DE3208811A1

DE3208811A1 - Neigungswinkelmessgeraet mit einer elektronisch gesteuerten, digitalen ziffernanzeige von neigungswinkeln bezogen auf die horizontale, mittels einer stufenlosen abtastung eines oder mehrerer elektrischer widerstaende durch die schwerkraft bewegungsgesteuerter pendel, kugeln, quecksilberperlen oder walzen

Info

Publication number: DE3208811A1
Application number: DE19823208811
Authority: DE
Inventors: Konrad 6831 Brühl Möbus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-03-11
Filing date: 1982-03-11
Publication date: 1983-09-29
Also published as: DE3208811C2

Description

N e i g u n g s w i n k e l m e ß g e r ä t
Die Erfindung betrifft ein Neigungswinkelmeßgerät nach dem Oberhegriff des Anspruches 1.
Die gegenwärtig und seit alters her allgemein gebräuchlichen Wasserwaagen stellen in ihrer Eigenschaft als Neigungswaagen Instrumente dar, die letztlich nur näherungsweise in der Lage sind die Horizontale wie die Vertikale anzuzeigen, wobei sie auch nur eine grobe, nicht in exakte Zahlen umsetzbare Quantifizierung von Horizontal- bzw. Vertikalabweichungen zuläßt.
Es ist durch eine deutsche Offenlegungsschrift ein Neigungswinkelmeßgerät bekannt geworden, das in der Lage ist Neigungswinkel mittels einer elektronischen Ziffernanzeige anzuzeigen.
Bei dieser Einrichtung werden die Meßwerte über ein elektrisch leitendes Pendel ermittelt, das um seine Drehungsachse konzentrisch kreisförmig angeordnete Kontaktflächen elektrisch abtastet um somit eine Ziffernanzeige zu steuern. echnologisch bedingt ist es jedoch bei dieser Einrichtung nicht möglich, in den Wirkungsbereich dieses Pendels beliebig viele solcher Kontaktflächen einzubringen, wodurch sich auch hier die Genauigkeit der Anzeige auf Näherungswerte reduziert.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, den Winkel von Neigungen zur Horizontalen mittels eines leichten und handlichen Gerätes stufenlos und exakt zu messen, wobei der ermittelte Meßwert leicht ablesbar auf einer elektronischen Ziffernanzeige in Grad, Minuten und eventuell auch in Sekunden anzuzeigen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der in Fig.3 dargestellte, kreisförmig um die Umdrehungsachse ms auf dem Isolierwerkstoff (5) angeordnete Schichtwiderstand (7) durch den auf der Achse ms frei drehbar gelagerten Pendel (6) abgetastet wird, indem das dreieckförmige Pendelgewicht (6), das auf seiner rückwärtigen Seite an jeder Spitze einen Kontakt trägt, in Ruhelage so gegen den Schichtwiderstand (7) gedrückt wird, daß die Kontakte des Pendelgewichtes (6) eine leitende Verbindung zwischen dem Schichtwiderstand (7) und der ebenfalls kreisförmig und konzentrisch über ihm angeordneten Leiterbahn (8) herstellen, sodaß zwischen einem der beiden Widerstandsenden und der Leiterbahn (8) ein Widerstandswert gemessen werden kann, der von der Stellung des Schichtwiderstandes abhängig ist und somit über den Anstellwinkel der Geräte längsachse zu Horizontalen Aufschluss gibt.
Ist das Winkelmeßgeråt inaktiv, so wird das Pendel (6) ständig durch den überstehenden Grat der Andrucksplatte (16 Fig,6) und die Kraft der Peder (15) mit seinen Kontakten gegen den Schichtwiderstand (7) und die Leiterbahn (8) gedrückt, womit auch ein transportsicherung des Pendels bewirkt wird.
Bei der XinSchaltung des Meßgerätes wird nun der Elektromagnet (18) über eine elektronische Zeitsteuerung kurzzeitig aktiviert, so daß er die Metallplatte (17) und somit auch die Andrucksplatte (16) anzieht, wodurch das Pendel (6) für eine bestimmte Dauer freigegeben wird, die es benötigt um seine neue Ruhelage zu finden. Mit dem Absenken der Andruckplatte (16) auf das Pendelgewicht (6) und der Überbrückung von der Leiterbahn (8) mit dem Schichtwiderstand (7) wird nun, ebenfalls für eine bestimmte Zeit, die elektronische Schaltung aktiviert, die den Widerstandswert von RM (6) in eine Winkelangabe in Grad und Minuten umwandelt, die sie über die Ziffernanzeige anzeigt.
Die Abtastung eines Meßwiderstandes zur Neigungswinkelbestimmung kann auch über eine elektrisch leitende Kugel (4) bewirkt werden, die auf, beziehungsweise zwischen zwei parallel nebeneinander aufrecht stehenden und kreisförmig gebogenen Drähten frei rollend eine ständige, leitende Verbindung herstellt (Fig.4 und 5). Bestehen nun die beiden Drähte einerseits aus Widerstandsdraht und andererseits aus einem niederohmigen Leiter, so erfüllt diese Anordnung die gleiche Aufgabe wie die unter Fig.3 und Fig.6 dargestellte und oben beschriebene Vorrichtung.
Kernstück der unter Pig.7 dargestellten Schaltung ist die Widerstandsgruppe R1 bis R3 und RM (6), die neben den übrigen Schaltungskomponenten bei geschlossenem Schalter (1) über die Spannungsstabilisierung SS aus der Batterie B gespeist wird. Diese Widerstandsgruppe besteht im Wesentlichen aus einer modifizierten Wheatstoneschen Brückenschaltung, die durch den Meßwiderstand RM (6 bzw. 10) und R2 gebildet wird, der zur Justierung der O-Grad - Anzeige bei Horizontaler Lage des Winkelmeßgerätes dient. Hierbei ist auch die Ausgangsspannung Ul gleich 0. Die Widerstände R1 und R3 dienen jeweils zur Justierung der 90-Grad - Anzeige bei vertikaler Lage des Meßgerätes. Die durch RM beeinflußte Ausgangsspannung U1 wird durch den Operationsverstärker V soweit verstärkt, daß sie durch den Analog - Digitalwandler D/A in einen Digitalwert umgesetzt werden kann, der die Ziffernanzeige (2) steuert.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die geschilderte Widerstandsabtastung ein Höchstmaß an stufenloser Meßgenauigkeit zu erlangen ist, die sich neben der Darstellung von Winkelgraden und Winkelminuten auch in der technisch problemlosen Anzeige der Winkel sekunden ausdrückt, wobei Messungen durch die Widerstandsabtastung durch Kugeln (Big.4 und Pig.5) selbst bei sich stetig ändernden Neigungen während der Bewegung kontinuierlich möglich ist, wobei sich, bei entsprechender Auslegung der Elektronik, auch eine Quantifizierung von Winkeländerungen pro Zeiteinheit ermitteln läßt.
L e e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. ) Neigungswinkelmeßgerät mit einer elektronisch gesteuerten, digitalen Ziffernanzeige von Neigungswinkeln bezogen auf die Horizontale mittels einer stufenlosen Abtastung eines oder mehrerer elektrischer Widerstände durch die Schwerkraft bewegungsgesteuerter und elektrisch leitender Pendel, Kugeln, Quecksilberperlen oder Walzen, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß sich im Inneren des vorzugsweise stabförmig ausgestalteten Gehäuses neben der steuernden Elektronik und der von außen ablesbaren Ziffernanzeige (2) ein oder mehrere Meßwiderstände befinden, die in ihrem charakteristischen Aufbau entweder aus Widerstandsdraht (10) oder aus einem Schichtwiderstand (7) bestehend kreisförmig jeweils um einen zentrischen Mittelpunkt (md bzw. ms) geformt sind und elektrisch so abgetastet werden, daß zwischen dem kreisförmigen Widerstandsdraht (10) und einem parallel direkt neben ihm elektrisch isoliert angeordnetem, niederohmigem Kontaktdraht (11) gleicher Form und Größe eine elektrisch leitende Kugel (9), Walze oder Quecksilberperle wie auf bzw. zwischen zwei Schienen rollt, wogegen der Schichtwiderstand (7 Fig.3) durch einen im Zentrum seiner Kreisform (ms) frei drehbar gelagerten Pendel (6) so abgetastet wird, daß beim Andruck des kontaktbestückten Pendelgewichtes (6) gegen den Schichtwiderstand (7) eine leitende Verbindung von ihm über die Kontakte des Pendelgewichtes (6) zur ebenfalls kreisförmigen und konzentrisch über dem Schichtwiderstand (7) angeordneten, niederohmigen leiterbahn (8) hergestellt wird, so daß je nach der Stellung der Meßwiderstände (7 bzw. 10) zur Kugel (9) bzw. zum Pendel (6) zwischen jeweils einem Ende der Meßwiderstände (7 bzw. 10) und der Leiterbahn (8) bzw. dem Kontaktdraht (11) stufenlos ein Widerstandswert gemessen werden kann, der letztendlich in Abhängigkeit vom Neigungswinkel des gesamten Meßgerätes (Fig.1) zur Horizontalen ist und elektronisch so umgesetzt werden kann, daß er mittels der digitalen Ziffernanzeige als exakte Winkelangabe in Graden, Minuten und eventuell auch in Sekunden abgelesen werden kann.
2.) Neigungswinkelmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum exakten Abgleich der Meßwiderstände (RM) und zur Beeinflussung der vom Spannungsstabilisator SS gelieferten Spannung die in Fig.7 dargestellte Widerstandsschaltung bestehend aus R1 bis R3 und RM Verwendung findet, mit deren Ausgangsspannung Ul der Operationsverstärker V ausgesteuert wird.
3.) Neigungswinkelmeßgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eingebaute Elektronik wahlweise einen Rechnerteil besitzt, der auf Knopfdruck oder automatisch in selbsttätig wechselnder Anzeige eine Umrechnung des gemessenen Winkels von zum Beispiel 10ezu 170, oder 53'zu 127'vornimmt.
4.) Neigungswinkelmeßgerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich an der Rückfront des Winkelmeßgerätes zwei bewegliche, an Scharnieren befestigte Flächen (3 und 4) befinden, (Fig.2) die in der Ruhe- wie in der Meßstellung einrasten und nach links und rechts so ausgeklappt werden können, daß sich dadurch die nutzbare länge der zum Messen dienenden schmalen längsflächen des Gerätes um das etwa zweifache verlängert.
5.) Neigungswinkelmeßgerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Innenraum des Meßgerätes unter Beibehaltung der mechanischen Funktionstüchtigkeit und der Austauschbarkeit der Batterien mit einem aushärtendem Kunststoffschaum oder Kunstharz ausgegossen oder ausgeschäumt wird, um somit die mechanische Stabilität zu erhöhen.