RU1810754C - Датчик угла наклона - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к приборостроению . С целью повышени  функциональных возможностей устройство содержит трубку 1 в виде конуса с установленным в ней шариком 2 и измерителем его положени  5. Источник сжатого воздуха 4 через стабилизатор расхода 3 соединен с узким концом трубки и через редуктор давлени  11, дроссель 12 - с интегратором 7 и измерителем положени  шарика 5, выполненным в виде треугольного выреза в трубке 1. Выход интегратора 7 соединен с управл ющим входом стабилизатора расхода сжатого воздуха 3 и через блок линеаризации 9 - с входом регистратора 10. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Исобретение относитс  к приборостроению и может быть использовано в измерительных блоках .робототехнических комплексов.

Цель изобретени  - повышение точности и расширение функциональных возможностей , за счет умножени  габаритов.

На фиг. 1 изображен предлагаемый датчик; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - блок линеаризации; на фиг. 4 - блок нелинейных функций.

Датчик содержит профилированную коническую трубку 1 с размещенным в ней шариком 2. Первый конец трубки 1 соединен со стабилизатором 3 расхода сжатого воздуха, вход которого соединен с источником 4 сжатого воздуха. Второй конец трубки 1 соединен с атмосферой, при этом оба конца трубки 1 снабжены ограничител ми, предназначенными дл  исключени  выпадени  шарика 2 из трубки 1. Дл  определени  положени  шарика 2 используетс  датчик положени  5, выходной канал 6 которого соединен через интегратор 7 с управл ющим входом 8 стабилизатора 3, а также через блок линеаризации 9 с регистратором 10.

Датчик положени  5 выполнен в виде последовательно соединенных с источником 4 сжатого воздуха через редуктор давлени  11 дроссел  12 и сопла 13 с треугольным профилем отверсти  (см, фиг, 2). объем 14 между которыми св зан с выходным каналом б, что позвол ет использовать общий со стабилизатором 3 источник питани  и обеспечить дополнительную стабилизацию шарика 2 струей, обтекающей шаркк в перпендикул рном его движению направлении.

Блок линеаризации 9 выполнен в виде первого квадратора 15, вход которого св зан с выходным каналом интегратора 7, а выход - с первым входом 16 первого блока умножени  17, выход которого соединен со входом блока 18 нелинейных функций. Выход блока 18 соединен через первый вход 19 второго блока умножени  20 с регистратором 10. Вторые входы 21 и 22 блокоа 17 и 20 соединены соответственно с выходами первого и второго задатчиков 23 и 24, задающих посто нные коэффициенты.

Блок 18 нелинейных функций выполнен в виде второго квадратора 25, вход которого св зан с выходом первого блока умножени  17, а выход - с входами 26 и 27 третьего 28 и четвертого 29 блока умножени . Первый вход 30 четвертого блока умножени  28 также св зан с выходом первого блока умножени  17, а второй вход 31 четвертого блока умножени  29 - с выходом третьего блока

умножени  28, который также соединен со вторым входом 32 п того блока умножени  33. Первый вход 34 п того блока умножени  33 соединен с третьим задатчиком 35 коэффициента 1 /6, а выход - с первым входом 36 сумматора 37, второй вход 38 сумматора 37 соединен с выходом первого блока умножени  17, а третий вход 39 - с выходом шестого блока умножени  40. Первый вход 41 шестого блока умножени  40 соединен с выходом четвертого блока умножени  29, а второй вход 42 - с четвертым задатчиком 43 коэффициента 3/40. Выход сумматора 37 соединен с первым входом 19 второго блока

умножени  20.

Датчик работает следующим образом. При установке трубки 1 на поверхность 44. угол наклона а которой необходимо измерить , включают питание сжатым воздухом через стабилизатор 3. Шарик 2 занимает при этом некоторое положение в трубке 1, которое определ етс  датчиком положени  5. При этом, если шарик 2 расположен ниже (выше) некоторого нулевого положени , за счет отработки сигналов в .линии обратной св зи увеличиваетс  (уменьшаетс ) величина управл ющего сигнала Y на управл ющем входе 8 стабилизатора 3, в результате чего увеличиваетс 

(уменьшаетс ) расход сжатого воздуха через трубку 1 до такой величины, пока шарик 2 не займет требуемое нулевое положение. Под нулевым положением шарика в трубке понимаетс  такое положение шарика , при котором датчик положени  5 имеет условно принимаемый за нуль уровень сигнала . Данное положение шарик занимает всегда в конце переходного процесса при измерении угла наклона а (т.е. соответствующего углу а расхода G).

Этот процесс осуществл етс  путем обработки информации отдатчика 5 при помощи интегратора 7. Так, например, если

шарик 2 располагаетс  ниже нулевого положени , то сигнал от датчика 5 имеет положительный знак (то есть значение большее, чем при положении шарика 2 в нулевом положении ), и в результате интегрировани 

этого сигнала блоком 7 происходит увеличение управл ющего сигнала Y, т.е. увеличение расхода через трубку 1. При расположении шарика 2 выше нулевого положени  сигнал Y уменьшаетс , что приводит к уменьшению расхода. В случае расположени  шарика 2 в нулевом noflq Ke- нии Y const (как интеграл от нул ), что соответствует посто нной величине массового расхода G через трубку 1.

Таким образом, по величине этого расхода (и, соответственно, установившемус  значению величины Y) можно судить о значении угла наклонам . Однако дл  удобства использовани  угломера величина Y преобразуетс  блоком линеаризации 9 в величину Yn, котора  линейно зависит от а,

Yn Kot a,

где К dL. - коэффициент линейности. Величина Yn выводитс  на регистратор 10.

Блок линеаризации 9 составлен из стандартных блоков систем промышленной электро- или пневмоавтоматики. Поступивший с выхода интегратора 7 сигнал Y возводитс  в квадрат (умножением самого значени  Y на себ ) блоком 15 и после дом- ножени  результата (Y2) на коэффициент KG KY от задатчика 23 блоком умножени  17 поступает на вход блока нелинейных функций 18. Блок нелинейных функций 18 реализует функцию Z arcsinZ. После умножени  блоком умножени  20 результата выполнени  этой операции на значение К задаваемое задатчиком 24, получаетс  значение Yn Kpt arcsln(Kc KY Y2), которое поступает на вход регистратора 10.

Поскольку, блок нелинейных функций имеет на пор док большую величину погрешности , чем блоки умножени , суммировани  и задатчики коэффициентов, дл  повышени  точности линейной характеристики при измерении малых углов используетс  в качестве блока нелинейных функций, схема, приведенна  на фиг. 4, составленна  из квадратора 25, блоков умножени  28, 29, 33, 40, задатчиков 35 и 43 и сумматора 37.

Дл  построени  данной схемы использовано известное из литературы разложение функции-arcstnZ в р д.

В этом случае блок нелинейных функций реализует функцию Z Z + Т/6 Z + +3/40 Z5 и работает следующим образом: сигнал Z с выхода блока умножени  17 поступает на в квадратор 25 и блок умножени  28, с выхода которого сигнал Z поступает на вход 32 блока умножени  33 и на вход 31 блока умножени  29, на другой вход 27 которого поступает сигнал Z2 с выхода блока 25. После перемножени  блоком 33 величины Z3 на величину 1/6 от задатчика 35 и блоком 40 величины Z на величину 3/40 от задатчика 43 сигналы 1 /6 Z3 и 3/40 Z5 поступают на соответствующие входы 36 и 39 сумматора 37, еще один вход 38 которого соединен с выходом блока умножени  17. После суммировани  сумматором 37 этих значений на его выходе получаетс  требуемое значение Zl Z + 1 /6 Z3 + 3/40 Z5. которое поступает на вход 19 блока умножени  20 и преобразуетс  далее.

В качестве датчика положени  5 шарика 2 в конструкции угломера может исполь- 5 зеватьс  пневматический датчик, который не требует дополнительных, кроме имеющегос  источника 4, источников питани . Так как шарик 2 занимает разное положение в трубке 1, то и величина перекрыти  им тре0 угольного отверсти  сопла 13 будет различной , за счет чего и величина давлени  в полости 14, св занной со входом 6 интегратора 7, будет различной (большей при нахождении шарика 2 ниже этого нулевого

5 положени ). При такой реализации датчика 5 интегратор 7, а также блок линеаризации 9 могут быть выполнены, например, на базе устройств промышленной пневмоавтоматики , что позвол ет отказатьс  от дорогосто 0 щих элементов электроавтоматики. Кроме того, это позволит располагать все блоки угломера в зонах с повышенным уровнем радиации, а также пожаро- и взрывоопасных зонах, где использование элементов

5 электроавтоматики невозможно.

Claims (3)

1. Датчик угла наклона, содержащий трубку с установленным в ней с возможностью перемещени  шариком, источник и

0 стабилизатор расхода сжатого воздуха, соединенный трубопроводом с первым концом трубки, второй конец которой соединен с атмосферой, и измеритель положени  шарика , отличающийс  тем, что, с целью

5 повышени  точности и расширени  функци-. опальных возможностей, он снабжен редуктором , дросселем, интегратором, блоком линеаризации и регистратором, трубка выполнена конической, измеритель положе0 ни  шарика - в виде треугольного выреза в трубке, выход источника сжатого воздуха по трубопроводу через редуктор и дроссель соединен с треугольным вырезом трубки и входом интегратора, выход которого соеди5 нен с управл ющим входом стабилизатора и через блок линеаризации с входом регистратора .

2. Датчик по п. 1,отличающийс  тем, что блок линеаризации выполнен в ви0 де последовательно соединенных первого квадратора, первого блока умножени , блока нелинейных функций и второго блока ум- ножени , а также первого и второго задатчиков, выходы которых соединены с

5 вторыми входами соответственно первого и второго блоков умножени .

3. Датчик по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й- с   тем, что блок нелинейных функций выполнен в виде последовательно соединенных второго квадратора, третьего и п того блоков умножени  и сумматора, а также третьего и четвертого задатчиков, четвертого и шестого блоков умножени , причем выход первого блока умножени  соединен с входом второго квадратйра, первым входом третьего блока умножени  и вторым входом сумматора, выход второго квадратора соединен с первым входом четвертого блока

умножени , выход третьего блока умножени  через второй вход четвертого блока умножени  - с первым входом шестого блока умножени , выход четвертого задатчика через второй вход шестого блока умножени  соединен с третьим входом сумматора, а выход третьего задатчика - с вторым входом п того блока умножени .

К

15

to

±

Фиг.1

13 2 ак&/11 J -arcSLnz

- V-, ш

брФ-г р

Фиг.З

ФигЛ