RU2215992C2 - Transmitter of angle of deviation of object from horizontal position - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement technology, industry, civil engineering, transport. SUBSTANCE: transmitter is intended to determine angular position of vehicle relative to horizontal plane, for example. Transmitter has two common and two output electrodes. Common electrodes are connected with metal bushing and form sealed case. Output electrodes are anchored in case with use of insulation pad. Output electrodes form jointly with common electrodes differential capacitor. Half-volume of internal space of transmitter is filled with liquid dielectric. EFFECT: expanded range of measurement of deviation angles of object, decreased measurement error. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области измерения угловых величин и может быть использовано в промышленности, в строительстве, на транспорте, в частности для определения углового положения транспортного средства относительно горизонтальной плоскости. The invention relates to the field of measuring angular quantities and can be used in industry, in construction, in transport, in particular for determining the angular position of a vehicle relative to a horizontal plane.

Известно устройство для измерения угла отклонения объекта от горизонтального положения, состоящее из реохорда, помещенного в стеклянную трубку, частично заполненную ртутью, находящейся в атмосфере водорода (см. Электрические измерения неэлектрических величин/А.М. Туричин, П.В. Новицкий, Е.С. Левшина и др. ; Под ред. П.В. Новицкого. - Л.: Энергия, 1975. - 576 с., с. 455, рис.20-1). A device is known for measuring the angle of deviation of an object from a horizontal position, consisting of a rechord placed in a glass tube partially filled with mercury in a hydrogen atmosphere (see Electrical Measurements of Non-Electric Values / A.M. Turichin, P.V. Novitsky, E. S. Levshina et al .; Edited by P.V. Novitsky. - L.: Energia, 1975 .-- 576 p., P. 455, fig. 20-1).

Поворот датчика относительно горизонтального положения приводит к изменению дифференциальных сопротивлений реохорда. The rotation of the sensor relative to the horizontal position leads to a change in the differential resistances of the reochord.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится большая погрешность измерения, которая определяется главным образом поверхностным трением ртути и может достигать 1%, а также сложности изготовления и эксплуатации из-за наличия ртути в стеклянном корпусе датчика. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device include a large measurement error, which is determined mainly by the surface friction of mercury and can reach 1%, as well as the complexity of manufacturing and operation due to the presence of mercury in the glass case of the sensor.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство дифференциального электролитического преобразователя для измерения угла отклонения объекта от горизонтального положения, содержащее стеклянный баллон с помещенными в нем одним общим и двумя выходными электродами, заполненный токопроводящей жидкостью с пузырьком воздуха, имеющим возможность перемещения между двумя выходными контактами (см. Асс Б.А., Антипов Е.Ф., Жукова Н.М. Детали авиационных приборов. - М. : Машиностроение, 1979. - 232 с., с.132, рис.5.8) и принятое за прототип. The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a differential electrolytic converter for measuring the angle of deviation of an object from a horizontal position, containing a glass bottle with one common and two output electrodes placed in it, filled with a conductive liquid with an air bubble that can be moved between two output contacts (see Ass B.A., Antipov E.F., Zhukova N.M. Details of aircraft devices. - M.: Mashinos swarming, 1979. -. 232, p.132, Figure 5.8) and taken as a prototype.

При наклоне баллона относительно горизонтального положения пузырек воздуха перемещается между выходными электродами, что приводит к изменению площади контакта каждого выходного электрода с электропроводящей жидкостью и к изменению проводимостей соответствующих слоев жидкости между общим и выходными электродами. When the cylinder is tilted relative to the horizontal position, the air bubble moves between the output electrodes, which leads to a change in the contact area of each output electrode with the electrically conductive liquid and to a change in the conductivities of the corresponding liquid layers between the common and output electrodes.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что такое устройство имеет узкий диапазон измерения, а также значительные погрешности, вызванные температурными изменениями сопротивления электропроводящей жидкости и различной степенью концентрации раствора жидкости. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known device adopted as a prototype include the fact that such a device has a narrow measurement range, as well as significant errors caused by temperature changes in the resistance of the electrically conductive liquid and various degrees of concentration of the liquid solution.

Технический результат - расширение диапазона и уменьшение погрешности измерения угла отклонения объекта от горизонтального положения. The technical result is to expand the range and reduce the error in measuring the angle of deviation of the object from a horizontal position.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известное устройство датчик угла отклонения объекта от горизонтального положения содержит первый общий электрод и два выходных электрода, помещенные в жидкость. The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that the known device, the sensor angle of deviation of the object from a horizontal position contains a first common electrode and two output electrodes placed in a liquid.

Особенностью является то, что он снабжен вторым общим электродом, соединенным с первым общим электродом металлической втулкой и которые образуют герметичный корпус, внутри которого посредством изоляционной прокладки закреплены два выходных электрода, расположенные в одной плоскости и образующие с первым и вторым общими электродами дифференциальный конденсатор, причем все электроды выполнены в виде плоских пластин, а половина объема внутренней полости датчика между общими и выходными электродами заполнена жидким диэлектриком. The peculiarity is that it is equipped with a second common electrode connected to the first common electrode by a metal sleeve and which form a sealed enclosure inside which two output electrodes are fixed by means of an insulating strip, located in the same plane and forming a differential capacitor with the first and second common electrodes, moreover all electrodes are made in the form of flat plates, and half of the volume of the internal cavity of the sensor between the common and output electrodes is filled with a liquid dielectric.

На чертежах представлена схема датчика угла отклонения объекта от горизонтального положения: фиг.1 - горизонтальное положение датчика; фиг.2 - наклонное положение датчика; фиг.3 - разрез датчика по сечению А-А фиг.1. The drawings show a diagram of a sensor of the angle of deviation of the object from a horizontal position: FIG. 1 - horizontal position of the sensor; figure 2 - the inclined position of the sensor; figure 3 is a section of the sensor in section aa of figure 1.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключается в следующем. Information confirming the possibility of carrying out the invention to obtain the above technical result is as follows.

Датчик содержит первый 1 и второй 2 общие электроды и два выходных электрода 3 и 4, которые помещены в жидкий диэлектрик 5. Второй общий электрод 2 соединен с первым общим электродом 1 металлической втулкой 6, образуя герметичный корпус. Внутри корпуса датчика посредством изоляционной прокладки 7 закреплены два выходных электрода 3 и 4. Выходные электроды 3 и 4 расположены в одной плоскости и образуют с первым 1 и вторым 2 общими электродами дифференциальный конденсатор. Все электроды выполнены в виде плоских пластин. Половина объема внутренней полости датчика между общими электродами 1 и 2 и выходными электродами 3 и 4 заполнена жидким диэлектриком 5. The sensor contains the first 1 and second 2 common electrodes and two output electrodes 3 and 4, which are placed in a liquid dielectric 5. The second common electrode 2 is connected to the first common electrode 1 by a metal sleeve 6, forming a sealed housing. Two output electrodes 3 and 4 are fixed inside the sensor housing by means of an insulating gasket 7. The output electrodes 3 and 4 are located in the same plane and form a differential capacitor with the first 1 and second 2 common electrodes. All electrodes are made in the form of flat plates. Half of the volume of the internal cavity of the sensor between the common electrodes 1 and 2 and the output electrodes 3 and 4 is filled with a liquid dielectric 5.

Принцип действия датчика состоит в измерении электрической емкости дифференциального конденсатора C₁, С₂, образованного общими электродами 1, 2, выходными электродами 3, 4 и жидким диэлектриком 5.The principle of operation of the sensor is to measure the electrical capacitance of the differential capacitor C ₁ , C ₂ formed by common electrodes 1, 2, output electrodes 3, 4 and a liquid dielectric 5.

Емкость С плоского конденсатора с площадью взаимного перекрытия электродов S, параллельно расположенных на расстоянии δ в среде с диэлектрической проницаемостью ε, определяется выражением
C = ε•S/δ (1)
(см. Электрические измерения неэлектрических величин/А.М. Туричин, П.В., Новицкий, Е.С. Левшина и др.; Под ред. П.В. Новицкого. - Л.: Энергия, 1975. - 576 с., с.289).The capacitance C of a flat capacitor with an area of mutual overlapping of the electrodes S parallel to each other at a distance δ in a medium with a dielectric constant ε is determined by the expression
C = ε • S / δ (1)
(see Electrical measurements of non-electric quantities / A.M. Turichin, P.V., Novitsky, E.S. Levshina and others; Edited by P.V. Novitsky. - L.: Energy, 1975. - 576 s. ., p. 289).

Поскольку величины ε и S находятся в числителе уравнения (1), то емкость конденсатора С линейно зависит от ε и S. Так как жидкий диэлектрик 5 занимает половину объема внутренней полости датчика между общими 1, 2 и выходными 3, 4 электродами и имеет диэлектрическую проницаемость, отличную от диэлектрической проницаемости воздуха, то при наклоне датчика будет изменяться площадь перекрытия электродов 1, 2, 3, 4 в зазоре δ, занимаемом жидким диэлектриком 5. Since the quantities ε and S are in the numerator of equation (1), the capacitance of the capacitor C linearly depends on ε and S. Since the liquid dielectric 5 occupies half the volume of the internal cavity of the sensor between the common 1, 2 and output 3, 4 electrodes and has a dielectric constant different from the dielectric constant of the air, then when the sensor is tilted, the overlap area of the electrodes 1, 2, 3, 4 in the gap δ occupied by the liquid dielectric 5 will change.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При горизонтальном положении датчика (фиг.1) емкости дифференциального конденсатора C₁, С₂ равны между собой. При этом в зазоре δ, занимаемом жидким диэлектриком 5 (фиг. 3), площадь перекрытия электродов 1, 2 и 3 равна площади перекрытия электродов 1, 2 и 4.With the horizontal position of the sensor (figure 1), the capacitance of the differential capacitor C ₁ , C ₂ are equal to each other. Moreover, in the gap δ occupied by the liquid dielectric 5 (Fig. 3), the overlap area of the electrodes 1, 2 and 3 is equal to the overlap area of the electrodes 1, 2 and 4.

При отклонении датчика от горизонтального положения изменяются площади перекрытия электродов 1, 2 и 3, 4 в зазоре, занимаемым жидким диэлектриком 5. На фиг.2 приведен пример расположения выходных электродов 3, 4 и жидкого диэлектрика 5 при наклоне датчика, когда площадь перекрытия электродов 1, 2 и 3 меньше площади перекрытия электродов 1, 2 и 4 в зазоре, занимаемым жидким диэлектриком 5. В результате емкость дифференциального конденсатора C₁ будет меньше емкости С₂. При наклоне датчика в обратном направлении емкость дифференциального конденсатора С₁ будет больше емкости С₂.When the sensor deviates from the horizontal position, the overlapping areas of the electrodes 1, 2, and 3, 4 in the gap occupied by the liquid dielectric 5 are changed. , 2 and 3 are smaller than the overlapping area of electrodes 1, 2 and 4 in the gap occupied by the liquid dielectric 5. As a result, the capacitance of the differential capacitor C ₁ will be less than the capacitance C ₂ . When the sensor is tilted in the opposite direction, the capacitance of the differential capacitor C ₁ will be larger than the capacitance C ₂ .

Изменение дифференциальной емкости C₁, C₂ пропорционально изменению угла наклона датчика относительно горизонтального положения. Если, например, жидкий диэлектрик 5 занимает половину объема внутренней полости датчика между общими 1, 2 и выходными 3, 4 электродами, при этом металлическая втулка 6 и изоляционная прокладка 7 имеют кольцевую форму, а выходные электроды 3, 4 имеют форму полукруга, то такой датчик будет иметь линейную характеристику в диапазоне углов наклона от 0 до ±90^o.The change in the differential capacitance C ₁ , C _{2 is} proportional to the change in the angle of inclination of the sensor relative to the horizontal position. If, for example, a liquid dielectric 5 occupies half the volume of the internal cavity of the sensor between common 1, 2 and output 3, 4 electrodes, while the metal sleeve 6 and the insulating gasket 7 have an annular shape, and the output electrodes 3, 4 have a semicircle shape, then the sensor will have a linear characteristic in the range of tilt angles from 0 to ± 90 ^o .

Так как жидкость, заполняющая зазор между электродами датчика, является диэлектриком, то будут отсутствовать погрешности, присущие прототипу, вызванные температурными изменениями проводимости и степени концентрации электролита. Since the liquid filling the gap between the electrodes of the sensor is a dielectric, there will be no errors inherent in the prototype caused by temperature changes in conductivity and the degree of electrolyte concentration.

В датчике можно использовать кремнийорганический жидкий диэлектрик, например полиметилсилоксановую жидкость ПМС 10, имеющую стабильные диэлектрические свойства и работающую в диапазоне температур от -60 до +170^oС. Изоляционную прокладку 7 можно, например, выполнить из фторопласта, также имеющего стабильные диэлектрические свойства.An organosilicon liquid dielectric can be used in the sensor, for example, PMS 10 polymethylsiloxane liquid having stable dielectric properties and operating in the temperature range from -60 to +170 ^o C. The insulation strip 7 can, for example, be made of fluoroplastic, also having stable dielectric properties.

Таким образом, предложенное устройство позволяет расширить диапазон измерения углов отклонения объекта от горизонтального положения и уменьшить погрешность измерения. Thus, the proposed device allows you to expand the measurement range of the angles of deviation of the object from a horizontal position and reduce the measurement error.

Claims (1)

Датчик угла отклонения объекта от горизонтального положения, содержащий первый общий и два выходных электрода, помещенные в жидкость, отличающийся тем, что он снабжен вторым общим электродом, соединенным с первым общим электродом металлической втулкой и которые образуют герметичный корпус, внутри которого посредством изоляционной прокладки закреплены два выходных электрода, расположенные в одной плоскости и образующие с первым и вторым общими электродами дифференциальный конденсатор, причем все электроды выполнены в виде плоских пластин, а половина объема внутренней полости датчика между общими и выходными электродами заполнена жидким диэлектриком. The sensor of the angle of deviation of the object from a horizontal position, containing the first common and two output electrodes placed in a liquid, characterized in that it is equipped with a second common electrode connected to the first common electrode by a metal sleeve and which form a sealed enclosure inside which two are fixed by means of an insulating strip output electrodes located in the same plane and forming a differential capacitor with the first and second common electrodes, all electrodes being made in the form of flat plates Steen, and half the volume of the inner cavity of the sensor between the common and output electrodes is filled with a liquid dielectric.

Images