SU699320A1 - Object inclination angle measuring device - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА ОБЪЕКТА(54) DEVICE FOR MEASURING AN ANGLE OBJECT ANGLE

Изобретение относитс  к области приборостроени , в частности, к устройствам дл  определени  угла наклона объекта относительно горизонта и может быть использовано при дистанционном контроле за положением объекта.The invention relates to the field of instrumentation, in particular, to devices for determining the angle of inclination of an object relative to the horizon and can be used in remote monitoring of the position of an object.

Известны индуктивные дифференциальные преобразователи углов наклона, содержащие подвижный ферромагнитный сердечник, служащий ма тником, а также обмотки возбуждени  и измерительные обмотки, неподвижно размещенные относительно наклон емого объекта 1Inductive differential tilt angle transducers are known that contain a movable ferromagnetic core serving as a tandem, as well as field windings and measurement windings that are fixed relative to the tilting object 1

Известно устройство, содержащее два соосных ферромагнитных кольца, расположенные в одной плоскости и соединенные между собой П-образной перемычкой. На перемычке размещена первична  обмотка, к выводам которой подведено переменное напр жение, а на внешнем кольце размещены две вторичные (измерительные ) обмотки, соединенные последовательно и встречно. В зазоре между кольцами размещен ферромагнитный ма тник, центр подвеса которого совмещен с центром радиуса кривизны колец 2.A device containing two coaxial ferromagnetic rings located in one plane and interconnected by a U-shaped jumper is known. The jumper contains the primary winding, to the terminals of which the alternating voltage is connected, and on the outer ring there are two secondary (measuring) windings connected in series and opposite. In the gap between the rings there is a ferromagnetic tick, the center of the suspension of which is aligned with the center of the radius of curvature of the rings 2.

Недостатком этого устройства  вл етс  резкое снижение точности измерений при нестабильности переменного напр жени , подводимого к первичной обмотке, поскольку результат измерений непосредственно зависит от уровн  этого напр жени .A disadvantage of this device is a sharp decrease in the accuracy of measurements at the instability of an alternating voltage supplied to the primary winding, since the measurement result directly depends on the level of this voltage.

Ближайщим к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  трансформаторный датчик дл  измерени  углового перемещени , содержащий ферромагнитный ротор с измерительной рамкой, установленный на подвижной оси между полюсными наконечниками ферромагнитного статора с обмоткой, питаемой источником переменного напр жени  The closest to the invention to the technical essence and the achieved result is a transformer sensor for measuring the angular displacement, containing a ferromagnetic rotor with a measuring frame mounted on a movable axis between the pole pieces of a ferromagnetic stator with a winding fed by an alternating voltage source

Claims (1)

Существенным недостатком известного уст ройства  вл етс  резкое снижение точности измерений при отклонении питающего напр жени  от заданного, поскольку результат измерений непосредственно зависит от уровн  этого напр жени . Кроме того, известное устройство имеет ограниченные пределы измерений углов (не более ±20°). Цель изобретени  - повышение точности путем исключени  вли ни  нестабильности напр жени  источника. Дл  достижени  указанной цели в предлагаемом устройстве статор и ротор выполнены И виде двух соосных колец, расположенных в оддой плоскости, с равномерно размещенными на них замкнутыми обмотками, причем обмотка ротора имеет два диаметрально противоположных отвода, соединенных с источником переменного напр жени , а статорна  обмотка, служаща  измерительной, содержит две пары отводов, размещенных через 90° и подключенных к двухкоординатному регистрирующему устройству, например, к отклон ющим пластинам электронно-лучевой трубки. На фиг. 1 изображена принципиальна  схема описываемого устройства; на фиг. 2 - распределение магьштного потока в магнитолроводах статора и ротора. Устройство содержит кольцевой статор 1, жестко св занный с наклон емым объектом, и кольцевой ротор 2, укрепленный с помощью немагнитной втулки 3 на оси вращени  4, установленной в подт-ципниках 5 с малым трением скольжени . Втулка 3, выполне{ша  в виде полудиска , одновременно служит чувствительным гравиташюнным элементом (ма тником), удерживающим ротор 2 в вертикальном положении при наклоне объекта. На статоре и роторе равномерно размещены замкнутые обмотки 6 и 7; при зтом роторна  обмотка 7 имеет два диаметрально противоположных отвода 8-8 , вкл ченных в цепь источника переменного напр жени , а статорна  обмотка 6 содержит две пары ОТВОДОВ 10-10, размещенных по кольцу через 90° и подключенных к отклон ющим пластинам электронно-лучевой трубки 1. Принцип действи  устройства основан на, преобразовании углового перемещени  ротора 2 относительно статора 1, жестко св занного с на клон емым объектом, в величины напр жений на отводах статорной обмотки 6. На фиг. 2 пунктирными лини ми показано распределение магнитного потока, создаваемого роторной обмоткой 7 в кольцевых магнитопроводах ротора и статора при горизонтальном рас положении объекта. Магнитные потоки Ф и Oj (см. фиг. 2), создаваемые полусекци ми роторной обмотки 7, замыкаютс  через ротор 2, воздущные зазоры и статор 1. Поскольку в верхней и нижней полусекод х статорной обмотки б потоки Ф и Ф создают равные по величине и противоположны по фазе напр жени , суммарное напр жение на отводах 9-9 равно ну;по. В левой и правой по пусекци х обмотки 6 потоки Ф, и Ф2 создают синфазные напр жени , вследствие чего резуль04 тирующее напр жение на отводах 10-10 имеет некоторое максимальное значение. При наклоне объекта в плоскости колец ротор 2 стремитс  сохранить вертикальное поло-жение под действием веса втулки 3, а статор 1, жестко св занный с наклонным объектом, пер смещаетс  относительно ротора 2 на некоторый угол а. При этом на отводах 9-9 по вл етс  напр жение, отличное от нул , а напр жение на отводах 10-10 уменьщаетс , причем указанные изменени  происход т соответственно по синусоидальному и косинусоидальному законам. Следовательно, справедливы соотнощеки : и, k-U Sina, Uz kU Cosa, где Ui и Уг - напр жени  на отводах 9-9 и 10-10 соответственно; k - коэффициент пропорциональност,и, завис щий от степени св зи и соотнощени  чисел витков обмоток 6 и 7. Напр жени  DI и Uj подведены к отклон ющим пластинам злектронно-лучевой трубки П.. При зтом угол наклона луча на экране трубки соответствует измер емому углу наклона объекта и не зависит от величины напр жени , подводимого к роторной обмотке 7. Устройство позвол ет повысить точность измерений углов наклона за счет исключени  вли ни  .нестабильности напр жени  источника питани , а также расширить пределы измерений до ±90°. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  угла наклона объекта, содержащее ферромагнитный ротор, установленный на подвижной оси с чувствительным гравитационным элементом внутри ферромагнитного статора, жестко св занного с наклон емым объектом, а также статорную и ротор1ую обмотки, источник переменного напр жени  и индикатор, отличающеес  тем, что, с целью исключени  вли ни  нестабильности напр жени  источника на точность измерений , в нем статор и ротор выполнены в виде двух соосных колец, расположенных в одной плоскости, с равномерно размещенными на них замкнутыми обмотками, причем обмотка ротора имеет два диаметрально противоположных отвода, соединенных с источником переменного напр жени , а статорна  обмотка, служаща  измерительной , содержит, две пары отводов, размещенных через 90° и подключенных к двухкоординатному регистрирующему устройству, например , к отклон юпшм пластинам электроннолучевой трубки.A significant disadvantage of the known device is a sharp decrease in the accuracy of measurements when the supply voltage deviates from the specified one, since the measurement result directly depends on the level of this voltage. In addition, the known device has limited limits for measuring angles (not more than ± 20 °). The purpose of the invention is to improve accuracy by eliminating the effect of source voltage instability. To achieve this goal, in the proposed device, the stator and the rotor are made AND form two coaxial rings located in one plane, with closed windings evenly placed on them, the rotor winding having two diametrically opposite taps connected to the alternating voltage source, and the stator winding serving as a measuring device, it contains two pairs of taps placed through 90 ° and connected to a two-coordinate recording device, for example, to deflection plates of a cathode ray tube. FIG. 1 is a schematic diagram of the device described; in fig. 2 - distribution of magnetic flux in the stator and rotor magnet wires. The device comprises an annular stator 1, rigidly connected with a tilting object, and an annular rotor 2, reinforced with a non-magnetic sleeve 3 on the axis of rotation 4, installed in the support pins 5 with low friction. Sleeve 3, which is made in the form of a half disk, simultaneously serves as a sensitive gravitational element (a tang) that holds the rotor 2 in a vertical position when the object is tilted. On the stator and rotor uniformly placed closed windings 6 and 7; In this case, the rotor winding 7 has two diametrically opposed outlets 8-8 that are connected to the circuit of an alternating voltage source, and the stator winding 6 contains two pairs of RODS 10-10, placed around the ring through 90 ° and connected to the deflection plates of an electron beam tube 1. The principle of operation of the device is based on the transformation of the angular displacement of the rotor 2 relative to the stator 1, rigidly connected with the object being cloned, to the magnitudes of the stresses at the outlets of the stator winding 6. In FIG. 2, the dotted lines show the distribution of the magnetic flux created by the rotor winding 7 in the annular magnetic cores of the rotor and the stator when the object is horizontal. The magnetic fluxes Φ and Oj (see Fig. 2) created by the half sections of the rotor winding 7 are closed through the rotor 2, the air gaps and the stator 1. Because in the upper and lower half sections x of the stator winding пото, the flows F and F create equal and opposite in phase voltage, the total voltage on the taps 9-9 is equal to; In the left and right across the windings, threads 6, F, and F2 create common-mode voltages, as a result of which the resulting voltage on the taps 10-10 has a maximum value. When the object is tilted in the plane of the rings, the rotor 2 tends to maintain the vertical position under the weight of the sleeve 3, and the stator 1, which is rigidly connected to the inclined object, is shifted relative to the rotor 2 by some angle a. In this case, a non-zero voltage appears on the taps 9-9, and the voltage on the taps 10-10 decreases, and these changes occur according to the sinusoidal and cosine laws, respectively. Consequently, the following relations are valid: and, k-U Sina, Uz kU Cosa, where Ui and Ug are the voltages at the taps 9-9 and 10-10, respectively; k is the proportionality coefficient, and, depending on the degree of connection and the ratio of the numbers of turns of windings 6 and 7. The voltages DI and Uj are connected to the deflecting plates of the electron-beam tube P. .. In this case, the angle of the beam on the screen of the tube corresponds to the measured the angle of inclination of the object and does not depend on the voltage applied to the rotor winding 7. The device allows to increase the accuracy of measurements of the angle of inclination by eliminating the instability of the power supply voltage, as well as to extend the measurement range to ± 90 °. An apparatus for measuring an inclination angle of an object, comprising a ferromagnetic rotor mounted on a movable axis with a sensitive gravitational element inside a ferromagnetic stator rigidly connected to the inclined object, as well as a stator and rotor winding, an alternating voltage source, and an indicator characterized by that, in order to eliminate the effect of source voltage instability on the measurement accuracy, in it the stator and the rotor are made in the form of two coaxial rings located in the same plane with equal closed windings placed on them, the rotor winding has two diametrically opposite taps connected to an alternating voltage source, and the stator winding serving as a measuring one contains two pairs of taps placed through 90 ° and connected to a two-coordinate recording device, for example, to the deviation of the plates of the electron-beam tube.