von dem Halter 40 zu entfernen, nachdem
die Elektroden hergestellt sind.
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Zum Herstellen der Elektroden werden
die Maske 30 und die Deckplatte 3 in den Halter 40 eingepaßt, so daß die erste
oder zweite Anzeigefläche 50 oder 51 in Übereinstimmung
mit der Referenzfläche 53 gebracht
ist. Die Maske 30 wird nämlich zuerst in die Einpaßöffnung 40a des
Halters 40 so eingesetzt, daß ihre hintere ebene Fläche der
Zerstäuberöffnung 40b zugewandt
ist. Daraufhin wird die Deckplatte 3 in den Halter 40 so
eingesetzt, daß ihre untere
Fläche 3b der
Maske 30 zugewandt ist. Folglich werden die Maske 30 und
die Deckplatte 3 koaxial in den Halter 40 eingepaßt. Die
Achse der Maske 30 und der Deckplatte 3 sind nämlich entlang
der Mittelachse des Halters 40 ausgerichtet. Da der Außenrand
der Maske 30 an dem stufenförmigen Bereich (Flansch) 43 des
Halters 40 anliegt, kann die Maske 30 oder die
Deckplatte 3 nicht aus dem Halter 40 herausfallen.
Auf diese Weise werden die Maske 30 und die Deckplatte 3 in
dem Halter 40 gehalten, wie in 8b zu sehen ist.
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Daraufhin werden die Sicherungsschrauben (nicht
dargestellt) in die Gewindebohrungen 42 geschraubt, so
daß die
zweite Anzeigefläche 51 der Maske 30 und
die erste Anzeigefläche 50 der
Deckplatte 3 in engen Kontakt mit der Referenzfläche 53 des
Halters 40 gebracht werden. Die zweite Anzeigefläche 51 der
Maske 30 ist bündig
mit der ersten Anzeigefläche 50 der
Deckplatte 3 angeordnet. Somit ist die der Deckplatte 3 überlagerte
Maske 30 in vorgegebener Weise gegenüber der Deckplatte 3 positioniert.
Die untere Fläche 3b der
Deckplatte 3 ist durch die Maske 30 korrekt maskiert.
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Die Deckplatte 3 und die
Maske 30, die in dem Halter 40 gehalten werden,
werden in eine Hochfrequenzzerstäubereinrichtung
(nicht dargestellt) eingesetzt, in welcher der Dünnfilm als Platin durch Hochfrequenzzerstäubung an
dem Bereich der Deckplatte 3 ausgebildet wird, der nicht
durch die Maske 30 abgedeckt ist. Auf diese Weise werden
die oberen Elektroden 4 und 5 und die Vorsprünge 4a und 5a an
der Deckplatte 3 erzeugt.
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Die untere Elektrode 6 an
der unteren Fläche 1a der
Bodenplatte 1 wird auf ähnliche
Weise wie die oberen Elektroden hergestellt.
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Dann werden die obere Fläche 1a der
Bodenplatte 1 und die untere Fläche 3b der Deckplatte 3 koaxial
mit der unteren Endfläche
bzw. oberen Endfläche
des zylindrischen Gehäuses 2 mit
einem aus einer Glaspaste hergestellten Haftmittel in zähflüssiger Form
verklebt. Daraufhin wird die elektrolytische Lösung D in das zylindrische
Gehäuse 2 durch
eine Einlaßöffnung (nicht
dargestellt) eingebracht, die in der Seitenwand des zylindrischen
Gehäuses 2 ausgebildet
ist. Die Einlaßöffnung wird
dann heiß verklebt,
während
eine geeignete Menge an Luft in dem zylindrischen Gehäuse 2 verbleibt.
Die Bleidrähte werden
mit einem Ende an die Elektroden 4, 5 und 6 angelötet. Auf
diese Weise erhält
man den luftdichten Behälter
A. Aufgrund der Grenzflächenspannung zwischen
der inneren Fläche
der Vertiefung 3c und der elektrolytischen Lösung D bildet
sich in dem luftdichten Behälter
A die Luftblase B aus.
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Daraufhin wird der luftdichte Behälter A in dem
durch die Halteelemente 7a und 7e begrenzten Hohlbereich
der Halterung 7 plaziert, während die erste Anzeigefläche 50 der
Deckplatte 3 mit der Anlagefläche 22 des Referenzhalteelementes 7e der Halterung 7 in
engen Kontakt gebracht wird. Die Umrandungsfläche der Deckplatte 3 des
luftdichten Behälters
A wird folglich in den Hohlbereich eingepaßt, der von der Anlageflä che 22 des
Referenzhalteelementes 7b der Deckplatte 3 und
den inneren Randflächen
der Halteelemente 7a begrenzt ist. Die Richtung x, in der
die Krümmung
der Vertiefung 3c am kleinsten ist, ist folglich mit der
Neigungswinkelerfassungsrichtung des Neigungsmessers identisch,
und die untere Fläche 3b der
Deckplatte 3 wird an der Stegfläche 20 des Referenzhalteelementes 7e und den
gestuften Flächenbereichen 21 der
Halteelemente 7a stabil gehalten. Der luftdichte Behälter A wird
so in richtiger Position gehalten und hängt in geeigneter Lage an der
Halterung 7.
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Da die Vorsprünge 4a und 5a der
oberen Elektroden 4 und 5 in dem Hohlbereich zwischen dem
Referenzhalteelement 7e und den Halteelementen 7a angeordnet
sind, sind die oberen Elektroden von der Halterung 7 isoliert.
Da die untere Fläche 3b der
Deckplatte 3 parallel zur Tangentialebene ist, die an dem
tiefsten Punkt der konkaven Fläche 3c anliegt,
ist bei Ausrichtung der Achse L der Halterung 7 in vertikaler
Richtung der tiefste Punkt (Mittelpunkt) der Vertiefung 3c in
der höchsten
Position des luftdichten Behälters
A angeordnet. Die Luftblase B wird deshalb zum tiefsten Bereich
der Vertiefung 3c hin bewegt.
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Daraufhin wird der O-Ring 12 in die
Ringnut 8a des Deckels 8 eingepaßt, und
die Halterung 7 wird mit dem Deckel 8 abgedeckt.
Die Senklöcher 8c des Deckels 8 werden
mit den Gewindebohrungen 7b der Halteelemente 7a in Übereinstimmung
gebracht, und daraufhin werden die Schrauben 13 mit ihren
flachen Köpfen
durch die Senklöcher 8c in
die Gewindebohrungen 7b geschraubt. Werden die Schrauben 13 bis zum äußersten
angezogen, so wird der O-Ring elastisch deformiert und ganz gegen
die obere Fläche 3a der
Deckplatte 3 gedrückt,
um somit unabhängig
vom Neigungswinkel der oberen Fläche 3a der
Deckplatte 3 diese auf die Stege 7c der Halterung 7 zu
pressen. Folglich wird der luftdichte Behälter A in der oben erläuterten
Stellung fest mit der Halterung 7 verbunden. Der Neigungsmesser
ist somit aufgebaut.
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Mit dem Neigungsmesser verbundener Schaltkreis
zum Erfassen des Neigungswinkels
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Im folgenden wird an Hand von 9 der Schaltkreis erläutert, durch
den der Neigungswinkel durch den Neigungsmesser erfaßt wird.
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Nach 9 ist
eine Steuerung 16, die durch Kabel mit den Elektroden 4, 5 und 6 verbunden
ist, aus einer zentralen Prozessoreinheit CPU zusammengesetzt, welche
den Erfassungsvorgang des Neigungswinkels des luftdichten Behälters A
ausführt.
Eine Anzeigevorrichtung 18 enthält eine Flüssigkristallanzeige LCD, in
welcher der durch die Steuerung 16 erfaßte Neigungswinkel angezeigt
wird. Ein Hauptschalter 19 wird betätigt, um für die Spannungsversorgung der
Steuerung 16 zu sorgen.
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Die Steuerung 16 legt Spannungspulse
zwischen den oberen Elektroden 4 und 5 und der
unteren Elektrode 6 an, wenn ihr durch Betätigen des Hauptschalters 19 die
Hauptspannung zugeführt wird.
Der Wert des durch die erste obere Elektrode 4 fließenden Stromes
und der Wert des durch die zweite obere Elektrode 5 fließenden Stromes
werden gemessen und verglichen, um durch die Steuerung 16 deren
Verhältnis
zu erhalten. Die Steuerung 16 berechnet den Neigungswinkel,
den man durch Multiplizieren des Stromverhältnisses mit einer vorgegebenen
Konstante erhält.
Der auf diese Weise erhaltene Neigungswinkel wird in der LCD 18 angezeigt.
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Arbeitsweise
des Neigungsmessers
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Der wie oben erläutert konstruierte Neigungsmesser
arbeitet wie folgt.
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Zunächst wird der Neigungsmesser
an einem zu vermessenen Objekt befestigt. Bei dem erläuterten
Ausführungsbeispiel
des Neigungsmessers wird die Winkelposition des luftdichten Behälters A eingestellt,
um dessen Neigung entlang der Richtung parallel zur Vorderfläche (Stirnfläche) des
Befestigungsstücks 10 zu
messen. Hat das zu vermessende Objekt eine Schachtelform, so wird
deshalb das Befestigungsstück 10 an
einer vertikalen Fläche
des Objektes durch die Schrauben 11 in der Neigungswinkelerfassungsrichtung
befestigt. Da der Durchmesser der Durchgangsbohrungen 10a des
Befestigungsstücks 10,
in welche die Schrauben 11 eingesetzt werden, größer als
der Außendurchmesser
der Schaftteile der Schrauben 11 ist, kann der Neigungsmesser
etwas in einer Ebene gedreht werden, in der das Befestigungsstück 10 liegt,
um eine horizontale Fläche
des zu vermessenden Objektes in Übereinstimmung
mit der horizontalen Fläche
des Neigungsmessers, d.h. der Fläche
senkrecht zur Mittelachse L, zu bringen. Diese Einstellung wird
durch einen Bediener vorgenommen, der die Luftblase B in dem luftdichten
Behälter
A durch das Sichtfenster 8b des Deckels 8 beobachtet.
Die Einstellung ist abgeschlossen, wenn sich die Luftblase B in
den mittleren Bereich der oberen Elektroden 4 und 5 bewegt
hat. Nach erfolgter Einstellung wird die Abdeckung 9 auf der
Halterung 7 plaziert, um den Deckel 8 abzudecken.
Die Bleidrähte
(nicht dargestellt) erstrecken sich durch die Aussparungen (nicht
dargestellt) der Abdeckung 9 nach außen und sind mit der Steuerung 16 verbunden.
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Ist der Neigungsmesser befestigt,
so betätigt der
Bediener den Hauptschalter 19, um die Versorgungsspannung
an die Steuerung 16 anzulegen. Die Steuerung 16 legt
folglich die Spannung zwischen den oberen Elektroden 4 und 5 und
der unteren Elektrode 6 an und mißt den Wert des durch die erste obere
Elektrode 4 fließenden
Stromes und den Wert des durch die zweite obere Elektrode 5 fließenden Stromes,
um das Verhältnis
dieser Ströme
zu erhalten.
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Da der Widerstand zwischen der ersten
oberen Elektrode 4 und der unteren Elektrode 6 und
zwischen der zweiten oberen Elek trode 5 und der unteren
Elektrode 6 gemäß der Kontaktfläche zwischen den
oberen Elektroden 4 und 5 und der elektrolytischen
Lösung
D variiert, verändert
sich das Verhältnis
der Werte des durch die erste und zweite Elektrode 4 und 5 fließenden Stromes.
Ist das zu vermessende Objekt horizontal in der Erfassungsrichtung angeordnet,
so befindet sich nämlich
die Luftblase B aufgrund der eben beschriebenen Einstellung in dem mittleren
Bereich zwischen den oberen Elektroden 4 und 5,
und der zwischen der oberen Elektrode 4 und der unteren
Elektrode 6 erzeugte Widerstand ist identisch mit dem Widerstand,
der zwischen der oberen Elektrode 5 und der unteren Elektrode 6 erzeugt
wird. Die Stromwerte sind folglich identisch. Ist das zu vermessende
Objekt in der Erfassungsrichtung geneigt, so bewegt sich die Luftblase
B in Richtung der oberen Elektrode 4 oder 5. Deshalb
ist der zwischen der oberen Elektrode 4 und der unteren
Elektrode 6 erzeugte Widerstand verschieden von dem zwischen der
oberen Elektrode 5 und der unteren Elektrode 6 erzeugten
Widerstand. Deshalb sind die Werte des durch die obere Elektrode 4 und
des durch die obere Elektrode 5 fließenden Stromes voneinander
verschieden.
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Die Steuerung 16 berechnet
den Neigungswinkel, der durch Multiplizieren des bestimmten Stromverhältnisses
mit einer vorgegebenen Konstante erhalten wird. Der berechnete Neigungswinkel wird
in der Anzeigevorrichtung 18 angezeigt. Die Steuerung 16 führt wiederholt
und intermittierend eine Serie von Operationen durch, die das Anlegen der
Spannung und das Anzeigen des Neigungswinkels enthält, während die
Spannungsversorgung durch den Schalter 19 aufrechterhalten
wird.
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Wie oben erwähnt, kann die Maske 30 nach dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel
der Deckplatte 3 in einer präzisen gegenseitigen Positionsbeziehung überlagert
werden. So wird nicht nur der für
die Präparation
der oberen Elektroden 4 und 5 benötigte Aufwand
an Personal verringert werden, sondern es kann überdies eine hohe Qualität des luftdichten
Behälters
aufrecht erhalten werden.
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Zwischen der Deckplatte 3 und
der Maske 30, die von dem Halter 40 gehalten werden,
tritt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
während
der Erzeugung der Elektroden keine Relativbewegung auf. So können die
oberen Elektroden 4 und 5 präzise hergestellt werden. Wird
der luftdichte Behälter
A in die Halterung 7 eingesetzt, während die erste Anzeigefläche 50 der
Deckplatte an der Anlagefläche 22 anliegt,
so wird bei dem Neigungsmesser nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
der luftdichte Behälter
durch die Halterung 7 in einer korrekten Lage gehalten.
So kann nicht nur der Zusammenbau des Neigungsmessers vereinfacht,
sondern auch eine gute Qualität
des Neigungsmessers erhalten werden. Die Produktivität des Neigungsmessers
kann somit erhöht
werden.
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Obgleich die Vertiefung 3c der
Deckplatte 3 bei dem vorgestellten Ausführungsbeispiel aus einer Toroidalfläche besteht,
kann die Vertiefung 3c auch aus einer sphärischen
konkaven Fläche
hergestellt sein.
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Wie aus dem eben Erläuterten
hervorgeht, kann der luftdichte Behälter präzise bezüglich der Halterung positioniert
und von dieser gehalten werden. Die Maske kann der Deckplatte so überlagert werden,
daß die
beiden Komponenten korrekt zueinander angeordnet sind. Darüber hinaus
kann die Halterung 7 die Deckplatte 3 und die
Maske 30 halten, ohne eine Relativbewegung zwischen diesen
Komponenten während
der Herstellung der Elektroden zu verursachen.