Сенсоры углового перемещения.

Сенсоры угла наклона называют еще " инклинометрами " (от латинского incline – наклоняю). Чаще всего речь идет об угловом отклонении от вертикали или от горизонтальной плоскости. Уже самые древние строители использовали с этой целью отвесы, ватерпасы, позже – уровни. В начале ХХ века начали использовать ртутные выключатели, принцип действия которых показан на рис. 3.7, г. В герметически закрытой капсуле свободно перемещается капелька ртути. В капсулу из диэлектрика введены 2 металлических электрода. Когда капсула расположена вертикально, капля ртути находится в центре и электрически соединяет эти электроды. Если же капсула и плата, на которой она закреплена, наклоняются к горизонту на угол, который превышает критический, капля ртути под действием силы тяжести смещается, и электрический контакт разрывается, сигнализируя об опасном крене.

За последние десятилетия созданы и нашли широкое применение более точные инклинометры с электрическими выходными сигналами. Нарис. показан принцип действия электролитических инклинометров

В несколько выгнутый герметичный корпус 1, например, из керамики или стекла, залит жидкий электролит 2 так, чтобы в нем остался воздушный пузырек 3. В корпус введены три электрода: электрод 4

– в центре, электроды 5 и 6 – на концах корпуса. Когда корпус находится точно в горизонтальном положении, а воздушный пузырек – над центральным электродом, то электрические сопротивления электролита между электродами 5 и 4, 4 и 6 одинаковы. Эти электрические сопротивления включены в плечи мостовой схемы, выход которой соединен с операционным усилителем. При равенстве сопротивлений мост сбалансирован, и сигнал на выходе равен нулю. Если сенсор слегка наклоняется, то воздушный пузырек смещается в сторону. Электрическое сопротивление между электродами изменяется. Баланс мостовой схемы нарушается, и на ее выходе появляется сигнал той или иной полярности, величина которого пропорциональная углу наклона. Чтобы исключить влияние поляризации электролита, для балансировки мостовой схемы и для ее питания используют переменный ток.

Высокая точность, небольшие размеры, простота установки на объектах обусловили широкий диапазон их применения. Это и контроль за вертикальным положением высотных сооружений, точное определение направления бурения нефтяных, газовых и других буровых скважин, определение уклона автомобильных дорог, железнодорожных путей, штреков в шахтах, крена кораблей, автомобилей, строительных кранов и экскаваторов, измерение деформационного прогиба мостов, опорных балок и т.п.

Выпускаются не только простые, но и интеллектуальные инклинометры со встроенными микропроцессорами, которые выполняют довольно широкий набор функций. Это могут быть одно- и двухкоординатные инклинометры с цифровым интерфейсом, с возможностью автоматического управления предохранительными механизмами, с возможностью задания пользователем критических значений углов наклона, с выдачей предупредительных сигналов и т.п. Некоторые промышленные образцы таких инклинометров показаны на рис. 3.10. Двухкоординатность достигается путем использования двух отдельных одноосных инклинометров, сориентированных во взаимно перпендикулярных направлениях.