NL7906561A

NL7906561A - Inclinometer with hemispherical bowl and conducting mercury - detects tangents of boundaries remotest from centre in mutually perpendicular directions

Info

Publication number: NL7906561A
Application number: NL7906561A
Authority: NL
Original assignee: Tno
Priority date: 1979-08-31
Filing date: 1979-08-31
Publication date: 1981-03-03

Abstract

The clinometer consists of a hollow body made from an insulating material. It has a lid and is partially filled with mercury, which can be displaced along the surface with a circular cross-section. The surface is made with conducting tracks, which form a part of two detectors to determine the position of the liquid by shorting two or more of the tracks and cutting out resistors (8) which would otherwise be in circuit. The signal produced thereby is transmitted to an indicator. The direction of inclination is also determined. The first detector transmits a signal, which is a measure of the position of a tangent in a given direction at the boundary of the conducting mercury (2). This point is the one furthest away from the centre of the concave surface. The second detector produces a signal, which measures the position of the tangent at the boundary in a direction at right angles to the first tangent. It is also the point furthest away from the centre of the concave surface.

Description

% ^ N.O. 28183% ^ N.O. 28183

Nederlandse Centrale Organisatie voor Toegepast-Natuurweten-sehappelijk Onderzoek ten behoeve van Nijverheid,Handel en Yerkeer.te ’s-Gravenhage.Netherlands Central Organization for Applied Natural Sciences for the benefit of Industry, Trade and Yerkeer.te The Hague.

Korte aanduiding: Hellingmeter.Short designation: Inclinometer.

De uitvinding heeft betrekking op een hellingmeter bestaande uit een lichaam met een hol oppervlak van elektrisch isolerend materiaal, waarvan de door het holle oppervlak begrensde holle ruimte door een deksel is afgesloten en gedeeltelijk is gevuld met een elektrisch geleidende vloeistof (bijv.kwik) die af- 5 hankelijk van de helling van het lichaam langs het holle oppervlak vrij beweegbaar is en een cirkelvormige begrenzing heeft, waarbij op het holle oppervlak van het lichaam elektrische geleidende banen aanwezig zijn, die een onderdeel vormen van ten minste twee detektoren die de positie van de vloeistof bepalen 10 door kortsluiting van twee of meer banen en afhankelijk van deze positie signalen toevoeren aan een weergeefinrichting die een in-dikatie levert van de grootte van de hellinghoek van het lichaam ten opzichte van het horizontale vlak en van ten minste één bepaalde richting van de helling. Ben dergelijke hellingmeter is 15 bekend uit het Britse octrooischrift 354.444.The invention relates to an inclinometer consisting of a body with a hollow surface of electrically insulating material, the hollow space of which is bounded by the hollow surface is closed by a lid and is partially filled with an electrically conductive liquid (e.g. mercury) Depending on the inclination of the body, it is freely movable along the hollow surface and has a circular boundary, electric conductive paths being present on the hollow surface of the body, which form part of at least two detectors that determine the position of the determine liquid by shorting two or more tracks and, depending on this position, supply signals to a display device which provides an indication of the magnitude of the angle of inclination of the body with respect to the horizontal plane and of at least one specific direction of the slope. Such an inclinometer is known from British patent specification 354,444.

De bekende hellingmeter heeft ten minste twee elektrisch geleidende banen, die concentrisch verlopen op het holle oppervlak van het lichaam van elektrisch isolerend materiaal. Deze banen zijn in vier mechanisch en elektrisch gescheiden segmenten 20 verdeeld, die elk bestaan uit ten minste een paar concentrisch verlopende banen. Eén paar banen van één segment zijn via een elektrische geleider verbonden met een serieschakeling van een spanningsbron en een indikatielamp van de weergeefinrichting.The known inclinometer has at least two electrically conductive paths, which run concentrically on the hollow surface of the body of electrically insulating material. These tracks are divided into four mechanically and electrically separated segments 20, each of which consists of at least a pair of concentrically running tracks. One pair of tracks of one segment are connected via an electrical conductor to a series connection of a voltage source and an indicator lamp of the display device.

Vanneer de helling van het lichaam van de hellingmeter een be- 25 paalde hoek heeft bereikt en de elektrisch geleidende vloeistof de daarbij behorende positie heeft aangenomen, wordt één paar banen van een segment kortgesloten, zodat de daarbij behorende 7906561 \ 2 indikatielamp oplicht. De richting van de helling bepaalt in welk van de segmenten een kortsluiting optreedt en dienovereenkomstig welke lamp oplicht.When the inclination of the inclinometer body has reached a certain angle and the electrically conductive liquid has assumed the associated position, one pair of segments of a segment is shorted to illuminate the associated indicator lamp 7906561 \ 2. The direction of the slope determines in which of the segments a short circuit occurs and accordingly which lamp lights up.

Deze bekende hellingmeter geeft slechts een indikatie dat één of meer grenswaarden van de hellinghoek en een bepaalde 5 grootte van de richting van de helling zijn overschreden. Voorts heeft deze bekende hellingmeter het nadeel, dat voor de indikatie van een bereikte helling steeds twee aangrenzende concentrische banen nodig zijn.This known inclinometer only indicates that one or more limit values of the inclination angle and a certain magnitude of the direction of the inclination have been exceeded. Furthermore, this known inclinometer has the drawback that two adjacent concentric tracks are always required for the indication of an achieved inclination.

De uitvinding heeft ten doel te voorzien in een hellingmeter 10 van de in de aanhef genoemde soort, waarbij behalve de hellings-hoek tevens de daarbij behorende richting wordt weergegeven en waarbij het bovengenoemde nadeel wordt vermeden.The object of the invention is to provide an inclinometer 10 of the type mentioned in the preamble, in which, in addition to the angle of inclination, the corresponding direction is also displayed and the above-mentioned drawback is avoided.

Dit doel wordt volgens de uitvinding daardoor bereikt, dat de eerste detektor een signaal afgeeft, dat een maat is voor de 15 positie van de in een bepaalde eerste richting (N-Z) verlopende raaklijn aan de begrenzing van de vloeistof, die zich het verst van het midden van het holle oppervlak bevindt; dat de tweede detektor een signaal afgeeft, dat een maat is voor de positie van de raaklijn aan de genoemde begrenzing, die in een richting 20 (0-F) loodrecht op de eerste richting verloopt en die zich het verst van het midden van het holle oppervlak bevindt; en dat de signalen worden toegevoerd aan de weergeefinrichting.According to the invention, this object is achieved in that the first detector emits a signal which is a measure of the position of the tangent line running in a determined first direction (NZ) at the boundary of the liquid furthest from the center of the hollow surface; that the second detector outputs a signal which is a measure of the position of the tangent to said boundary, which extends in a direction 20 (0-F) perpendicular to the first direction and which is furthest from the center of the hollow surface is located; and that the signals are applied to the display device.

Bij een uitvoeringsvorm van de uitvinding zijn de elektrisch geleidende banen van de detektoren evenwijdig, op onderlinge af- 25 stand gelegen, hoofdzakelijk rechte banen, waarbij de banen van de eerste detektor loodrecht staan op die van de tweede detektor en met elkaar geen kontakt maken; dat telkens twee aangrenzende banen onderling zijn verbonden door een weerstand; en dat een gemeenschappelijk centraal middenkontakt aanwezig is, dat 30 via weerstanden met de binnenste banen is verbonden en dat steeds in kontakt blijft met de geleidende vloeistof, zodat de weerstanden van elke detektor een spanningsdeler vormen, waarvan de deelfaktor wordt bepaald door de positie van de vloeistof. 35 7906561 »' * 3In one embodiment of the invention, the electrically conductive paths of the detectors are parallel, mutually spaced, substantially straight paths, the paths of the first detector being perpendicular to those of the second detector and not contacting each other; that two adjacent tracks are mutually connected by a resistor; and that a common central center contact is present, which is connected via resistors to the inner paths and which always remains in contact with the conducting liquid, so that the resistances of each detector form a voltage divider, the partial factor of which is determined by the position of the liquid. 35 7906561 »'* 3

Deze uitvoeringsvorm heeft het voordeel, dat per heilings-hoek slechts één baan nodig is, zodat bij dezelfde kromming van het holle oppervlak en bij dezelfde gebruikte ruimte voor de elektrisch geleidende banen de hellingshoek met veel kleinere stappen kan worden weergegeven. 5This embodiment has the advantage that only one path is required per angle of inclination, so that with the same curvature of the hollow surface and with the same space used for the electrically conductive paths, the angle of inclination can be represented in much smaller steps. 5

Bij een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding is elke baan gevormd door elektrisch geleidende pennen die door het holle oppervlak tot in de holle ruimte zich uitstrekken en die buiten de holle ruimte onderling zijn verbonden, 3¾ nog een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding zijn de 10 banen volgens de gewenste configuratie op het holle oppervlak opgedampt of geëtst.In another embodiment of the invention, each web is formed by electrically conductive pins extending through the hollow surface into the hollow and interconnected outside the hollow, yet another embodiment of the invention is the 10 the desired configuration on the hollow surface vapor-deposited or etched.

Deze uitvoeringsvorm is zeer geschikt voor seriefabricage.This embodiment is very suitable for series production.

Bij weer een andere uitvoeringsvorm is tussen de banen en het holle oppervlak weerstandsmateriaal aangebracht door middel 15 van bijvoorbeeld opdampen of dergeiijke.In yet another embodiment, resistance material is arranged between the webs and the hollow surface by means of, for example, evaporation or the like.

Behalve zijn geschiktheid voor seriefabricage heeft deze uitvoeringsvorm nog het voordeel, dat de benodigde ruimte gering is.In addition to its suitability for series production, this embodiment has the additional advantage that the space required is small.

De detektcr van de hellingmeter is bij voorkeur zodanig uit- 20 gevoerd, dat elke spanningsdeler één tak van een brugscnakeling vormt, in de andere tak waarvan een andere spanningsdeler met voorafbepaalde deelfaktor is opgenomen, waarbij op de verbindingspunten van de spanningsdelers een stroombron is aangesloten en waarbij tussen de aftakpunten van de spanningsdelers de weergeef- 25 inrichting is aangesloten.The detector of the inclinometer is preferably designed in such a way that each voltage divider forms one branch of a bridge circuit, in the other branch of which another voltage divider with predetermined partial factor is included, a current source being connected to the connection points of the voltage dividers and wherein the display device is connected between the tap points of the voltage dividers.

De andere spanningsdeler kan een instelbare deelfaktor hebben om een kalibratie uit te voeren.The other voltage divider can have an adjustable dividing factor to perform a calibration.

Bjj voorkeur is de weerstand van de spanningsdeler met voorafbepaalde deelfaktor veel groter dan (2n - m) maal de afzonder- 30 lijke weerstand van de variabele spanningsdeler, waarbij n het aantal toegepaste afzonderlijke weerstanden is en m het aantal kort-^gesloten afzonderlijke weerstanden.Preferably, the resistance of the voltage divider with predetermined divider is much greater than (2n-m) times the individual resistance of the variable voltage divider, where n is the number of individual resistors used and m is the number of short-circuited individual resistors.

Hierdoor verkrijgt men een lineair verband tussen de uit-gangsspanning van de brug en het aantal door de geleidende 35 vloeistof kortgesloten weerstanden· 7906561 * '4 4This provides a linear relationship between the output voltage of the bridge and the number of resistors short-circuited by the conductive liquid · 7906561 * '4 4

Bij een bij voorkeur toe te passen uitvoeringsvorm heeft het naar de holle ruimte gerichte oppervlak van het deksel van de holle ruimte een zodanig bol oppervlak, dat tussen dit genoemde oppervlak en het holle oppervlak van het lichaam een spleet wordt gevormd. ^In a preferred embodiment, the cavity surface facing the hollow space has a convex surface such that a gap is formed between said surface and the hollow surface of the body. ^

Deze uitvoeringsvorm gaat gepaard met het voordeel, dat de benodigde hoeveelheid elektrisch geleidende vloeistof gering-is.This embodiment has the advantage that the amount of electrically conductive liquid required is small.

Ten einde vibraties van de elektrisch geleidende vloeistof te verminderen is de resterende ruimte van de spleet gevuld met 10 eem elektrisch isolerende viscose vloeistof die de beweging vam de elektrische geleidende vloeistof dempt en zich daarmee niet vermengt.In order to reduce vibrations of the electrically conductive liquid, the remaining space of the gap is filled with an electrically insulating viscose liquid which dampens and does not mix with the movement of the electrically conductive liquid.

Bij een verdere uitwerking van de uitvinding bevinden de geleidende banen voor de ene richting zich op het holle oppervlak 15 en de geleidende banen voor de andere richting zich op het bolle oppervlak.In a further elaboration of the invention, the conductive paths for one direction are on the concave surface and the conductive paths for the other direction are on the convex surface.

Door de laatstgenoemde maatregel kunnen de banen verder doorlopen zonder onderling kontakt te maken.The latter measure allows the webs to continue without contacting each other.

De uitvinding zal hierna nader worden toegelicht aan de hand 20 van de tekening, waarin:The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing, in which:

Fig. 1 een doorsnede van een uitvoeringsvorm van de helling-meter volgens de uitvinding toont, waarbij duidelijkheidshalve sledats één rij weerstanden is weergegeven? fig. 2 een bovenaanzicht van de helft van de hellingmeter 2^ volgens fig. 1 illustreert, waarbij duidelijkheidshalve de weerstanden zijn weggenomen.Fig. 1 shows a cross-section of an embodiment of the inclinometer according to the invention, wherein one row of resistors is shown for the sake of clarity? Fig. 2 illustrates a top view of half of the inclinometer 21 of Fig. 1, the resistances being removed for clarity.

fig. 5 en 4 de uitvoeringsvorm volgens fig. 1 in horizontale respectievelijk schuine stand voorstelt, waarbij slechts de stand van de vloeistof ten opzichte van het lichaam van de hel- 50 lingmeter is getoond; fig. 5 een illustratie van de ontbinding van de helling is; fig. 6 het elektrische schema van de hellingmeter volgens 7906561 >· » 5 de uitvinding toont; fig. 7 en 8 cLe vervangingsschema's van de bragschakelingen volgens fig. 6 weergeven; fig. 9 een uitvoeringsvorm van de bi j de hellingmeter toege-paste weergeefinrichting voorstelt; 5 fig. 10 een in de weergeefinrichting voor de helling volgens de uitvinding toegepaste verwerkingsschakeling toont.Figures 5 and 4 represent the embodiment according to Figure 1 in horizontal and oblique position, in which only the position of the liquid relative to the body of the inclinometer is shown; FIG. 5 is an illustration of the slope decomposition; Fig. 6 shows the electrical diagram of the inclinometer according to the invention; FIGS. 7 and 8 show replacement diagrams of the brag circuits of FIG. 6; Fig. 9 represents an embodiment of the display device used with the inclinometer; Fig. 10 shows a processing circuit used in the slope display device according to the invention.

De in fig. 1 getoonde hellingmeter bestaat in principe uit een bolvormige spleet 1 die gedeeltelijk met een elektrisch geleidende vloeistof 2 (bijvoorbeeld kwik) is gevuld. Door de bol- -jq vorm neemt het kwik daarbij een cirkelvormige begrenzing tussen de spleetwanden aan. De spleet 1 wordt gevormd door een bolvormig en convexvormig lichaam 3 en een concaafvormig lichaam 4« Het holle oppervlak van het lichaam 4 heeft een kromtestraal R2 en het complementaire oppervlak van het lichaam 3 sun kromtestraal 51, waarbij 52 enigszins groter is dan 51. De niet getoonde middelpunten van beide kromtestralen vallen samen. De beide lichamen 3 en 4 zijn cilindervormig en passen cilindervormig in elkaar, zodat de spleet cirkelvormig begrensd wordt door de be-grenzingswand 5· 20 ïïit fig, 2 blijkt, dat een vierkant patroon op het bolopper-vlak van lichaam 3 is aangebracht. Deze kontaktbanen in een vierkant patroon, waarvan de zijden bijvoorbeeld in de 5Z-rich-ting c.q,. de 0-W richting liggen, kunnen o.a. worden verkregen door kontaktpennen 6 (bijvoorbeeld van platina in verband met de 25 onoplosbaarheid ervan in kwik) in lichaam 3 aan te brengen en deze buiten de spleet 1 aan de bovenzijde van het lichaam 3 door te verbinden met geleiders 7* Tussen de op zodanige wijze verkregen evenwijdige puntvormige kontaktbanen worden tussen de opeenvolgende banen weerstanden 8 aangebracht. 30The inclinometer shown in Fig. 1 basically consists of a spherical slit 1 which is partially filled with an electrically conductive liquid 2 (for example mercury). Due to the spherical shape, the mercury assumes a circular boundary between the slit walls. The gap 1 is formed by a spherical and convex-shaped body 3 and a concave-shaped body 4. The hollow surface of the body 4 has a radius of curvature R2 and the complementary surface of the body 3 has a radius of curvature 51, 52 being slightly greater than 51. The centers of the two radii of curvature (not shown) coincide. The two bodies 3 and 4 are cylindrical and fit in a cylindrical manner, so that the gap is bounded in a circular manner by the boundary wall 520, as shown in Fig. 2, that a square pattern is arranged on the spherical surface of body 3. These contact paths in a square pattern, the sides of which, for example, in the 5Z direction or. the 0-W direction can be obtained, inter alia, by arranging contact pins 6 (for example of platinum in connection with its insolubility in mercury) in body 3 and connecting them outside the gap 1 at the top of the body 3 with conductors 7 * Resistors 8 are arranged between the successive paths between the parallel pointed contact paths obtained in this way. 30

In het midden is een kontaktbaan 9 aangebracht, die als middenkontakt dienst doet en die steeds met het kwik in aanraking moet zijn, onafhankelijk van de stand van de hellingmeter binnen zijn meetbereik.A contact path 9 is provided in the center, which serves as a center contact and which must always be in contact with the mercury, irrespective of the position of the inclinometer within its measuring range.

Het is duidelijk, dat het samenstel van banen en weerstanden 35 ook op het lichaam 4 kan worden aangebracht.It is clear that the assembly of tracks and resistors 35 can also be applied to the body 4.

7906561 V % 67906561 V% 6

De weerstanden 8 vormen een weerstandsketen waarvan de uiteinden A en B en het midden 0 van buitenaf toegankelijk zijn.The resistors 8 form a resistance circuit whose ends A and B and the center 0 are accessible from the outside.

De spieetvormige ruimte 1 voor de kwikdruppel heeft het voordeel, dat een geringe hoeveelheid kwik nodig is.The spatial space 1 for the mercury droplet has the advantage that a small amount of mercury is required.

In plaats van de kontaktbaan 9 kan ook een puntvormig mid-denkontakt in het midden van de spleet worden toegepast, echter heeft de kontaktbaan 9 als middenkontakt het voordeel, dat daardoor ook de hoeveelheid benodigde kwik gering kan worden gehouden.Instead of the contact path 9, it is also possible to use a point-shaped mid-think contact in the center of the gap, however, the contact path 9 has the advantage of being a medium contact, so that the amount of mercury required can also be kept small.

De elektrische detektie van de positie van het kwik ten opzichte van de kontaktbanen kan op verschillende wijzen plaats vinden. Een bij voorkeur toe te passen uitvoeringsvorm is in fig. 6 getoond.The electrical detection of the position of the mercury relative to the contact paths can take place in various ways. A preferred embodiment is shown in Fig. 6.

De weerstandenreeks AOB en A’OB' die bestaan uit de weerstanden 8 vormen zoals reeds hierboven is gesteld een spannings-deler die in een brugschakeling is opg'enomen. De ene brugtak wordt gevormd door ~ 2n-weerstanden 8 waarbij n het aantal koritaktbanen 9 in één "wind"-richting voorstelt, terwijl de andere brugtak wordt gevormd door weerstanden 10. Zoals later zal worden toegelicht moet de weerstand 10 groot zijn ten op-, zichte van de weerstandswaarde van n in serie geschakelde weerstanden 8, ten einde een lineair verband te bereiken.The series of resistors AOB and AOB consisting of the resistors 8, as stated above, form a voltage divider which is included in a bridge circuit. One bridge branch is formed by ~ 2n resistors 8 where n represents the number of koritakt paths 9 in one "wind" direction, while the other bridge branch is formed by resistors 10. As will be explained later, the resistor 10 must be large , view of the resistance value of n series-connected resistors 8, in order to achieve a linear relationship.

De brugschakelingen worden gevoed -uit een spanningsbron É resp, EM via een eveneens grote weerstand 11, .d.w.z. groot ten opzichte van de n in serie geschakelde weerstanden 8. Hierdoor wordt op voordelig wijze de brug met een redelijk konstante stroom gevoed. De voeding kan ook uit een afwijkend opgebouwde kontante stroombron geschieden.The bridge circuits are supplied from a voltage source E or EM via a likewise large resistor 11, i.e. large relative to the n series connected resistors 8. This advantageously feeds the bridge with a reasonably constant current. The power supply can also be provided from a differently constructed cash current source.

De uitgangsspanning tussen C en 0 resp. C' en 0 is nu een maat voor de positie van het kwik in de 0-W resp. N-Z richting. In dit verband wordt opgemerkt, dat afhankelijk van de richting en de grootte van de helling in het'algemeen een ongelijk aantal kontaktbanen met de centrale kontaktbaan wordt kortgesloten.The output voltage between C and 0 resp. C 'and 0 is now a measure of the position of the mercury in the 0-W resp. N-Z direction. In this connection, it should be noted that, depending on the direction and magnitude of the slope, an uneven number of contact paths is generally short-circuited with the central contact path.

Wel is het zo, dat slechts in één richting van een bepaalde kontaktenserie de kontakten worden kortgesloten. De spanningen tussen de punten C en 0 resp. C' en C zijn dus afhankelijk van φ 7906561 \ & * 7 het aantal kortgesloten "banen en daartussen opgenomen weerstanden 8.It is true that the contacts are only shorted in one direction of a certain series of contacts. The voltages between points C and 0 resp. Thus, C 'and C depend on φ 7906561 \ & * 7 the number of short-circuited "tracks and resistors included between them 8.

Omdat de uitgangen van de brugschakelingen een gemeenschappelijk punt 0 hebben, moeten de voedingen van de beide brugscha-kelingen gescheiden zyn. ^Since the outputs of the bridge circuits have a common point 0, the power supplies of the two bridge circuits must be separate. ^

De werking van de hellingmeter is als volgt:The inclinometer works as follows:

Wanneer het ondervlak 12 van het lichaam 4 zuiver horizontaal staat, is de oirkelvormige begrenzing 13 van het kwik 2 concentrisch gesitueerd ten opzichte van de cirkelvormige begrenzing 5 van de spleet. Dit is het duidelijkst in fig. 3 ge- 10 toond.When the bottom surface 12 of the body 4 is purely horizontal, the circle-shaped boundary 13 of the mercury 2 is situated concentrically with respect to the circular boundary 5 of the slit. This is most clearly shown in Fig. 3.

Maakt het ondervlak 12 van het lichaam 4 een hoek cC met het horizontale vlak, dan verschuift de cirkelvormige begrenzing 13 van het kwik 2 in de bolvormige spleet 1 ten opzichte van de cirkelvormige begrenzing 5 van de spleet. De hellende stand 15 van de hellingmeter is in fig. 4 getoond.If the bottom surface 12 of the body 4 forms an angle cC with the horizontal plane, the circular boundary 13 of the mercury 2 shifts in the spherical slit 1 relative to the circular boundary 5 of the slit. The inclined position 15 of the inclinometer is shown in Fig. 4.

De excentriciteit van de cirkelvormige begrenzing 13 van het kwik 2 ten opzichte van de cirkelvormige begrenzing 5 van de spleet is een maat voor de hoek die het ondervlak 12 ten opzichte van een horizontaal vlak inneemt. 20The eccentricity of the circular boundary 13 of the mercury 2 relative to the circular boundary 5 of the slit is a measure of the angle that the bottom surface 12 occupies with respect to a horizontal plane. 20

De resterende ruimte van de spleet kan zijn gevuld met lucht of een inert gas (bijv, stikstof) ter voorkoming van oxidatie.The remaining space of the gap can be filled with air or an inert gas (e.g., nitrogen) to prevent oxidation.

By voorkeur kan de resterende ruimte gevuld zijn met een elektrisch isolerende viskose vloeistof ter verkrijging van een demping van de beweging van de kwikdruppel. 25Preferably, the remaining space can be filled with an electrically insulating viscous liquid to damp the movement of the mercury drop. 25

De richting van hoek oC is onbepaald. Deze kan liggen in een N-Z-vlak of in een 0-W-vlak of willekeurig in een ander vlak.The direction of angle oC is indefinite. It can be in an N-Z plane or in a 0-W plane or arbitrarily in another plane.

By een zekere helling 06 kan dus de positie van het kwik nog rotatorisch in de spleet zijn gesitueerd afhankelijk van de richting van de hellingshoek oC . Deze hellingshoek kan echter ont- 30 bonden worden in een hoek in een vertikaal N-Z-vlak en een hoek in een vertikaal 0-W-vlak zoals is getoond in fig. 5· bit fig. 5 blijkt, dat tgoC = —; tgy3*jr en tg^r—, zodat het verband tussen de hellingshoek cL in een willekeurige richting en de ontbonden hoeken^ en^ in 2?espektievelyk het vertikale ST-Z- en het verti- 35 kale 0-W-vlak is: 7906561 » 8 tgd = Vtg2/3 + tg2^ .Thus, by a certain slope 06, the position of the mercury can still be situated rotatably in the gap depending on the direction of the angle of inclination oC. However, this angle of inclination can be decomposed at an angle in a vertical N-Z plane and an angle in a vertical 0-W plane as shown in FIG. 5. FIG. 5 shows that tgoC = -; tgy3 * yr and tg ^ r—, so that the relationship between the angle of inclination cL in any direction and the decomposed angles ^ and ^ in 2? espektievelyk is the vertical ST-Z plane and the vertical 0-W plane: 7906561 »8 tgd = Vtg2 / 3 + tg2 ^.

Yoor kleine hoeken geldt dan by benadering: σί = V/3 ^ 2.For small angles then holds by approximation: σί = V / 3 ^ 2.

Yoor de richting ci van de hellingshoek oC geldt daar tg S = £, dat tg 6 is of bij een kleine hoek cL \ tg b = — 5 (tgJ / X, daar J een grote hoek kan zijn).For the direction ci of the angle of inclination oC it holds that tg S = £, that tg is 6 or at a small angle cL \ tg b = - 5 (tgJ / X, since J can be a large angle).

De uitvinding gaat uit van het principe de grootte van b en c te detekteren en wel langs elektrische weg, zodat de helling op afstand kan worden bepaald. Daartoe wordt de positie van het kwik bepaald door de raaklijn te bepalen aan de cirkel- 10 vormige begrenzing 13 van het kwik en wel de raaklijn in N-Z -richting en de raaklyn in O-W-richting.The invention is based on the principle of detecting the magnitudes of b and c by electrical means, so that the slope can be determined at a distance. For this purpose, the position of the mercury is determined by determining the tangent line to the circular boundary 13 of the mercury, namely the tangent line in N-Z direction and the tangent line in O-W direction.

Maakt de hellingmeter een bepaalde hoek met het horizontale vlak, dan zullen een aantal kontaktpennen 6 met de centrale kontaktpennenbaan 9 worden doorverbonden door de verplaatste 15 kwikdruppel. Dit aantal neemt toe naarmate de hoek in een 0-W- c.q. N-Z-richting groter wordt. Hierdoor neemt de weerstand tussen de punten A en 0 van de schakeling volgens figuur 6 af,, of tussen de schakelingspunten B en 0, naarmate de hoek toeneemt.If the inclinometer makes a certain angle with the horizontal plane, a number of contact pins 6 will be connected to the central contact pin track 9 by the displaced mercury drop. This number increases as the angle increases in a 0-W or N-Z direction. As a result, the resistance between points A and 0 of the circuit shown in Figure 6 decreases, or between circuit points B and 0, as the angle increases.

Op reeds beschreven wijze is een weerstandenreeks AOB aanwezig 20 voor de O-W-richting en een weerstandenreeks A'o ï' in de U- Z richting (zie ook fig. 2, waarbij B' niet is getoond maar spie-gelsymmetrisch ten opzichte van A' moet worden gedacht, daar slechts het bovenaanzicht van de halve hellingmeter is getekend).In a manner already described, a resistance series AOB is present for the EW direction and a resistance series A'o ï 'in the U-Z direction (see also Fig. 2, where B' is not shown but mirror symmetrical with respect to A (since the top view of the half-inclinometer is drawn only).

De beide weerstandsreeksen bezitten door de gegeven opbouw een 25 gemeenschappelijk punt 0. Deze weerstandsreeksen vormen een span-ningsdeler waarvan de deelfaktor wordt bepaald door het aantal kortgesloten banen, welk aantal weer afhankelijk is van de positie van het kwik.The two resistance series have a common point 0 due to the given structure. These resistance series form a voltage divider, the division factor of which is determined by the number of short-circuited paths, which number again depends on the position of the mercury.

Het verband tussen de uitgangsspanning van de brugschake- 50 ling en de positie van het kwik is als volgt af te leiden.The relationship between the output voltage of the bridge circuit and the position of the mercury can be derived as follows.

In fig. 7 en 8 is een vervang^ingsschema van één van de brugschakelingen getoond, waarbij fig. 7 bet geval weergeeft, waarin het bovenste deel van de weerstandsketen m kortgesloten weerstanden van de waarde ·£ heeft, welk bovenste deel is opge- 35 .. bouwd uit totaal n weerstanden 8 (elk gelijk aan Έ), terwijl fig.Figures 7 and 8 show a replacement diagram of one of the bridge circuits, Figure 7 illustrating the case in which the upper part of the resistor circuit m has short-circuited resistors of the value £ which is upper part. .. built from a total of n resistors 8 (each equal to Έ), while fig.

7906561 4» ~ 9 8 geldt voor het geval dat het onderste deel van de weerstands-keten m kortgesloten weerstanden heeft.7906561 4 ~ 9 8 applies in case the lower part of the resistance chain m has short-circuited resistors.

Yoor fig. 7 geldt: fo = n R - r__ = m Y (2n-m) R 2r 2(2n-m)For fig. 7 the following applies: fo = n R - r__ = m Y (2n-m) R 2r 2 (2n-m)

Yoor fig. 8 geldt: _o = fn-m) R - r_ = - m Y (2n-m) R 2r 2j2n-m)For fig. 8 holds: _o = fn-m) R - r_ = - m Y (2n-m) R 2r 2j2n-m)

Boor m negatief te stellen wanneer de onderste keten gedeel- ^ telijk of geheel wordt kortgesloten, zijn de vergelijkingen die voor fig. 6 en fig. 7 gelden gelijk.To set m negative when the bottom circuit is partially or completely shorted, the equations that apply to FIG. 6 and FIG. 7 are the same.

Toorts geldt: T = I f; fT en dus _ m 2(2n-m) rR I, of eo ” 2(2n-m) ' 2r + (2n-m)R 10Torch holds: T = I f; fT and thus _ m 2 (2n-m) rR I, or eo ”2 (2n-m) '2r + (2n-m) R 10

_ m g R Im g R I

eo - 2r + (2n-m) R.eo - 2r + (2n-m) R.

Yoor (2n-m) R <C<2r wordt dit benaderd door: e = 1/2 m R I.Yoor (2n-m) R <C <2r this is approximated by: e = 1/2 m R I.

o 'o '

Indien alle weerstanden 8 eenzelfde weerstand R hebben en j,5 de stroom I konstant is, is eQ evenredig met m en dus een maat voor het aantal kortgesloten weerstanden.If all resistors 8 have the same resistor R and j, 5 the current I is constant, eQ is proportional to m and thus a measure of the number of short-circuited resistors.

Bijvoorbeeld kan men de volgende waarden kiezen: R = 10 -ft· ï n = 20; R = 5 ·000Si-· en I = 1 mAmp.For example, one can choose the following values: R = 10 -ft · n = 20; R = 5,000Si- and I = 1 mAmp.

Ban geldt (2n-m) R = 4O-2Ü 10-&of maximaal 400-Then vol- 20 doende klein ten opzichte van 2r = 10.000 -Π-.Ban holds (2n-m) R = 4O-2Ü 10- & or a maximum of 400-Then sufficiently small compared to 2r = 10,000 -Π-.

Sa substitutie in formule 6 volgt: éQ = 5m mY en per kortgesloten baan bedraagt eQ 5 aY·Sa substitution in formula 6 follows: éQ = 5m mY and per shorted track eQ is 5 aY

Indien voor de waarde van de weerstand 11 10.000-Λ is gekozen, is I circa 1 mAmp., wanneer E resp. E' gelijk is aan 25 10 Y. (Be brugweerstand die in dit geval maximaal 400 Λ kan zijn^is te verwaarlozen ten opzichte van deze lO.OOOJl.).If the value of the resistor 11 10,000-Λ is chosen, I is approximately 1 mAmp., When E resp. E 'is equal to 25 10 Y. (The bridge resistance, which in this case can be a maximum of 400 is, is negligible compared to this 10.OOOJl.).

In de in de figuren 1 en 2 getoonde uitvoeringsvorm zijn de kontaktbanen opgebouwd uit de uiteinden van door het bolopper-vlak van het lichaam 3 uitstekende pennen 6. Be kontaktbanen 30 kunnen echter ook bestaan uit rechtstreeks opgedampte of ge-etste kontaktbanen volgens een vierkant patroon zoals aangegeven in fig. 4 op de bol van lichaam 3· Beze uitvoeringsvorm is bijzonder geschikt voor een seriefabricage van de hellingmeter.In the embodiment shown in Figures 1 and 2, the contact paths are built up from the ends of pins 6 protruding through the spherical surface of the body 3. However, the contact paths 30 may also consist of directly vapor-deposited or etched contact paths according to a square pattern as shown in fig. 4 on the sphere of body 3 · This embodiment is particularly suitable for series production of the inclinometer.

Yoorts is het ook mogelijk de kontaktbanen zowel puntvormig als 35 continu voor de ene richting bijvoorbeeld N-Z-riehting op het bolle /906561 V *% 10 oppervlak van het lichaam 3 aan te brengen en voor de andere richting bijvoorbeeld O-W-richting op het holle oppervlak van het lichaam 4· Hierdoor kunnen de banen verder doorlopen zonder elektrisch kontakt met elkaar te maken.It is also possible to apply the contact paths both pointed and continuous for one direction, for example NZ direction, on the convex surface of the body 3, for example, and for the other direction, for example EW direction, on the concave surface. of the body 4 · This allows the tracks to continue without making electrical contact with each other.

De kontaktbanen kunnen voorts worden gevormd door draden, 5 die in bijbehorende groeven in het bolle oppervlak van het lichaam 3 zijn gelegd, welke draden via doorvoergeleiders met de weerstanden 8 zijn verbonden.The contact paths can further be formed by wires 5 which are laid in associated grooves in the convex surface of the body 3, which wires are connected to the resistors 8 via lead-through conductors.

Volgens een bijzonder doelmatige uitvoeringsvorm van de uitvinding is weerstandsmateriaal aangebracht tussen de opge- 10 dampte of geëtste kontaktbanen, waarbij werkwijzen uit de micro-elektronika kunnen worden toegepast. Door deze maatregel wordt de voor de weerstanden benodigde ruimte zeer klein gehouden.According to a particularly effective embodiment of the invention, resistive material is arranged between the vapor-deposited or etched contact paths, whereby methods from the microelectronics can be used. This measure keeps the space required for the resistors very small.

Het weerstandsmateriaal is voorzien van een isolerende laag, of kan zich buiten de bolvormige spleet 1 bevinden, waarbij door- 1$ voergeleiders aanwezig zijn voor de verbinding van weerstandsmateriaal en kontaktbanen.The resistive material is provided with an insulating layer, or it may be outside the spherical slit 1, with lead-through conductors for connecting resistive material and contact paths.

Volgens de uitvinding wordt de hellingshoek stapsgewijze bepaald, welke echter voor vele doeleinden niet storend is, indien de afstand tussen de kontaktbanen voldoende klein wordt 20 gehouden. Het grote voordeel van de beschreven hellingmeter is daarin gelegen, dat geen bewegende onderdelen aanwezig zijn, waardoor de levensduur praktisch gesproken onbegrensd is.According to the invention, the angle of inclination is determined step by step, which, however, is not disturbing for many purposes if the distance between the contact paths is kept sufficiently small. The great advantage of the described inclinometer lies in the fact that no moving parts are present, so that the service life is practically unlimited.

Vanzelfsprekend zijn de lichamen 3 en 4 "ten minste aan het aan de spleet grenzende oppervlak vervaardigd van elektrisch 25 isolerend materiaal. De kontaktbanen voor de U-Z-richting c.q. de O-W-richting mogen elkaar op de hoekpunten van het vierkant patroon niet raken, wat bij scheiding van de kontaktbanen over de beide spleetoppervlakken gemakkelijk kan worden bereikt. Door deze scheiding kunnen de banen ook verder doorlopen. 30Obviously, the bodies 3 and 4 "are made at least on the surface adjacent to the gap of electrically insulating material. The contact paths for the UZ direction or the EW direction must not touch each other at the vertices of the square pattern, which separation of the contact paths over the two slit surfaces can be easily achieved, which means that the paths can also continue to run.

In maritieme toepassingen is het dikwijls voldoende om de grootheden b en c (fig. 5) weer te geven, zodat de spanningen tussen de punten C en 0 respectievelijk C' en 0 rechtstreeks kunnen worden toegevoerd aan een weergeefinrichting. Indien een weergave van de hellingd en de richting ó vereist is, moeten 35 7906561 ^ s 11 de genoemde spanningen eerst worden verwerkt.In maritime applications it is often sufficient to display the quantities b and c (Fig. 5), so that the voltages between points C and 0 and C 'and 0 can be applied directly to a display device. If an indication of the slope and the direction ó is required, the aforementioned stresses must first be processed.

De spanning tussen de punten C en 0 respektievelijk CO (zie fig. 6) kunnen op diverse wijzen worden verwerkt in een in de weergeefinrichting aanwezige verwerkingsschakeling.The voltage between points C and 0 and CO, respectively (see Fig. 6), can be processed in various ways in a processing circuit present in the display device.

Allereerst kan men de genoemde spanningen met behulp van 5 aanwijsinstrumenten (eventueel digitaal) weergeven en daarop de hierboven beschreven rekenkundige bewerkingen toepassen voor het verkrijgen van de hoeken ci- en <$ .First of all, the said voltages can be displayed with the aid of 5 indicating instruments (possibly digital) and the arithmetic operations described above can then be applied to obtain the angles c i and <$.

In fig. 9 is een uitvoeringsvorm getoond, waarbij gebruik wordt gemaakt van een oscilloscoop 14· 10Fig. 9 shows an embodiment using an oscilloscope 14 · 10

Ha versterking in de versterker 15 wordt de spanning over de schakelingspunten C en 0 (zie fig. 6) toegevoerd aan de horizontale afbuigplaten 17 van de oscilloscoop, terwijl de spanning over de schakelingspunten C’ en 0 via de versterker 16 wordt toegevoerd aan de vertikale afbuigplaten 18 van genoemde oscillos- 15 coop 14· Hierbij geeft de lichtvlek 30 op het scherm van de oscilloscoop 14 de grootte (als afstand tot het midden van het scherm) en de richting (hoek tussen vertikaal en verbindingslijn van de lichtvlek en het midden) van de helling aan. Het oscilloscoop-scherm kan worden voorzien van cirkels en radialen om deze hel- 20 lingshoek en de daarbij behorende richting weer te geven.After amplification in the amplifier 15, the voltage across the circuit points C and 0 (see FIG. 6) is applied to the horizontal deflection plates 17 of the oscilloscope, while the voltage across the circuit points C 'and 0 is supplied through the amplifier 16 to the vertical deflection plates 18 of said oscilloscope 14 · Here the light spot 30 on the screen of the oscilloscope 14 gives the size (as distance from the center of the screen) and the direction (angle between vertical and connecting line of the light spot and the center) down the slope. The oscilloscope screen can be provided with circles and radians to display this angle of inclination and the associated direction.

De genoemde uitgangssignalen van de brugschakelingen kunnen ook worden toegevoerd aan een analoge rekenschakeling, zodat direkt de richting 0 en de grootte cl afleesbaar zijn. Een uitvoeringsvorm van een dergelijke rekenschakeling is in fig, 10 25 getoond. Allereerst worden de signalen eQen e*Q die een maat zijn voor jf respektievelijk j/3 in de eenheden 19 en 20 omgevormd tot signalen die evenredig zijn met tg en tg fö en vervolgens in de eenheden 21 en 22 gekwadrateerd. De uitgangssignalen van de eenheden 21 en 22 worden opgeteld in de opteleenheid 23· Het uit- 30 gangssignaal van de eenheid 23 wordt achtereenvolgens onderworpen aan een bewerking van worteltrekken en van boog tangens in de respektievelijke eenheden 24 en 25·De uitgangssignalen van 7906561 ?· % 12 de eenheden 19 en 20 kunnen op elkaar worden gedeeld, waarna de hoog tangens wordt bepaald. Aldus worden de gewenste signalen oL en 6 verkregen.The said output signals of the bridge circuits can also be applied to an analog calculation circuit, so that the direction 0 and the magnitude cl can be read directly. An embodiment of such a calculation circuit is shown in Fig. 10. First, the signals eQ and e * Q which are a measure of jf and j / 3 in units 19 and 20 are converted into signals proportional to tg and tg f0 and then squared in units 21 and 22. The output signals of the units 21 and 22 are added in the adder unit 23 · The output signal of the unit 23 is successively subjected to a root drawing and arc tangent operation in the respective units 24 and 25 · The output signals of 7906561? % 12 units 19 and 20 can be divided on top of each other, after which the high tangent is determined. The desired signals 0L and 6 are thus obtained.

De genoemde eenheden kunnen analoge of digitale rekeneenheden zijn. cjThe units mentioned may be analog or digital computing units. cj

Doordat bij bovengenoemde deling de waarde oneindig kan bereiken, kan daarvoor in de plaats beter de cotangens worden bepaald, zodat een terugkoppeling nodig is om deze commutatie tot stand te brengen. De laatste mogelijkheid is aanwezig door toepassing van de eenheden 26, 27 en 28. 10Since the value can reach infinite in the above division, it is better to determine the cotangent instead, so that feedback is necessary to effectuate this commutation. The latter possibility is present by using units 26, 27 and 28. 10

Bij kleine waarde van β en kan de tangens-bewerking achterwege blijven.At a small value of β and the tangent operation can be omitted.

De hierboven beschreven vektoriële optelling kan rechtstreeks plaats vinden door de brugschakelingen te voeden met een wisselstroom, De uitgangssignalen van de brugschakelingen worden 15 daarna toegevoerd aan de optelschakeling 23.The above-described vector addition can take place directly by supplying the bridge circuits with an alternating current. The output signals of the bridge circuits are then applied to the adding circuit 23.

De beschreven methode voor het bepalen van de signalen oL en 6 is niet zo eenvoudig en kan derhalve beter worden uitgevoerd met behulp van een mikrocomputer die geheel is voorgeprogrammeerd en die voorzien is van analoog-digitaal omzettende 20 randapparatuur.The method described for determining the signals 0L and 6 is not so simple and can therefore be better performed with the aid of a microcomputer which is fully pre-programmed and which is provided with analog-digital converting peripherals.

Het is duidelijk dat met de moderne elektronika nog meer schakelingen denkbaar zijn, waarbij o.a. gebruik wordt gemaakt van het feit dat de opbouw van de uitgangsspanningen van de brugschakelingen stapsgewijze gaat en dus daardoor al een digi- 25 tale informatie aanwezig is welke gemakkelijk geschikt kan worden gemaakt voor digitale verwerking in een (mikro)-computer.It is clear that even more circuits are conceivable with modern electronics, whereby use is made, inter alia, of the fact that the build-up of the output voltages of the bridge circuits is step-by-step and thus therefore already contains digital information which can easily be arranged. made for digital processing in a (micro) computer.

De hierboven beschreven uitvoeringsvorm van de hellingmeter maakt gebruik van een vierkant patroon van elektrisch geleidende banen gezien in bovenaanzicht. Bij meting van grote hoeken kan 30 het in de praktijk eventueel noodzakelijk zijn de kontaktbanen enigszins afwijkend van een rechte lijn aan te brengen.The inclinometer embodiment described above utilizes a square pattern of electrically conductive paths viewed in plan view. When measuring large angles, it may in practice possibly be necessary to arrange the contact paths slightly deviating from a straight line.

79065617906561

Claims

1. Inclinometer consisting of a body with a hollow surface of electrically insulating material, the hollow space of which is bounded by the hollow surface is closed by a lid and is partly filled with an electrically conductive liquid (eg mercury) which, depending on the slope of the body is freely movable along the hollow surface and has a circular boundary, electrically conductive paths being present on the hollow surface of the body, which form part of at least two detectors that determine the position of the liquid by short-circuiting supply two or more tracks and, depending on the position, signals to a display device which gives an indication of the magnitude of the inclination angle of the body relative to the horizontal plane and of at least one particular direction of the inclination, characterized in that the first detector outputs a signal which is a measure of the position of the in a given first direction (N-Z) tangent to the boundary of the liquid furthest from the center of the hollow surface; that the second detector outputs a signal which is a measure of the position of the tangent to said boundary, which extends in a direction (0-W) perpendicular to the first direction and which is furthest from the center of the hollow surface is located; and that the signals are applied to the display.

2. Inclinometer according to claim 1, characterized in that the electrically conductive paths of the detectors are parallel, mutually spaced, substantially straight paths, the paths of the first detector being perpendicular to those of the second detector and make no contact with each other; in each case two adjacent tracks 50 are mutually connected by a resistor; and that there is a common central center contact, which is connected to the inner tracks via resistors and which always remains in contact with the conductive liquid, so that the resistors of each detector form a voltage divider, the partial factor of which is determined by the divider. position of the liquid.

3. Inclinometer according to claim 2, characterized in that each path is formed by electrically conductive pins which extend through the hollow surface into the hollow space and which are interconnected outside the hollow space.

Inclinometer according to claim 2, characterized in that the webs are vapor-deposited or etched on the hollow surface according to the desired configuration.

5. Inclinometer according to claim 4, not characterized in that resistance material is arranged between the strips on the hollow surface by means of, for example, vapor deposition or the like.

Inclinometer according to any one of claims 2 to 5, characterized in that each voltage divider forms one branch of a bridge circuit, in the other branch of which another voltage divider with predetermined partial factor is included, wherein at the connection points of the voltage dividers a power source is connected and the display device is connected between the tap points of the voltage dividers. 20

Tachometer according to claim 6, characterized in that the resistance of the voltage divider with predetermined partial factor is much greater than (2n - m) times the individual resistance of the variable voltage divider, where n is the number of individual resistances applied and m the number of 25 shorted individual resistors.

An inclinometer according to any one of the preceding claims, characterized in that the cavity surface of the cavity lid facing towards it has a convex surface such that a gap is formed between said surface and the hollow surface of the body. is being formed.

Inclinometer according to claim 8, characterized in that the remaining space of the gap is filled with an electrically insulating viscose liquid which dampens the movement of the electrically conductive liquid and does not mix with it, 7906561

10. Selling meter according to claim 8 or 9, characterized in that the conductive paths for one direction are on the concave surface and the conductive paths for the other direction are on the convex surface. 7906561