Акселерометр
Патент 881623
Авторы
Классы МПК
Акселерометр
Иллюстрации
Реферат
G ll И С А Н И Е ()881623
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскик
Социалистическиз
Республик (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 0801.80 (21) 2888463! 18-10 (5 g ) Щ.. Кд.
3 с присоединением заявки №
G 01, P 15/08
3Ъпударстекнный квинтет
СССР (23) Приоритет по делам изобретений к еткрытнй
Опубликовано 15,1 1.81 ° Бюллетень № 42
Дата опубликования описания 15.11.81 (53) УДК 531.768 (088.8) (72) Автор изобретения
Ю.А.Черенков (71) Заявитель (54) AKCEJIEPOMETP
Изобретение относится к измери тельной технике и может быть использовано для измерения ускорений.
Известен датчик ускорений, содержащий газонаполненную колбу, в котором между двумя электродами анодом и катодом горит плазменный столб. По частоте автоколебаний этого столба судят об ускорении fl).
Известен также датчик, в котором плазменный столб изгибается и закручивается. По смещению тяжелых частиц в столбе плазмы судят об ускорении (2).
Однако в известных датчиках чувствительным элементом является плазма, которой, как известно, присущи различного рода неустойчивости, эти датчики в принципе не могут иметь высокую чувствительность и точность.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является акселерометр, в котором между двумя нитями накала окруженными электронными облаками, создается ионное облако. Смещаясь под действием инерционной силы, тяжелые ионы сильнее компенсируют пространственный заряд возле одной нити, что вызывает разбаланс измерительного моста (31.
Однако данный акселерометр имеет источник быстрых электронов для создания ионного облака. Необходимым условием получения быстрых электронов является значительная разность потенциалов 1,порядка нескольких тысяч вольт), прикладываемая между ускоряющим электродом и нитью накала т5 источника. Это снижает надежность работы акселерометра в связи с опасностью пробой изоляции высоким напряжением. Кроме того, при формировании узкого пучка электронов, с помощью прорези в ускоряющем электроде, экранирующая его часть значительно разогревается бомбардирующими ее быстрыми электронами, что приводит
881623
15
25
35 l О1 —— e(nNv(Н) V где п
v (>н
50
55 тем электродов одинаково растет по мере увсличения ОуСК . Одн ко при достижении необходймой энергии, наряду с упругими, начинаются и неупругие соударения — точка B на графике, которой соответствует напряжение начала резонансных возбуждений.
Анодный ток начинает уменьшаться участок BC — так как в обпгем потоке электронов, испущенных катодом, становится все больше медленных электронов, не способных пройти на анод.
Если продолжать увеличивать U y
U <1,moira неупругих соударений отодви— гается к катодам, электроны, испытавшие неупругие соурадения на оставшемся до сеток пути успевают набрать энергию, достаточную для преодоления тормозящей разности потенциалов и анодный ток снова начинает расти участок правее точки С.
Если рассмотреть изменение тока
1д„ соответствующее какой-то точке
0 падающего участка ЗС, то оно по существу представляет собой число электронов, претерпевших неупругие столкновения в некотором объеме Ч за
1 с и возвращенных тормозящим полем на сетку. Это изменение тока можно записать в виде концентрация атомов инертного газа, число электронов, испущенных катодом, скорость электронов", сечение неупругого столкновения (для данного газа можно считать постоянной величиной); объем, в котором возможны неупругие соударения.
Концентрация атомов газа и в однородном поле инерционных сил изменяется согласно закону Больцмана следующим образом где и — концентрация, соответствующая относительной потенциальной энергии, равной нулю (поле сил отсутствует );
W — относительная потенциальная
14 энергия атомов газа в поле инерционных сил;
К вЂ” постоянная Вольцмана, Т вЂ” абсолютная температура газа.
Таким образом, на изменение тока может влиять внешнее инерционное
С1 поле сил (через концентрациИ) n), т.е. ускорение, прикладываемое вдоль оси Х-Х датчика. Если ускорение направлено по стрелке А, то концентрация атомов между сеткой 6 и катодом
2 возрастает, следовательно, точка .
D на вольтамперной характеристике длй левой системы электродов смещается ближе к точке 0, Наоборот, концентрация атомов между сеткой 7 и катодом
3 уменьшается и для правой системы электродов точка 9 смещается вверх— ближе к точке Я . Указанный разбаланс рабочих точек на вольтамперных характеристиках обеих систем электродов приводит к тому, что токи, текущие через одинаковые сопротивления ll u
12 измерительного моста, делаются неодинаковыми, что, в свою очередь, приводит к появлению результирующего тока разбаланса в диагонали моста.
По углу отклонения стрелки микроамперметра 14 можно, таким образом, судить о величине приложенного к .датчику ускорения °
Если знак ускорения изменится на обратный, то изменится и направление тока через микроаперметр 14 и его трелка отклонится в противоположную сторону.
Работа предлагаемого акселерометра осуществляется следующим образом.
С помощью вспомогательных регулировок (не показаны) осуществляется установка рабочих точек на вольтамперных характеристиках обеих систем электродов на середину падающего участка ЯС (точка D на фиг.2), который обладает большой крутизной.
Затем осуществляется балансировка измерительного моста — установка стрелки микроамперметра на нуль, находящийся в средней части шкалы.
После этого акселерометр готов к измерению ускорений.
При неизменных режимах питания накалов нитей, а также источников ускоряющего и тормозящего напряжений регулировку акселерометра достаточНо осуществить одократно, не прибегая уже к ней при повторных замерах ускорений, Повышение чувствигельности акселерометра к очень малым ускорениям может достигаться, впервую очередь, за счет увеличения расстояния между обеими электродными системами, так как чем больше это расстояние, тем больше изменение концентрации и при одном и том же ускорении.
Предлагаемый акселерометр может работать и при переменном ускоряющем напряжении, тогда ток разбаланса в диагонали моста будет переменным и легко может быть усилен обычными средствами.
Величины анодных токов, а, следовательно, и их изменения, могут быть существенно увеличены путем увеличения электронного потока с катодов (изготовление длинных катодов), а также площадей сеток и анодов (например, соответствующим выбором размеров электродов или многократным повторением электродных систем, включаемых параллельно, что может еще больше повысить чувствительность акселерометра).
Предлагаемый акселерометр может найти широкое применение в устройствах, измеряющих ускорения, особенно в тех случаях, где требуется высокая чувствительность, стабильность и точность работы, Акселерометр может
881623 8 йрименяться как в промышленности, так и в научных исследованиях.
5 Формула изобретения
Акселерометр, содержащий газонаполненную колбу с анодом и двумя нитями накала, включенными в мосто1р вую схему, два источника питания, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, в колбу введены второй анод и две сетки, каждая из которых расположена между анодом и нитью накала, при этом второй анод и сетки включены в мостовую схему с двумя источниками питания, к минусу одного из которых подключены аноды, мину". другого источника соединен с нитями накала, а плюсы обоих источников подключены к сеткам.
Источники информации, 25 принятые во внимание при экспертизе
1, Авторское свидетельство СССР
9279214, кл, G 01 P 15/08, 1968.
2. Авторское свидетельство СССР
9420937, кл. 6 01 Р 15/08, 1972.
3. Авторское свидетельство СССР
9574680, кл, G 01 P 15/08, 1976 (прототип) .
881623 фи8.Z
Составитель И,Полунина
Техред А.Бабинец
Редактор М.Погориляк
Корректор М.Пожо
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Заказ 9962/67 Тираж 910 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5