DE3333049A1 - Spirit level - Google Patents
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Abstract
Description
Wasserwaage Spirit level
Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf eine Wasserwaage mit einem eine Flüssigkeit enthaltenden Hohlraum und einem Gehäuse, das mindestens eine ebene Außenfläche aufweist. Description The invention relates to a spirit level with a liquid containing cavity and a housing, the at least one has flat outer surface.
Derartige Wasserwaagen sind allgemein bekannt. Ihre Wirkungsweise besteht darin, daß der Hohlraum leicht gekrümmt ist und eine Luftblase in dem Hohlraum durch Schrägstellung der Wasserwaage verschoben wird. Eine exakte Ablesung ist nur in einer Stellung möglich.Such spirit levels are well known. Your mode of action is that the cavity is slightly curved and an air bubble in the cavity is shifted by tilting the spirit level. An exact reading is only possible in one position.
Für Prüf- und Meßzwecke besteht nun das Bedürfnis, eine Wasserwaage zu haben, mit der beliebige Winkel meßbar sind.There is now a need for a spirit level for testing and measuring purposes with which any angle can be measured.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Wasserwaage der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß beliebige Winkelstellungen von Gegenständen gemessen werden können.The object of the invention is therefore to provide the spirit level mentioned at the beginning Kind to the effect that any angular positions of objects can be measured can be.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hohlraum teilweise mit einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit gefüllt ist und eine ständig in die Flüssigkeit eintauchende Elektrode aufweist und daß die zur Elektrode weisende Innenwand des Hohlraumes mindestens zwei weitere, elektrisch voneinander isolierte Elektroden aufweist.This object is achieved according to the invention in that the cavity is partially filled with an electrically conductive liquid and one constantly has in the liquid immersed electrode and that facing the electrode Inner wall of the cavity at least two more, electrically isolated from each other Has electrodes.
Der Grundgedanke der Erfindung basiert darauf, daß der Widerstand einer gering leitenden Flüssigkeit zwischen zwei Elektroden vom Benetzungsgrad der Elektrode abhängig ist.The basic idea of the invention is based on the fact that the resistance a slightly conductive liquid between two electrodes with the degree of wetting of the Electrode is dependent.
Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Advantageous embodiment and development of the invention are the Refer to subclaims.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert.In the following the invention is based on an exemplary embodiment explained in more detail in connection with the drawing.
Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Wasserwaage nach der Erfindung; Fig. 2a schematische Darstellungen der Wasserwaage bis Fig. 2c in verschiedenen Winkelstellungen; Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild der Wasserwaage; und Fig. 4 ein elektrisches Schaltbild einer abgewandelten Ausführungsform.They show: FIG. 1 a perspective view of the spirit level according to FIG the invention; 2a shows schematic representations of the spirit level to FIG. 2c in FIG different angular positions; 3 shows an electrical circuit diagram of the spirit level; and FIG. 4 shows an electrical circuit diagram of a modified embodiment.
Fig. 1 zeigt ein quaderförmiges Gehäuse, das aus zwei Gehäuseteilen 10 und 11 besteht. Die beiden Gehäuseteile 10, 11 sind an den einander gegenüberliegenden Flächen durch eine Isolierschicht 12 elektrisch gegeneinander isoliert.Fig. 1 shows a cuboid housing, which consists of two housing parts 10 and 11 consists. The two housing parts 10, 11 are on the opposite one another Areas electrically insulated from one another by an insulating layer 12.
Die Gehäuseteile 10 und 11 bestehen aus elektrisch leitfähigem Material, vorzugsweise aus Edelstahl. Beide Gehäuseteile 10, 11 weisen eine Ausnehmung auf, die bei zusammengesetzten Gehäuseteilen einen zylindrischen Hohlraum 13 bilden, wobei die Isolierschicht 12 bis in den Hohlraum 13 hineinragt. Die Isolierschicht 12 liegt hierbei in einer zeichnerisch nicht dargestellten Ebene, welche durch die Mitte des Hohl raumes 13 verläuft und das Gehäuse somit genau mittig trennt. Der zylindrische Hohlraum 13 ist an beiden axialen Enden durch je eine Abdeckplatte 14 und 15 abgedeckt, wobei diese Abdeckplatten 14, 15 an die Außenkontur des Gesamtgehäuses angepaßt sind. Im Inneren des Hohlraumes 13 ist eine Elektrode 16 angeordnet, die längs der Achse des zylindrischen Hohlraums 13 verläuft und an ihren beiden axialen Enden an den Abdeckplatten 14, 15 anliegt.The housing parts 10 and 11 are made of electrically conductive material, preferably made of stainless steel. Both housing parts 10, 11 have a recess, which form a cylindrical cavity 13 when the housing parts are assembled, the insulating layer 12 protruding into the cavity 13. The insulating layer 12 lies in a plane not shown in the drawing, which is through the The middle of the hollow space 13 runs and thus separates the housing exactly in the middle. Of the cylindrical cavity 13 is through a cover plate at both axial ends 14 and 15 covered, these cover plates 14, 15 to the outer contour of the overall housing are adapted. In the interior of the cavity 13, an electrode 16 is arranged which runs along the axis of the cylindrical cavity 13 and axially on both of them Ends on the cover plates 14, 15 rests.
Der Hohlraum 13 ist mit einer schwach elektrisch leitenden Flüssigkeit 17 genau zur Hälfte gefüllt, so daß die EIektrode 16 stets zur Hälfte in die Flüssigkeit 17 eintaucht.The cavity 13 is filled with a weakly electrically conductive liquid 17 exactly half filled, so that the electrode 16 is always half in the liquid 17 immersed.
Durch die Abdeckplatte 14 ragt eine Schraube 18 hindurch, mit welcher die Elektrode 16 gehalten ist. Diese Schraube 18 dient als Anschlußklemme für eine Leitung 19.A screw 18 protrudes through the cover plate 14 with which the electrode 16 is held. This screw 18 serves as a terminal for a Line 19.
Beide Gehäuseteile 10 und 11 weisen ebenfalls je eine Anschlußklemme 20 bzw. 22 auf, an die elektrische Leitungen 21 bzw. 23 angeschlossen sind.Both housing parts 10 and 11 also each have a connection terminal 20 and 22, to which electrical lines 21 and 23 are connected.
Die den Hohlraum 13 bildenden, zur Elektrode 16 hin weisenden Wände der Ausnehmungen der Gehäuseteile 10, 11 bilden jeweils eine Elektrode 13' bzw. 13".The walls which form the cavity 13 and point towards the electrode 16 of the recesses in the housing parts 10, 11 each form an electrode 13 'or 13 ".
Der elektrische Widerstand der Flüssigkeit zwischen der Mittelelektrode 16 und den beiden Außenelektroden 13' bzw. 13" hängt von der benetzten Fläche bzw. dem wirksamen Flüssigkeitsvolumen zwischen den Elektroden 16 und 13' bzw. 16 und 13" ab. Es läßt sich nachweisen, daß somit zwischen dem elektrischen Widerstand und dem Kippwinkel der Wasserwaage ein linearer Zusammenhang besteht.The electrical resistance of the liquid between the center electrode 16 and the two outer electrodes 13 'or 13 "depends on the wetted area or the effective volume of liquid between the electrodes 16 and 13 'or 16 and 13 "from. It can be demonstrated that between the electrical resistance and the tilt angle of the spirit level there is a linear relationship.
In den Fig. 2a bis 2c sind diese elektrischen Widerstände gestrichelt angedeutet. In Fig. 2a ist der Kippwinkel der Wasserwaage 0 , d. h. die Ebene 12', die die beiden Gehäuseteile 10, 11 elektrisch trennt, steht senkrecht auf dem Flüssigkeitsspiegel. Die elektrischen Widerstände zwischen der Mittelelektrode 16 und den Außenelektroden 13' bzw. 13" sind hier mit 30 bzw. 31 bezeichnet und haben hier den gleichen Wert. In Fig. 2b ist ein Kippwinkel von 450 dargestellt. Das Verhältnis der Widerstände 30 : 31 beträgt hierbei 1 : 3. Bei einem Kippwinkel von 900 (Fig. 2c), bei dem die Ebene 12' mit dem Flüssigkeitsspiegel zusammenfällt, ist das Verhältnis der Widerstände 30 : 31 = 1 :OO.In FIGS. 2a to 2c, these electrical resistances are dashed indicated. In Fig. 2a the tilt angle of the level is 0, i.e. H. level 12 ', which electrically separates the two housing parts 10, 11 is perpendicular to the liquid level. The electrical resistances between the center electrode 16 and the outer electrodes 13 'and 13 "are designated here by 30 and 31 and have the same value here. A tilt angle of 450 is shown in FIG. 2b. The ratio of the resistances 30:31 is 1: 3 here. At a tilt angle of 900 (Fig. 2c), at which the Level 12 'coincides with the liquid level is the ratio of the resistances 30:31 = 1: 00.
Fig. 3 zeigt ein elektrisches Schaltbild der Wasserwaage.Fig. 3 shows an electrical circuit diagram of the spirit level.
Die durch die Flüssigkeit gebildeten Widerstände 30 und 31 entsprechen im Ersatzschaltbild einem Potentiometer mit verschiebbarem Abgriff, wobei die Klemme 18 der Schraube 18 der Fig. 1 entspricht. Die beiden Widerstände 30 und 31 sind hier mit zwei externen Widerständen 32 und 33 in Form einer Wheatston'schen Brücke zusammengeschaltet, wobei der gemeinsame Verbindungspunkt der externen Widerstände 32 und 33 über ein Galvanometer 34 mit der Klemme 18 verbunden ist. An die Klemmen 20 und 22 wird eine externe Spannungsquelle UB, beispielsweise eine Batterie angeschlossen. Durch Kippen der Wasserwaage ändert sich der Wert der Widerstände 30 und 31, so daß der Kippwinkel der Wasserwaage an dem Galvanometer 34 abgelesen werden kann. Bei dem Kippwinkel 0 ist die Brücke "abgeglichen", so daß die Brückenspannung, d. h. die Spannung zwischen der Klemme 18 und dem gemeinsamen Verbindungspunkt der externen Widerstände 32 und 33 exakt 0 ist. Bei einem Kippwinkel von 900 ist die Brückenspannung an dem Galvanometer 34 gleich der halben Betriebsspannung Ug. Einer der beiden Widerstände 30 bzw. 31 ist dann nämlich unendlich (in Fig. 2c ist der Widerstand 31 unendlich). Voraussetzung hierfür ist, daß das Galvanometer 34 einen unendlichen Innenwiderstand hat. Allgemeiner ausgedrückt gehorcht die Brückenspannung UG folgender Beziehung: bezeichnet hierbei die Batteriespannung; R2 den Widerstandswert des Widerstandes 33 und R1 den Wert des Widerstandes 32; d den Kippwinkel gemessen in Grad.The resistors 30 and 31 formed by the liquid correspond in the equivalent circuit diagram to a potentiometer with a displaceable tap, the terminal 18 of the screw 18 corresponding to FIG. 1. The two resistors 30 and 31 are interconnected here with two external resistors 32 and 33 in the form of a Wheatston bridge, the common connection point of the external resistors 32 and 33 being connected to terminal 18 via a galvanometer 34. An external voltage source UB, for example a battery, is connected to terminals 20 and 22. By tilting the spirit level, the value of the resistors 30 and 31 changes, so that the tilt angle of the spirit level can be read on the galvanometer 34. At the tilt angle 0 the bridge is "balanced" so that the bridge voltage, ie the voltage between the terminal 18 and the common connection point of the external resistors 32 and 33, is exactly 0. At a tilt angle of 900, the bridge voltage at the galvanometer 34 is equal to half the operating voltage Ug. One of the two resistors 30 or 31 is then namely infinite (in FIG. 2c the resistance 31 is infinite). The prerequisite for this is that the galvanometer 34 has an infinite internal resistance. In more general terms, the bridge voltage UG obeys the following relationship: refers to the battery voltage; R2 the resistance value of the resistor 33 and R1 the value of the resistor 32; d is the tilt angle measured in degrees.
Zweckmäßigerweise wählt man die Widerstandswerte der externen Widerstände 32 und 33 gleich groß, d. h. R1 = R2, so daß sich obige Beziehung wie folgt vereinfacht: Verwendet man ein hoch empfindliches Galvanometer, so kann äußerst präzise der Kippwinkel 0 festgestellt werden.It is advisable to choose the resistance values of the external resistors 32 and 33 to be the same, ie R1 = R2, so that the above relationship is simplified as follows: If a highly sensitive galvanometer is used, the tilt angle 0 can be determined extremely precisely.
Die Wasserwaage nach der Erfindung kann als Meßgeber in einem Regelkreis eingesetzt werden. Ein anderes sinnvolles Anwendungsgebiet ist die Prüfung von elektrisch verstellbaren Außenspiegeln für Kraftfahrzeuge. Werden zwei Wasserwaagen der beschriebenen Art im rechten Winkel zueinander angeordnet und als eine Einheit an dem Spiegel befestigt, so können die Verstellgrenzwerte in beiden Verstellebenen sehr einfach überprüft werden.The spirit level according to the invention can be used as a measuring transducer in a control loop can be used. Another useful field of application is electrical testing adjustable exterior mirrors for motor vehicles. Will be two spirit levels of the described Kind at right angles to each other arranged and as a unit attached to the mirror, the adjustment limit values can be adjusted in both adjustment planes can be checked very easily.
Ein Problem bei der bisher beschriebenen Wasserwaage liegt in der galvanischen Zersetzung der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit bei Anlegen der Betriebsspannung. Die in der Flüssigkeit gelösten, elektrisch leitfähigen Stoffe,wie z. B. Salze,werden zersetzt,wobei ihre Ionen sich an den jeweiligen Elektroden ablagern. Hierdurch ändert sich die Leitfähigkeit der Flüssigkeitg was schließlich zum Ausfall führen kann.A problem with the spirit level described so far lies in the galvanic decomposition of the electrically conductive liquid when the operating voltage is applied. The electrically conductive substances dissolved in the liquid, such as. B. salts decomposed, with their ions being deposited on the respective electrodes. Through this the conductivity of the liquid changes which ultimately lead to failure can.
Um diesen Vorgang zu unterbinden, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, die Betriebsspannung laufend umzupolen.In order to prevent this process, a development of the invention provides before continuously reversing the polarity of the operating voltage.
Hierbei kann im einen Grenzfall sogar mit Wechselspannung gearbeitet werden, sofern als Galvanometer ein echselspannungs-Galvanometer verwendet wird, beispielsweise durch Einbau eines Gleichrichters.In a borderline case it is even possible to work with alternating voltage if an alternating voltage galvanometer is used as the galvanometer, for example by installing a rectifier.
Eine mit laufend umgepolter Gleichspannung arbeitende Schaltung ist in Fig. 4 dargestellt. Gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 3 bezeichnen gleiche Teile. Die Klemmen 20 und 22 sind über zwei 3polige Schalter 35 und 36 mit den Leitungen 21 und 23 verbindbar. Der Schalter 35 besitzt Kontakte 35a, 35b und 35c, während der Schalter 36 Kontakte 36a, 36b und 36c besitzt. Der Kontakt 35a ist mit der Leitung 21 verbunden. Weiterhin ist der Kontakt 36c mit der Leitung 21 verbunden. Die Kontakte 35c und 36a sind mit der Leitung 23 verbunden. Die Kontakte 35b und 36b sind Leerkontakte zum Ausschalten des Gerätes.A circuit that works with continuously reversed DC voltage is shown in FIG. The same reference numerals as in FIG. 3 denote the same parts. Terminals 20 and 22 are connected to the lines via two 3-pole switches 35 and 36 21 and 23 can be connected. The switch 35 has contacts 35a, 35b and 35c while the switch 36 has contacts 36a, 36b and 36c. Contact 35a is with the line 21 connected. Furthermore, the contact 36c is connected to the line 21. The contacts 35c and 36a are connected to line 23. The contacts 35b and 36b are empty contacts to switch off the device.
In ähnlicher Weise ist das Galvanometer 34 über Schalter 37 und 38 umpolbar. Auch diese Schalter 37 und 38 beszen Kontakte 37a, 37b und 37c bzw. 38a, 38b und 38c. Die Kontakte 37a und 38c sind mit dem gemeinsamen Verbindun-gspunkt 41 der beiden Widerstände 32 und 33 verbunden. Die Kontakte 37c und 38a sind mit der Klemme 18 der Elektrode 16 verbunden. Alle vier Schalter 35..38 sind gemeinsam betätigbar, und zwar über ein Betätigungsorgan 39, das durch eine mechanische Chopper-Einrichtung 40 betätigbar ist. Beispielsweise kann es sich hier um ein Magnet-Relais handeln. Werden die vier Schalter 35..38 von der gezeigten Stellung, bei der jeweils die Kontakte a "aktiviert" sind, in die Stellung gebracht, in der jeweils die Kontakte c "aktiviert" sind, so wird hierdurch eine Umpolung sowohl der Versorgungsspannung als auch des Galvanometers durchgeführt. In der Zwischenstellung der Kontakte b sind Galvanometer und Versorgungsspannungsquelle abgeklemmt. Durch dieses Umpolen werden eingeleitete Zersetzungsprozesse der elektrolytischen Flüssigkeit rückgängig gemacht, wodurch die obigen Probleme vermieden und die Lebensdauer der Wasserwaage erhöht werden.Similarly, the galvanometer 34 is via switches 37 and 38 polarity reversible. These switches 37 and 38 also have contacts 37a, 37b and 37c or 38a, 38b and 38c. Contacts 37a and 38c are with the common connection point 41 of the two resistors 32 and 33 are connected. The contacts 37c and 38a are connected to the terminal 18 of the electrode 16. All four switches 35..38 are operable together, via an actuator 39, which is through a mechanical chopper device 40 can be actuated. For example, it can be here be a magnetic relay. The four switches 35..38 are different from the one shown Position in which the contacts a are "activated" in each case, brought into the position in which the contacts c are "activated" in each case, this results in a polarity reversal both the supply voltage and the galvanometer. In the intermediate position The galvanometer and the supply voltage source are disconnected from contacts b. By This polarity reversal is initiated by the decomposition processes of the electrolytic liquid reversed, thus avoiding the above problems and extending the life of the Spirit level can be increased.
In Fig. 4 ist parallel zu dem Galvanometer 34 noch ein Kondensator 42 geschaltet, der es vor Spannungsspitzen beim Umschalten schützt.In FIG. 4 there is also a capacitor in parallel with the galvanometer 34 42 switched, which protects it from voltage peaks when switching.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der Wasserwaage der Erfindung ist die eines Beschleunigungsgebers, da der Flüssigkeitsspiegel sich unter Einfluß von Beschleunigungen verändert. Hierbei ist allerdings zu beachten, daß die Meßgenauigkeit richtungsabhängig ist. Der Zusammenhang zwischen Beschleunigung und Meßwertänderung läßt sich entweder durch eine nachgeschaltete Elektronik oder durch die Formgebung des Hohlraumes 13 linearisieren.Another possible application of the spirit level of the invention is that of an accelerometer, since the liquid level changes under the influence of Accelerations changed. It should be noted, however, that the measurement accuracy is directional. The relationship between acceleration and measured value change can be achieved either through downstream electronics or through the design of the cavity 13 linearize.
Allgemein ist darauf hinzuweisen, daß der Hohlraum 13 nicht unbedingt zylindrische Gestalt haben muß, sondern zur Spreizung bestimmter Meßbereiche oder zur Linearisierung des Zusammenhangs zwischen Galvanometer-Spannung und Kippwinkel eine andere Formgebung haben kann. Wichtig ist lediglich, daß die Mittelelektrode 16 bei allen Betriebs-Kippwinkeln in elektrischen Kontakt mit der Flüssigkeit stehen muß.In general, it should be noted that the cavity 13 is not necessarily Must have a cylindrical shape, but to spread certain measuring ranges or for linearizing the relationship between galvanometer voltage and tilt angle can have a different shape. It is only important that the center electrode 16 are in electrical contact with the liquid at all operating tilt angles got to.
Schließlich sei darauf hingewiesen, daß nicht nur zwei äussere Elektroden (13', 13") vorhanden sein können. An der Innenseite des Hohiraumes können vielmehr in beliebig feiner Unterteilung beliebig viele Elektroden angeordnet sein, die jeweils gegeneinander elektrisch isoliert sind. Eine Elektronik kann dann feststellen, welche bzw. wie viele dieser Elektroden von der Flüssigkeit benetzt sind, wodurch ebenfalls der Kippwinkel bestimmbar ist.Finally, it should be noted that not only two outer electrodes (13 ', 13 ") can be present. Rather, on the inside of the cavity any number of electrodes can be arranged in any fine subdivision, each are electrically isolated from each other. Electronics can then determine which or how many of these electrodes are wetted by the liquid, which also the tilt angle can be determined.
Sämtliche in den Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung dargestellten technischen Einzelheiten können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All in the claims, the description and the drawing The technical details shown can be used both on their own and in any Combination with one another be essential to the invention.
Bezugszeichenliste 10 Gehäuseteil 11 Gehäuseteil 12 Isolierschicht
12' Ebene 13 zylindrischer Hohlraum 13' Elektrode 13" Elektrode 14 Abdeckplatte
15 Abdeckplatte 16 Mittelelektrode 17 Flüssigkeit/Elektrolyt 18 Schraube (Klemme)
19 Leitung 20 Schraube (Klemme) 21 Leitung 22 Schraube (Klemme) 23 Leitung 30 Widerstand
31 Widerstand 32 Widerstand, extern 33 Widerstand, extern 34 Galvanometer (Voltmeter)
35 Schalter
Claims (10)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19833333049 DE3333049A1 (en) | 1983-09-14 | 1983-09-14 | Spirit level |
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Family Applications (1)
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DE19833333049 Withdrawn DE3333049A1 (en) | 1983-09-14 | 1983-09-14 | Spirit level |
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DE (1) | DE3333049A1 (en) |
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Date | Code | Title | Description |
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
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