RU1827659C - Meter of acceleration and vertical gradient of gravity force - Google Patents

Meter of acceleration and vertical gradient of gravity force

Info

Publication number
RU1827659C
RU1827659C SU914906231A SU4906231A RU1827659C RU 1827659 C RU1827659 C RU 1827659C SU 914906231 A SU914906231 A SU 914906231A SU 4906231 A SU4906231 A SU 4906231A RU 1827659 C RU1827659 C RU 1827659C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
load
meter
force sensor
acceleration
housing
Prior art date
Application number
SU914906231A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Михайлович Субботин
Original Assignee
Пермский политехнический институт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Пермский политехнический институт filed Critical Пермский политехнический институт
Priority to SU914906231A priority Critical patent/RU1827659C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1827659C publication Critical patent/RU1827659C/en

Links

Landscapes

  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

Использование: измерительна  техника , дл  измерени  вертикального градиента и ускорени  силы т жести. Сущность изобретени : чувствительна  система содержит только один груз, который (груз) снабжен траверсой , один конец которой жестко скреплен с грузом через опору, а другой конец подвешен на упругом элементе в виде нитей или торсионов, груз снабжен указателем перемещени , основным датчиком силы и дополнительным датчиком силы, чувствительна  система снабжена устройством перемены мест по высоте. 2 ил.Usage: measuring technique for measuring a vertical gradient and accelerating gravity. SUMMARY OF THE INVENTION: a sensitive system contains only one load, which (the load) is equipped with a traverse, one end of which is rigidly fastened to the load through a support, and the other end is suspended on an elastic element in the form of threads or torsion bars, the load is equipped with a movement indicator, a main force sensor and an additional force sensor, the sensitive system is equipped with a device for changing places in height. 2 ill.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, предназначено дл  измерени  вертикального градиента ускорени  силы т жести Wzz и ускорени  силы т жести д.The invention relates to a measurement technique for measuring a vertical gradient of gravitational acceleration Wzz and gravitational acceleration d.

Целью предлагаемого изобретени   вл етс  повышение точности измерени  вертикального градиента и получение возможности измерени  ускорени  силы т жести , т.е. расширение функциональных возможностей измерител .The aim of the invention is to increase the accuracy of measuring the vertical gradient and to be able to measure the acceleration of gravity, i.e. expanding the functionality of the meter.

На фиг. 1 представлена принципиальна  схема предлагаемого измерител  вертикального градиента и ускорени  силы т жести .In FIG. 1 is a schematic diagram of the proposed vertical gradient and gravity acceleration meter.

Его чувствительна  система содержит только один груз, например, в виде посто нного магнита 1, магнитопровода 2, полюсно- го наконечника 3, который снабжен траверсой 4. Один конец траверсы 4 через опору 5 жестко св зан с грузом, а другой конец подвешен на упругом элементе, например , в виде горизонтально расположенных нитей или торсионов 6,7, закрепленных в корпусе 8. Груз снабжен датчиком перемещени  9, например, индуктивным (или емкостным или растровым фотоэлектрическим первичным преобразователем с разрешающей способностью, равной дес тым дол м микрона. Выход датчика перемещени  9 соединен с указателем перемещени  10, например , в виде амперметра в случае индуктивного датчика перемещени . Груз снабжен основным датчиком силы в виде посто нного магнита 1, магнитопровода 2, полюсного наконечника 3 и обмотки 11 и дополнительным датчиком силы в виде посто нного магнита 1, магнитопровода 2, полюсного наконечника 3 и обмотки 12. Обмотки 11.12 подключены к источнику посто нного тока 13 через устройства изменени  величины питающего тока (или напр жени ), например, в виде переменных сопротивлений 14, 15 и контактным переключателем 16, 17. В цепи обмотки 12 установлен указатель тока 18, по значени м которого определ етс  Wzz (указатель может быть отградуирован сразу в размерности WZz). Груз подвешен также на пружинеIts sensitive system contains only one load, for example, in the form of a permanent magnet 1, a magnetic circuit 2, a pole piece 3, which is equipped with a beam 4. One end of the beam 4 through the support 5 is rigidly connected to the load, and the other end is suspended on an elastic element, for example, in the form of horizontally spaced threads or torsions 6,7, fixed in the housing 8. The load is equipped with a displacement sensor 9, for example, an inductive (or capacitive or raster photoelectric primary converter with a resolution equal to ten to microns. The output of the displacement sensor 9 is connected to the displacement indicator 10, for example, in the form of an ammeter in the case of an inductive displacement sensor. The load is equipped with a main force sensor in the form of a permanent magnet 1, magnetic core 2, pole piece 3 and winding 11 and an additional force sensor in in the form of a permanent magnet 1, a magnetic circuit 2, a pole piece 3 and a winding 12. The windings 11.12 are connected to a constant current source 13 through devices for changing the supply current (or voltage), for example, in the form of variable resistance 14, 15 and a contact switch 16, 17. A current indicator 18 is installed in the winding circuit 12, the value of which determines Wzz (the pointer can be calibrated immediately in the dimension WZz). The load is also suspended on a spring

слcl

сwith

0000

юYu

VJVj

о сл юabout sl u

19, снабженной устройством перемещени  по вертикали ее верхнего конца (на чертеже устройство не показано).19 provided with a vertical displacement device of its upper end (the device is not shown in the drawing).

Корпус 8 цапфой 20 с помощью опоры 21 установлен в штангу 22 устройства перемены мест корпуса 8 с чувствительной системой по высоте. Штанга 22 с помощью цапфы 23 и опоры 24 установлена на подставке 25. На штанге 22 предусмотрен противовес 26 (дл  уравновешивани  корпуса 8 с чувствительной системой).The housing 8 with a pin 20 using the support 21 is installed in the rod 22 of the device for changing the position of the housing 8 with a sensitive height system. The rod 22 is mounted on a stand 25 using a pin 23 and a support 24. A counterweight 26 is provided on the rod 22 (to balance the housing 8 with the sensing system).

Поворотом штанги 22 корпус 8 с чувствительной системой может измен ть свое положение по высоте. Предусмотрены арретиры (не показанные на чертеже) дл  арре- тировани  штанги 22 с корпусом 8 в верхнем и нижнем положени х.By turning the rod 22, the housing 8 with the sensitive system can change its height position. Cages (not shown) are provided for locking the bar 22 with the casing 8 in the upper and lower positions.

Датчик перемещени  9 при изготовлени  (сборке) измерител  устанавливаетс  -в нулевое положение (нулевое показание указател  перемещени  10) при горизонтальном положении траверсы 4.The displacement sensor 9 in the manufacture (assembly) of the meter is set to the zero position (zero indication of the displacement indicator 10) with the horizontal position of the yoke 4.

В рабочем положении измерительна  ось чувствительной системы (ось симметрии груза) располагаетс  по направлению силы т жести.In the operating position, the measuring axis of the sensitive system (axis of symmetry of the load) is located in the direction of gravity.

Корпус 8 герметизируетс  и может ваку- умироватьс . Дл  затухани  колебаний груза предусматриваетс  демпфирование (например, за счет соответствующих зазоров между магнитопроводом 2, наконечником 3 и каркасом 27 обмоток 11, 12 в случае невакуумированного корпуса 8).The housing 8 is sealed and can be evacuated. To attenuate the oscillations of the load, damping is provided (for example, due to the corresponding gaps between the magnetic core 2, the tip 3 and the frame 27 of the windings 11, 12 in the case of an non-vacuum housing 8).

Устройство перемены мест по высоте чувствительной системы может иметь и другое конструктивное оформление, например, перенос корпуса 8 вручную с площадки на одной высоте на площадку другой высоты иThe device for changing places along the height of the sensitive system can have another design, for example, moving the housing 8 manually from the platform at one height to the platform of another height and

др.other

В рассматриваемом примере принципиальной схемы измерител  в качестве груза используетс  посто нный магнит с магнитопроводом , а можно наоборот, магнитопровод с магнитом закрепить на корпусе неподвижно , а в качестве груза подвесить каркас 26 с катушками 11, 12.In the considered example of the schematic diagram of the meter, a permanent magnet with a magnetic circuit is used as a load, or vice versa, a magnetic circuit with a magnet can be fixed to the housing, and the frame 26 with coils 11, 12 can be suspended as a load.

Вместо пружины 19 может использоватьс  и др. упругий элемент, например, в виде поплавка, выступающего над поверхностью жидкости, когда в качестве упругой силы используетс  Архимедова сила и др. Упругий элемент подвеса траверсы 4 может быть выполнен и в виде плоской пружины 28 (см. фиг.2), один конец которой скреплен с траверсой 4, и другой конец - с корпусом 8.Instead of the spring 19, another elastic element can be used, for example, in the form of a float protruding above the surface of the liquid, when the Archimedean force and other elastic forces are used as the elastic force. The elastic element of the traverse 4 suspension can also be made in the form of a flat spring 28 (see figure 2), one end of which is bonded to the traverse 4, and the other end to the housing 8.

Предлагаемый измеритель работает следующим образом.The proposed meter works as follows.

Определение измер емой величины производитс  алгоритмическим методом в два такта измерени .The measurement is determined by the algorithmic method in two measurement steps.

Первый такт. Контактный переключатель 16 замкнут, контактный переключатель 17 разомкнут, корпус 8 с чувствительной системой установлен в верхнее положение.The first beat. The contact switch 16 is closed, the contact switch 17 is open, the housing 8 with the sensitive system is installed in the upper position.

Изменением величины питающего напр жени  обмотки 11 основного датчика силы сопротивлением 14 устанавливаетс  нулевое показание указател  перемещени  10. Окончательна  установка нулевого показани  может производитьс  перемещением верхнего конца пружины 19 микрометрическим винтом (на чертеже не показан).By changing the supply voltage of the winding 11 of the main force sensor with resistance 14, the zero indication of the movement indicator 10 is set. The final zero value can be set by moving the upper end of the spring 19 with a micrometer screw (not shown).

В результате сила т жести груза уравновешиваетс  силой основного датчика силы иAs a result, the gravity of the load is balanced by the force of the main force sensor and

силами механических пружинforces of mechanical springs

mg FAci+ +cs,mg FAci + + cs,

0)0)

где m - масса груза;where m is the mass of the cargo;

g - ускорение силы т жести на уровне центра т жести груза в верхнем положении;g is the acceleration of gravity at the level of the center of gravity of the load in the upper position;

РдС1 - сила основного датчика силы; t - суммарна  углова  жесткость нитейRdS1 - force of the main force sensor; t - total angular stiffness of the threads

6,7;6.7;

р - угол поворота траверсы 4 от нейтрального положени ;p is the angle of rotation of the beam 4 from the neutral position;

I - рассто ние от оси симметрии груза до нитей 6, 7 (см. чертеж);I is the distance from the axis of symmetry of the load to threads 6, 7 (see drawing);

с - линейна  жесткость пружины 19; s - величина раст жени  пружины 19.C is the linear stiffness of the spring 19; s is the tensile value of spring 19.

3535

р arctg -,p arctg -,

(2)(2)

где z - отклонение груза от расчетного нулевого положени  груза (т.е. отклонение от идеального нул  по указателю 10). Так как z«l, то с достаточной точностью можем положитьwhere z is the deviation of the load from the calculated zero position of the load (i.e., the deviation from the ideal zero by pointer 10). Since z «l, we can put with sufficient accuracy

и из (1) и (3) имеемand from (1) and (3) we have

mg FACi+ -J2-+CS, ,mg FACi + -J2- + CS,,

(3)(3)

(4) (5)(4) (5)

55

где В - магнитна  индукци  в зазоре между полюсным наконечником 3 и магнитопроводом 2;where B is the magnetic induction in the gap between the pole piece 3 and the magnetic circuit 2;

LI - длина проводника обмотки 11;LI is the length of the conductor of the winding 11;

и - ток в обмотке 11.and - current in the winding 11.

Второй такт. Корпус 8 с чувствительной системой устанавливаем в нижнее положение . В центре масс груза действует ускорениеThe second beat. Housing 8 with a sensitive system is installed in the lower position. Acceleration acts in the center of mass of the load

g+WzZH,g + WzZH,

(6)(6)

где Н - рассто ние по высоте между верхним и нижним положени ми груза.where H is the height distance between the upper and lower positions of the load.

Под действием силыUnder the influence of force

m(g+WzzH)m (g + WzzH)

происходит перемещение груза, величина z измен етс .the load is moving, the z value is changing.

Контактный переключатель 17 замыкаем и изменением величины питающего напр жени  обмотки 12 дополнительного датчика силы сопротивлением 15 устанавливаем нулевое показание указател  перемещени  10 и к грузу прикладываетс  сила Рдс2 дополнительного датчика силы. В результате имеемWe close the contact switch 17 and change the magnitude of the supply voltage of the winding 12 of the additional force sensor with resistance 15, set the zero indication of the displacement indicator 10, and the force Rds2 of the additional force sensor is applied to the load. As a result, we have

Измер   ток в обмотке 12 дополнительного датчика силы измерителем 18, отградуированным в соответствии с формулой (11) и формулой (8), получаем значени  WZz.By measuring the current in the winding 12 of the additional force sensor with a meter 18 calibrated in accordance with formula (11) and formula (8), we obtain the values of WZz.

Относительна  погрешность измерени  по (11) равна (5)The relative measurement error according to (11) is equal to (5)

п P

WtzWtz

Г + 1р. + 3 , G + 1r. + 3,

(12)(12)

гдеWhere

15fifteen

(13)(thirteen)

m(g+WzzH)FAci+FAc2+ -& (z+ Az)+m (g + WzzH) FAci + FAc2 + - & (z + Az) +

+ c(s+Az),(7) + c (s + Az), (7)

где РДс2 - сила дополнительного датчика силы;where Rdc2 is the strength of the additional force sensor;

Az - величина погрешности установки нулевого положени  груза во втором такте относительно положени  первого такта,Az is the value of the error of setting the zero position of the load in the second measure relative to the position of the first measure,

,,

(8)(8)

где - длина проводника обмотки 12;where is the length of the conductor of the winding 12;

i2 - ток в обмотке 12.i2 is the current in the winding 12.

По двум тактам измерени  из (4) и (7) имеемAccording to two measurement steps from (4) and (7) we have

Fgc2Fgc2

HmHm

+ | + с+ | + s

AzAz

НтгNtg

(9)(9)

Второе слагаемое за счет неопределенности Az дает инструментальную погрешность AWZZ от AzThe second term due to the uncertainty of Az gives the instrumental error AWZZ from Az

А ,., , AZA,.,, AZ

AWzzi Ь + с ш.Awzzi b + s w

(10)(10)

Задава сь реальными значени ми ,3 кГ, ,5 м, гсм2/сек2/2, с. 256, строка 22 снизу/, , н/м (, т.е. пружина 19 может отсутствовать), ,1 м, Д ,0-0,1 MK 10 fi-10 7M получимAsked by real values, 3 kg, 5 m, gsm2 / s2 / 2, s. 256, line 22 from below /,, n / m (i.e., spring 19 may be absent),, 1 m, D, 0-0.1 MK 10 fi-10 7M we get

AWZ2(1,33- ,67)ЭAWZ2 (1.33-, 67) Oe

откуда видим, что AWZz можно обеспечить достаточно малым и из (9) определ ть WZz по формулеwhence we see that AWZz can be provided sufficiently small and from (9) to determine WZz by the formula

WzzWzz

Fgc2Fgc2

HmHm

(11)(eleven)

где А РДС2 - абсолютна  погрешность измерени  FAc2;where A RDS2 is the absolute measurement error of FAc2;

АН -абсолютна  погрешность выдерживани  Н.AN is the absolute error in keeping N.

Am - изменение массы груза (равно О, т.к. груз один и его масса неизменна).Am - change in the mass of the load (equal to O, because the load is one and its mass is unchanged).

Из (11), (12) видим, что методическа  погрешность измерени  от g в отличие от прототипа отсутствует. Так как по (8)From (11), (12) we see that the methodological measurement error from g, unlike the prototype, is absent. Since by (8)

..

00

то ;i then; i

АВAB

ВAT

++

AZ2AZ2

Z2Z2

++

Ai2Ai2

1212

(14)(14)

55

00

55

00

55

и J/1 определ етс  только точностью измерени  2.and J / 1 is determined only by the accuracy of measurement 2.

При щ, tft, 3 пор дка 10 получаем по (12) значение г) того же пор дка, т.е. при ЭFor ni, tft, 3 of order 10, we obtain from (12) the value of d) of the same order, i.e. at E

AWZ2 ,04 ЭAWZ2, 04 Oe

Дл  прототипа, как указано выше в данном описании и в известном значени  773 (и др. параметров) дл  обеспечени  точности в 5 Э необходимо выдерживать в пределах 10 , т.е. жестче на 5 пор дков и, т.о. точность предлагаемого градиентометра будет выше на 5-6 пор дков в сравнении с прототипом .For the prototype, as described above in this description and in the known value of 773 (and other parameters) to ensure accuracy of 5 Oe, it is necessary to maintain within 10, i.e. 5 times stiffer and so the accuracy of the proposed gradiometer will be higher by 5-6 orders of magnitude in comparison with the prototype.

Этот же измеритель позвол ет измер ть и д.The same meter allows you to measure and.

В частности дл  относительных измерений g достаточно в исходном пункте настроить измеритель по первому такту измерени  (в верхнем или нижнем положении чувствительной системы) и при неизменном BiLi, И определ ть Ад, перенос  измеритель в определ емые пункты наблюдени  и выполн   второй такт по РДС2, т.е. по iz.In particular, for relative measurements of g, it is sufficient in the starting point to configure the meter according to the first measurement step (in the upper or lower position of the sensitive system) and with unchanged BiLi, And determine Hell, transfer the meter to definable observation points and perform a second clock cycle according to RDS2, t .e. by iz.

Совершенно очевидно, что, примен   компенсационные обратные св зи с интегрирующими звень ми отдатчика перемещени  к датчикам силы, процесс измерени  предлагаемым измерителем можно автоматизировать .It is quite obvious that by applying compensation feedback with the integrating links of the displacement transducer to the force sensors, the measurement process of the proposed meter can be automated.

Таким образом, в сравнении с прототипом достижима  точность измерени  Wzz предлагаемым измерителем не менее, чем на 5-6 пор дков, выше и измеритель может измер ть д.Thus, in comparison with the prototype, the accuracy of measuring Wzz by the proposed meter is not less than 5-6 orders of magnitude higher, and the meter can measure q.

Claims (1)

Формула изобретени  Измеритель ускорени  и вертикального градиента силы т жести, содержащий чувствительную систему, включающую грузы, заключенную в корпус, и систему регистрации, отличающийс  тем, что, с цельюSUMMARY OF THE INVENTION An accelerometer and a vertical gravity gradient meter comprising a sensing system including loads enclosed in a housing and a recording system, characterized in that, for the purpose of 00 повышени  точности измерений и расширени  функциональных возможностей, чувствительна  система содержит OAVIH груз, прикрепленный к корпусу с помощью пружины , при этом груз жестко скреплен с одним концом траверсы, второй конец которой подвешен на упругом элементе, груз снабжен датчиком перемещени , основным и дополнительным датчиками силы, обмотки которых подключены к источнику посто нного тока, система регистрации выполнена в виде измерител  тока, включенного в цепь обмотки дополнительного датчика силы, а корпус чувствительной системы снабжен устройством перемены мест по высоте,increasing the accuracy of measurements and expanding the functionality, the sensitive system contains an OAVIH load attached to the body by means of a spring, while the load is rigidly fastened to one end of the beam, the other end of which is suspended on an elastic element, the load is equipped with a displacement sensor, main and additional force sensors, the windings of which are connected to a constant current source, the registration system is made in the form of a current meter included in the winding circuit of an additional force sensor, and the case of the sensitive system We are equipped with a device for changing places in height, five ifive i
SU914906231A 1991-01-31 1991-01-31 Meter of acceleration and vertical gradient of gravity force RU1827659C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU914906231A RU1827659C (en) 1991-01-31 1991-01-31 Meter of acceleration and vertical gradient of gravity force

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU914906231A RU1827659C (en) 1991-01-31 1991-01-31 Meter of acceleration and vertical gradient of gravity force

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1827659C true RU1827659C (en) 1993-07-15

Family

ID=21557723

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU914906231A RU1827659C (en) 1991-01-31 1991-01-31 Meter of acceleration and vertical gradient of gravity force

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1827659C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Юзефович А.П., Огородова Л.В. Гравиметри , М.: Недра, 1980, с. 37. Там же, с. 257-258. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7347097B2 (en) Servo compensating accelerometer
US7282655B2 (en) Electronic balance having a position control mechanism
US3322222A (en) Compensated electromagnetic balance
CN101592678B (en) Flexible pendulous accelerometer
US3688854A (en) Balance with electromagnetic compensation
US20140157897A1 (en) Hung Mass Accelerometer With Differential Eddy Current Sensing
US3142349A (en) Dynamically compensated weighing scales
WO1996004531A1 (en) A device for measuring absolute vibrations
EP0496871A1 (en) Accelerometer with rebalance coil stress isolation.
RU1827659C (en) Meter of acceleration and vertical gradient of gravity force
US3295378A (en) Accelerometer
CN111879988A (en) Device and method for detecting passive current in low-frequency mechanical vibration environment
RU2033632C1 (en) Gravity three-component gradiometer
RU2282863C1 (en) Method of measurement conversion of magnetic field inductance and mechanical-capacitive converter
RU2002281C1 (en) Vertical gradient meter
RU2037163C1 (en) Gravity vertical gradient and acceleration meter
US3413854A (en) Gravimeter
RU2345387C1 (en) Gravimeter
SU651283A1 (en) Seismometer
SU1115002A1 (en) Gravitational variometer
SU759873A1 (en) Microtorque meter
SU661478A1 (en) Stationary gravimeter
SU429397A1 (en) MAGNETOMETER
SU1654671A1 (en) Torsion balance
SU847090A1 (en) Microbarograph