專利名稱:一種傾斜測量裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種傾斜測量裝置，特別是一種電子水準器用或傾斜計用的傳感器，但並不局限于此。
通常稱之為氣泡水準器的光學水準器，是人們所熟悉的。它根據(jù)充液玻璃瓶中的氣泡，在瓶內(nèi)總要尋求最高的原理，可以對表面是否水平提供一種光學指示。因此，可把玻璃瓶做成微微彎曲的，以使它處在水平狀態(tài)時氣泡總是取平衡位置。象這樣的氣泡水準器，如果放在合適的框架中，還可以用來對表面是否垂直提供指示。
然而，這樣的氣泡水準器，不能超出一個極為有限的限度來測量水平偏差或垂直偏差。而且，由于水平測量或垂直測量與操作人員確定氣泡位置的能力有關(guān)，所以這種氣泡水準器難以做精確的讀數(shù)。比如光線很暗，視力不清這類因素，都會對此造成明顯的影響。
電子氣泡水準器，在比如美國專利4，167，818中曾由Cantarella提出過。該水準器用了一個局部充有導電液體的膜盒。膜盒中配置有若干個電極，電極之間的電阻，取決于膜盒中導電液體的位置，從而就取決于膜盒的傾斜狀況。該水準器可提供偏離水平和偏離垂直的傾斜角的讀數(shù)。這種水準器的缺點在于，對于水平或者垂直的任何測量精度，都與諸如溫度之類的環(huán)境條件有關(guān)，因為溫度的起伏可導致膜盒中導電液體水平面及其電阻的改變，從而也就影響到電極不均等地浸入導電液時對傾斜角的讀數(shù)。
本發(fā)明的第一個內(nèi)容是，有一個局部充有液體的膜盒，其中液體體積的變化是溫度的函數(shù)，而且隨著由于溫度帶來的壓力變化，膜盒可做彈性變形。結(jié)果，膜盒內(nèi)部體積將隨溫度而變化。因此要選擇膜盒的尺寸以及制做膜盒壁的材料，以便提供盒內(nèi)液體水平面與溫度間的予定關(guān)系。
本發(fā)明的第二個內(nèi)容是，有一個局部充有液體的膜盒，盒壁要做成使得盒內(nèi)溫度引起的壓力變化將導致盒壁彈性變形，以使盒內(nèi)水平面基本上保持不變。
本發(fā)明所述的實施例中，有一個園柱形的膜盒，選擇膜盒徑向壁隨盒內(nèi)壓力增加所產(chǎn)生的凸起，即通過選擇徑向壁的厚度和制做材料，使得溫度變化所引起的液體體積增加能夠由膜盒體積的增加來補償，也即通過改變膜盒徑向壁的形狀來實現(xiàn)，以維持液體水平面基本上不變。
還有一種方法是，選擇膜盒徑向壁的外形變化，使液體水平面按予定方式隨著溫度波動。
前面特別提到的申請中，膜盒用于傾斜測量裝置中。在這個裝置中測得的盒內(nèi)電極與液體間的電阻是由傾斜量決定的，而且易于隨溫度波動，這是由于盒內(nèi)液體水平面會發(fā)生改變，而且與電極相連的開關(guān)的電阻也會隨液體電阻的改變而出現(xiàn)波動。由液體水平面的變化帶來的電阻波動，可按上述方式通過調(diào)節(jié)膜盒體積進行補償。通過按照予定的方式改變膜盒體積，可使水平面以預定的方式波動，而與溫度有關(guān)的開關(guān)的電阻及液體的電阻，可隨液體水平面變化的補償一起得到補償，至少可做到“最佳”趨近。
本發(fā)明的第三個內(nèi)容是由局部充有液體的膜盒構(gòu)成的傾斜傳感器的校準方法。膜盒內(nèi)液體的位置，用來指示膜盒繞參考軸的轉(zhuǎn)角;盒內(nèi)配置著許多電極，用以在一定的角度范圍內(nèi)對上述位置進行檢測。激勵電源、檢測電路以及將上述電極聯(lián)結(jié)在檢測電路和激勵電源上的裝置，能夠用來測量液體的許多電學特性。所有這些，一起用來指示上述位置。上述校準方法所包括的步驟是把該傳感器放在至少兩種已知的角度θ上，測出相應的檢測角θ′，再從已知角及檢測角算出校準值a和b。其中θ＝aθ′+b。
現(xiàn)在參照附圖以舉例的方式描述本發(fā)明的實施例。其中圖1是構(gòu)成本發(fā)明實施例一部分的傳感器膜盒的透視圖;
圖2為取自圖1中平面Ⅱ-Ⅱ處的剖面圖;
圖3為取自圖1中平面Ⅲ-Ⅲ處的分解剖面圖;
圖4a-b為在不同傾斜位置處類似于圖2的膜盒剖面圖;
圖5用來說明傳感器的角度范圍;
圖6為用來解釋液體水平面變化如何影響膜盒靈敏度的圖解;
圖7用來說明圖1至圖3所示膜盒對溫度起伏的補償能力;
圖8及圖9用來說明為進行溫度補償而進行膜盒最佳壁厚計算時的設計計算特征圖;
圖10為用來解釋開關(guān)電阻如何影響膜盒靈敏度的圖解。
參見圖1至圖3，編號1表示傾斜傳感器。這個傳感器包括的膜盒3，一般說來是園柱形的。膜盒3由兩個能銜接在一起，但不導電的化學中性塑料制件5和7構(gòu)成，最好用有15-20%的玻璃珠加強了的熱塑性聚脂(比如像VALOX這類的聚丁烯對酞酸鹽)構(gòu)成，以便能有足夠的強度和穩(wěn)定性。
為了確保塑料制件5和7的氣密性封接，它們是用超聲波焊接在一起的。制件5和7的兩個端面9和11的厚度要做得像下文描述的那樣，能夠隨著膜盒3內(nèi)的壓力變化而產(chǎn)生彈性變形。
塑料制件5和7內(nèi)分別設置用鎳做的電極A、B和C、D。每個電極A-D一般都是半園形的，最好采用真空蒸鍍或加熱使金屬薄片粘結(jié)的方法(其他的電極形成方法也可以使用)，分別在塑料制件5和7上形成。電極A、B(或C、D)是由延伸的空隙8(或10)彼此隔開的，使得電極A、B(或C、D)不直接發(fā)生電接觸?？障?和10是很窄的，最好小于0.5毫米。電極A-D用導電塑性材料制的鉚釘與殼體相連，最好是通過超聲波把它們焊接在殼體的兩個半邊;圖2表示出電極A、B所用的鉚釘13和15。
另外一種情況是，膜盒可以由兩個相同的塑料園盤構(gòu)成，用絲網(wǎng)印刷法在園盤上形成電極，再把每個園盤與一個中空的園柱形塑料隔圈的開口軸端相連，組成膜盒;將兩個園盤相對轉(zhuǎn)動90°，就能給出圖1所要求的電極配置。如下文所述，把電極A、B相對于電極C、D繞著參考軸0旋轉(zhuǎn)90°，就能測量直到360°的角。膜盒3內(nèi)放的導電液體17，最好是蒸餾水、甲醇和鹽(譬如醋酸鈉三水合物CH3COONa·3H2O)的混合物，在常溫常壓下充入膜盒3的一半體積。膜盒的剩余部分是充了惰性氣體的，例如氬。
參照圖4a和4b可描述膜盒的總體動作方式，該圖表示一種以電極A、B做為檢測電極的測量。圖4a和4b以圖解方式說明了膜盒3是怎樣工作的，框架19的底邊21貼著被測的表面，要測的就是框架的傾斜。在這種情況下，C、D這一對電極是耦合在一起的，以便形成共用電極，爾后在電極A或B上加上交變電壓。阻抗大小，具體說來是電極C、D與電極A或電極B之間通路的電阻，是與電極A或電極B浸入導電液17的程度有關(guān)的，浸入的程度愈高，通路的電阻愈低。
因此，測量電極C、D與電極A之間以及電極C、D與電極B之間兩條通路的電阻，就能算出傳感器的傾角θ。
更準確地說，正如通過比較圖4a和4b所能看到的那樣，電極A、B總的浸潤面積基本上總是一個常量，以致于A、B間的阻抗忽略不計時1/(ZT) ＝ 1/(Z1) ＋ 1/(Z2) (1a)其中 ZT為膜盒的總電阻;
Z1為電極C、D與A之間通路的電阻;
Z2為電極C、D與B之間通路的電阻。
而且 Z1＝ 180/(90+θ) ·ZT(1b)Z2＝ 180/(90-θ) ·ZT(1c)于是電阻Z1與Z2的比值R為(Z1)/(Z2) ＝R＝ (90－θ)/(90＋θ) (2)由此可得θ＝90 ((1-R))/((1+R)) (3)
R的典型值列舉如下表1θ R＝ (Z1)/(Z2)-90 ∞-50 3.5-45 30 1+45 0.33+50 0.286+90 0在圖4a和4b表示的構(gòu)形中，電極A、B使用的檢測角，從水平面起可達±50°。對于超出這個限度的傾斜角，可將電極重新組合，使電極A、B成為共用電極，並以正交分布的電極C、D為檢測電極。在這種構(gòu)形中，傳感器的角度測量范圍是由垂直面起可達±50°。
重新組合電極，最方便的辦法是使用由多個模擬開關(guān)構(gòu)成的開關(guān)矩陣來完成，讓每個電極與交變電源或與另一個電極共用的檢測電路相連是比較合適的。
使用這種電極開關(guān)，根據(jù)對水平面或垂直面的偏差，就能在整個360°的傾角范圍內(nèi)進行測量(如圖5所示)，所用電極構(gòu)形由計算電路和控制電路(圖中未表示)依傳感器的傾角來選擇的。開始進行傾斜測量時，選用任意一對電極(例如C、D)，做為共用電極對，都是能由控制電路完成測量工作的。如果由計算電路計算出來的比值R處在所能允許的±50°范圍內(nèi)(參見表1)，測量就能繼續(xù)進行。反之，如果測出的比值R超出能夠允許的范圍，就要改變電極的構(gòu)形，與另外一對共用電極相接，完成測量。
上面描述的膜盒中，膜盒3內(nèi)液體17的體積易于隨溫度波動。由于體積變化是由膜盒及液體不同的熱膨脹而產(chǎn)生的，所以溫度的變化將導致液體水平面的變化，從而對傾斜測量造成影響。參照圖6可說明這種影響。
設液體水平面隨溫度的增加用高度X的變化來表示，再令ST表示有一半充滿液體的膜盒的“總”電導，則有ST＝ 1/(ZT) ＝ 1/(Z＇A) ＋ 1/(Z＇B) (4)其中Z′A，Z′B分別為電極C、D與A之間以及C、D與B之間通路的電阻。
1/(Z＇A) ＝S＇A＝SA＊＋S＇A＝ (ST)/2 [1＋ (θ)/90 ］＋ (ST)/2 ［Xrπr24]]>］…(5)= (ST)/2 ［1＋ (θ)/90 ＋ (4X)/(πr) ]…(6)其中SA＊是由浸入液體中的極板面積A＊提供的電導;
SA′是由浸入液體中的極板面積A′提供的電導。
與此相似可得SB′= (ST)/2 [1- (θ)/90 + (4X)/(πr) ]…(7)這種情況下R= (S＇B)/(S＇A) …(8)將等式(6)、(7)以及(8)聯(lián)立並整理，可得θ＝90( (1-R)/(1+R) )( (4X)/(πγ) +1) …(9)由此而得出的校正系數(shù)a為a＝(1+ (4X)/(πγ) ) …(10)由此可以看出，當溫度引起X變化時，檢測角將發(fā)生相應的改變。
同時還可以看出，若一開始膜盒並不是剛好充滿一半體積的液體，則隨著這種原始的液面差異會產(chǎn)生一種誤差，這種誤差與導致液體水平面變化的溫度並無關(guān)系。然而，這種誤差可通過下面介紹的校準方法得到補償。
為了對因溫度造成的水平面變化進行補償，應選擇膜盒制件5和7的兩個端面9和11的厚度，使之隨著盒內(nèi)壓力變化而發(fā)生彈性變形。這種壓力變化是因溫度變化使得膜盒3中液體體積和氣體蒸汽壓力改變而引起的，如圖7所示(那是對溫度升高的情況而言的)。對于一定的端面厚度來說，制件5、7端面的變形將使膜盒3的體積增加，以與液體體積的增加相匹配，從而使液體17的水平面基本保持不變。通過以下的設計計算實例，可以形象地說明假設條件如下1.假設在一個密閉的局部充液的園柱形容器中，不計液體水平面隨溫度變化所產(chǎn)生的變化(或減小到忽略不計的程度)。
(注意這一原則還可以擴展到非園柱形容器。)2.液體具有正的體積熱膨脹系數(shù)，並且比容器的體積熱膨脹系數(shù)要大得多。
3.容器剩余空間所充的氣體或蒸汽所表現(xiàn)出來的壓力熱變化，在整個工作溫度范圍內(nèi)基本上是線性的。
4.制做容器的材料是均勻的，各向同性的，並具有單一的正的熱膨脹值。
(注意如果不能滿足是這一假設，這個原理還可以應用，只不過設計計算會變得更加復雜。)5.對于這個特定的設計來說，園柱形容器的軸是水平放置的。與容器的外形尺寸相比，容器壁是薄的，而且不得施加超出彈性限度的力。全部撓度都不大。
6.園柱形容器的直徑為D＝50毫米，軸向長度L＝10毫米。
設計計算如下1.不同的熱膨脹設想園柱形容器的直徑為D，其軸向長度為L，並用體積熱膨脹系數(shù)為ef的液體充填到與其直徑重合處。制做容器的材料的線膨脹系數(shù)為ev，如圖6所示的那樣。
線膨脹系數(shù)是在溫度T+δT范圍內(nèi)確定的。
直徑＝D(1+evδT)類似地，液體的體膨脹系數(shù)為ef時，液體的體積＝V(1+efδT)，其中V為溫度T時的原始體積。
在這種情況下，溫度為T時，容器的體積為 (πD2)/4 ，故在溫度T+δT時的新體積為(π)/4 [D(1+evδT)]2(1+evδT)= (πD2)/4 (1+…evδT)3(11)溫度為T時，液體的原始體積為 (πD2)/8 ，故在溫度T+δT時，液體的新體積為(πD2)/8 (1+efδT)所以，容器內(nèi)液體上升的高度為(液體的新體積-容器的新體積之半)/(直徑處的新X截面面積)(注意這里假設液體的水平面變化是很小的)。因此，液體水平面的升高等于
πD28(1+efδT)-πD28(1+evδT)3D(1+evδT)2]]>=πD8［1+efδT-(1+evδT)3］(1+evδT)2]]>將這個公式展開並略去ef和ev的高次冪，可得下式=πD8［efδT-3evδT ］1+2evδT]]>由于2evδT＜＜＜1，故上式可趨近為(πD)/8 δT(ef-3ev) …(13)需要指出的是，3ev是容器的體膨脹系數(shù)。
2.由于內(nèi)壓力造成的容器凸起對于一個在園周上簡支的扁平園形平板來說，在偏離中心，半徑為γ的任意一點的撓度，可由下式給出Y= (3Pa2(1-V2))/(8Et3) ［ ((5+V)a2)/(2(1+V)) + (r4)/(2a2) - ((3+V)r2)/((1+V)) …(14)
(參見ROARK用于應力及應變的公式。McGrawHill，第四版，第216頁，情況1。)其中 P-內(nèi)部壓力;
a-平板的半徑;
E-平板材料的楊氏模量;
t-平板的厚度;
V-平板材料的泊松比。(假定材料為各向同性。)由于這種撓度存在而帶來的體積增加，可由下式給出2π∫r=0r=aY·r·dr...(15)]]>(參見圖9)假設壓力/溫度關(guān)系滿足氣體定律，即(P2)/(P1) = (T2)/(T1)或者改寫成P2=P1(T2)/(T1)或者P=P2-P1=P1( (T2)/(T1) -1)≈ 1/239 P1/k(對于很小的溫度變化而言)。
(假設T1＝20℃＝293K)
所以，做為溫度的函數(shù)而凸起的體積，可由下式給出2π293·38·p1a2(1-v2)Et3∫r=0r=a[5+v2(1+v)a2+r42a2-(3+V)r21+V]r·d.]]>(毫米3/K)將以下數(shù)值代入公式P1＝0.1牛頓/毫米2(＝1巴);
a＝25毫米;
V≈0.4(對于聚酯來說，參照KEMPE)E≈2300牛頓/毫米2(VALOX材料的標稱值)。
積分之后可得2π293·38·0.1×252×0.842300t3∫0251205r+r51250-2.429r3dr]]>=183.559106t3250［1205r22+r67500-r41.6468］]]>= 31.56/(t3) (毫米3/K) …(16)3.讓熱膨脹與容器凸起相等選擇所用的典型材料的膨脹值
對于甲醇來說ef＝1190×10-6(體膨脹系數(shù))對于VALOX來說ev＝70×10-6(線膨脹系數(shù))(標稱值)由于熱膨脹帶來不同的體積變化＝液體高度變化×徑向截面＝ (πD)/8 (1190-3×70)×10-6D·L(由公式13求出。)其中L為容器的軸向長度，L＝10毫米所以上式= (π×502×10)/(8×106) (1190-210)=9.621毫米3／K9.621= 31.56/(t3)t3＝ 31.56/9.621∴t＝1.486毫米這里所做的計算是假定容器園柱形壁的壓力膨脹可以忽略不計，兩塊園形壁是等厚的。
若這些假定不存在，這個原理仍可使用。
為了計算方便，假設膜盒壁是在園周上簡支的，並具有均勻的厚度。對于技術(shù)熟練的人員的能力而言，可以做更精細的分析，比如對于特殊應用，可通過有限無法提供更加精確的公式(14)。
應當想到，這種原則也能夠應用到傾斜傳感器之外的其它應用中去。
上述溫度補償技術(shù)，還可以用于傾斜傳感器中其它元件的附加溫度補償。具體地講，如果傳感器測量的角度超出使用電極開關(guān)測量時電極A、B的允許測量范圍，就像前面提到過的整個360°傾角范圍，或是用作為專用積分電路(ASIC)組成部分的電子開關(guān)做電極開關(guān)時，則這樣的開關(guān)的電阻也是會隨著溫度變化的。
這種電阻會對測得的傳感器總電阻有所貢獻，故而，對計算電路和控制電路校準時，要把開關(guān)的電阻考慮進去(如下所述)。不過，要是不使用溫度傳感器，既使大大加強對存儲電容的校準，上面所做的校準仍不能補償溫度所引起的電阻起伏。
參照圖10可以說明開關(guān)電阻對測角的影響。做為一種可供使用的電極構(gòu)形，每個電極都與電阻γsw的模擬開關(guān)相連，所以可將膜盒的總檢測電阻比(R)變形如下R－1＝ 1/(R) ＝ (2rsw+Z2)/(2rsw+Z1) …(17)=2rsw+2ZT1-θ902rsw+2ZT1+θ90……(18)]]>
(來自等式1b+1c)展開並移項，可得θ2［ (α(R-1-1))/(902) ］+θ[ (R-1+1)/90 ](R-1-1)(1+α)=0…(19)其中α= (rsw)/(ZT) …(20)解關(guān)于θ的二次方程，並令θ＇=90 ((R-1-1))/((R-1+1)) …(21)(由3式出發(fā)，令R-1＝ 1/(R) ，θ′為算出來的角度)于是可得θ =-1±1+4α(1+α)(θ ＇90)22α90×θ ＇90……(22)]]>由于θ和θ′同號，且因α＜＜1，所以，由臺勞展開可得
θ ≈-1+1+2α(1+α)(θ ＇90)22α90×θ ＇90……(23)]]>=(1+α)θ＇由于γsw隨著溫度起伏(如上所述)，以及膜盒的總電阻ZT也隨溫度起伏，所以 ((1+rsw))/(ZT) 這一項與溫度有關(guān)。不過，還是可以看出，對于液體水平面和開關(guān)電阻來說，隨角度而變的補償系數(shù)a′是a＇=1+ 4/(π) · (x)/(r) + (rsw)/(ZT) …(24)正如先前討論過的，可以把膜盒設計成別的形狀，可使 4/(π) · (X)/(γ) 保持不變。不過，可把膜盒進一步變形，使 (rsw)/(ZT) 的變化補償?shù)侥撤N程度，來進一步減小補償系數(shù)a′與溫度的關(guān)系。在這種情況下，盒內(nèi)液體的水平面將隨溫度略有波動，以便對開關(guān)電阻及液體電阻的變化做附加補償。
例如，可以把補償系數(shù)a′改寫成與溫度相關(guān)的形式，即a′=1+rs,20(1+β·ΔT)ZT,20(1+α·ΔT)+4π·xyΔT.....(25)]]>
其中，△T表示在給定的溫度下(在本例中是20°)測量γsw和ZT值時溫度的變化，X是隨著溫度變化液體水平面的變化(單位是毫米/K)。
對于理想的溫度補償，rs, 20(1+β ·ΔT)ZT, 20(1+α ·ΔT)+4π·xr·ΔT=rs, 20ZT, 20]]>(26)由此可以得出X=rs, 20·rZs, 20·ΔT·π4［1-(1+β ·ΔT)(1-α ·ΔT)］]]>(27)當α和β很小時≈ (π)/4 · (rs,20)/(ZT,20) (α-β)r毫米/K …(28)按照前面11式至16式介紹過的類似方法，通過實驗，求出α和β，可算出所需要的X值並對膜盒的幾何形狀進行設計，以便對高度變化X不是零的情況，提供必要的補償。
通常，可根據(jù)溫度進行膜盒的變形設計，來維持膜盒的電轉(zhuǎn)換並使所有外部檢測電路都與溫度無關(guān)，或者至少能在所要求的溫度范圍內(nèi)提供“最佳”狀況。在這種情況下，可以憑經(jīng)驗確定與膜盒有關(guān)的溫度，並按照前面介紹過的方式做膜盒變形設計來提供最有效的溫度補償。
如上所述，在膜盒和傳感器中存在很多初始的條件(它們並不隨著溫度引起的變化而改變)，就要對膜盒和傳感器進行校準，以便把這些初始條件考慮進去。
一般說來，由上述膜盒及相關(guān)聯(lián)的檢測電路測出的角度(θ′)與實際傾斜角(θ)由下式聯(lián)系起來θ＝C0+C1θ′+C2θ′2+C3θ′3+…+Cnθ′n…(29)＝a＊θ′+b …(30)其中，a＊＝C1+C2θ′+C3θ′2+…+Cnθ′(n+1)…(31)b＝C0校正系數(shù)a＊和b的大小，在某種程度上與電極在膜盒內(nèi)的位置有關(guān)。電極在布局方面的任何偏差都會導致校正系數(shù)的變化。所以，對于A、B或C、D每對電極而言，常會有不同的校正系數(shù)a＊、b。
許多發(fā)明人都發(fā)現(xiàn)，對校正系數(shù)a＊的主要影響，與初始液面對于測量電極的變化有關(guān)，這種變化是與傾斜角成線性關(guān)系的，就像公式10所明顯看出的那樣。所以，對于具有合理的制造公差的膜盒而言，系數(shù)C2，…Cn要比C1小。
從(26)式可以看出，有了這種近似，實際傾角θ就是檢測角θ′的線性函數(shù)。于是，如果畫出θ對θ′的關(guān)系曲線，得到的那條直線的斜率就能給出a＊。所以，把膜盒放成兩個已知角度θ1和θ2，再測出對應的檢測角θ1′和θ2′，就能提供足夠的數(shù)據(jù)，來確定兩點間所連直線的斜率並給出a＊。繼而，利用初始條件在原點(O0)處，θ＝θ′，就可以算出b來，即0＝θ＝a＊θ′+b→b＝-a＊θ′(θ＝0) …(33)由于校正系數(shù)b取決于電極與測量表面間的關(guān)系，如果把膜盒倒置，為了給出適當?shù)难a償，就必須改變校正系數(shù)b的正負號。
在膜盒的制造階段，可將a＊和b的值存入程序可控只讀存儲器(PROM)中，在計算實際傾角時，供計算電路和控制電路使用。
對圖1所示的膜盒進行a＊值的計算時，最好把已知角選為±45°。這是因為，盡管C2，…Cn都很小，但它們?nèi)匀粚嵌葴y量有某些影響。通過在對于極板對為有效的角度范圍的端值處選擇實際角度，又通過使所得的直線能夠經(jīng)過原點(θ＝θ′＝0)(見33式)，就能在整個檢測范圍內(nèi)得出對補償進行校正的合理分布。
應當指出，極板(比如A、B)的這種電極構(gòu)形不是用于測量0°，就是用來測量180°，這要取決于傾斜測量表面21是倒置的，還是恰好朝上的。為了能夠識別這兩種情況(或任何別的同樣情況)，即電極A、B以相等的面積浸入液體，而角度位置上的差異與表面21的布局有關(guān)，可以用電極C和D測量同一個角度，得到與傾斜測量裝置的兩種可能傾角有關(guān)的附加信息。由此可以看出，對于用極板A、B所能測得的兩種“等效”傾斜來說，與極板C、D有關(guān)的液體位置也是不一樣的。
對于圖1和圖8所示膜盒內(nèi)部電極排列，有如下關(guān)系。
表3 這種關(guān)系隨后還可以用在計算電路中，以便判別系數(shù)b應當加還是減。
權(quán)利要求
1.一種局部充有液體的膜盒，液體體積變化是溫度的函數(shù)，而且膜盒能夠隨著溫度所引起的盒內(nèi)壓力變化發(fā)生彈性變形，以致膜盒的內(nèi)部體積能隨溫度變化，因此應選擇膜盒壁的外形尺寸及制做材料，在膜盒內(nèi)液體水平面與溫度之間提供予定的關(guān)系。
2.如權(quán)利要求
1所說的膜盒，其中所指的預定關(guān)系是在整個溫度范圍內(nèi)，液體的水平面基本上保持不隨溫度發(fā)生變化。
3.如權(quán)利要求
1或2所說的膜盒，是由塑性材料構(gòu)成的。
4.如權(quán)利要求
3所說的膜盒，其中的塑性材料是聚丁烯對酞酸鹽。
5.如權(quán)利要求
3或4所說的膜盒，其中的塑性材料是用玻璃珠加強了的。
6.如上述任何一條權(quán)利要求
所說的膜盒，其中的液體含有甲醇。
7.如上述任何一條權(quán)利要求
所說的膜盒，是由中空的園柱體構(gòu)成的，園柱體所配置的兩個端壁能隨上述壓力變化發(fā)生變形，而園柱體的園柱形側(cè)壁則對上述壓力變化沒有反應。
8.如上述任何一條權(quán)利要求
所說的膜盒，由彼此銜接在一起的第一制件和第二制件構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求
7所說的膜盒，由中空園柱形零件以及第一園盤和第二園盤構(gòu)成，每個園盤都與園柱形零件的一端銜接。
10.包含權(quán)利要求
1至9任一權(quán)利要求
所述膜盒的傾斜傳感器，還包括多個檢測液體電學特性並與膜盒相連的電極，所說的電學特性能隨膜盒繞參考軸的傾斜發(fā)生變化，從而使傳感器所具有的電傳輸作用是傾角的函數(shù)。
11.如權(quán)利要求
10所說的傳感器，其中所說的予定關(guān)系要選得能在整個溫度范圍內(nèi)對上述傳輸作用提供對溫度的補償。
12.如權(quán)利要求
10所說的傳感器，進一步還包括能將電極連接成所需要的多種構(gòu)形的開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置所具有的電傳輸作用，是溫度的函數(shù)。
13.如權(quán)利要求
12所說的傳感器，其中所說的予定關(guān)系要選得能在整個溫度范圍內(nèi)，對膜盒與開關(guān)裝置的聯(lián)合的電傳輸作用提供對溫度的補償。
14.如權(quán)利要求
10至13中任一權(quán)利要求
所說的傳感器，其中所說的多個電極包括配置在膜盒內(nèi)的第一電極和第二電極，第一與第二電極浸入液體中的相對程度，顯示出膜盒繞參考軸並相對于第一參考角的傾斜角。
15.如權(quán)利要求
14所說的傳感器，其中所說的多個電極進一步還包括配置在膜盒內(nèi)的第三和第四電極，第三和第四電極浸入液體中的相對程度，顯示出膜盒繞參考軸並相對于與第一參考角不同的第二參考角的傾斜角。
16.如權(quán)利要求
15所說的傳感器，其中第一和第二參考角，是指第一和第二電極或者第三和第四電極同等浸入液體時的角度。
17.如權(quán)利要求
15或16所說的傳感器，其中第一至第四電極的排列，應使膜盒繞參考軸的任意一個傾角至少能被包含在第一和第二個角度范圍之一里面。
18.如權(quán)利要求
15至17中任一權(quán)利要求
所說的傳感器，其中第一和第二參考角是正交配置的。
19.如權(quán)利要求
14至18中任一權(quán)利要求
所說的傳感器，其中第一及第二電極基本上是半園形的，而且是在參考軸附近彼此分隔開的。
20.如權(quán)利要求
15至19中任一權(quán)利要求
所說的傳感器，其中第三及第四電極基本上是半園形的，而且是在參考軸附近彼此分隔開的。
21.一種包含權(quán)利要求
14至20中任一權(quán)利要求
所說的傳感器的傾斜測量裝置，其中傳感器是相對于平行參考軸的測量表面安裝的，從而，測量表面的傾斜必然導致傳感器膜盒的相應傾斜。
22.一種局部充有液體的膜盒，膜盒壁的構(gòu)造，需使膜盒壁隨著因溫度所致的盒內(nèi)壓力變化而發(fā)生彈性變形，以保持盒內(nèi)液體水平面基本不變。
23.如權(quán)利要求
22所說的膜盒，是由塑性材料制成的。
24.如權(quán)利要求
23所說的膜盒，其中的塑性材料是聚丁烯對酞酸鹽。
25.如權(quán)利要求
23或24所說的膜盒，其中的塑性材料是用玻璃珠加強了的。
26.如權(quán)利要求
22至25中任一權(quán)利要求
所說的膜盒，其中的液體含有甲醇。
27.如權(quán)利要求
22至26中任一權(quán)利要求
所說的膜盒，由中空的園柱體構(gòu)成，園柱體配置的兩個端壁能隨上述壓力變化而發(fā)生變形，而園柱體的園柱形側(cè)壁則對上述壓力變化沒有反應。
28.如權(quán)利要求
22至27中任一權(quán)利要求
所說的膜盒，是由彼此銜接在一起的第一制件和第二制件構(gòu)成的。
29.如權(quán)利要求
27所說的膜盒，由中空的園柱形零件、鉗口和與園柱形零件每端銜接的第二個園形端件構(gòu)成。
30.包含權(quán)利要求
22至28中任一權(quán)利要求
所說的膜盒的傾斜傳感器。
31.如權(quán)利要求
30所述的傳感器，其中的膜盒進一步還包括按一定方式排列的多個電極，以便能同液體相接觸。
32.如權(quán)利要求
31所說的傳感器，其中所說的多個電極包括配置在膜盒內(nèi)的第一電極和第二電極，第一和第二電極浸入液體中的相對程度，顯示出膜盒繞參考軸並相對于第一參考角的傾斜角。
33.如權(quán)利要求
32所說的傳感器，其中所說的多個電極進一步還包括配置在膜盒內(nèi)的第三電極和第四電極，第三和第四電極浸入液體中的相對程度，顯示出膜盒繞參考軸並相對于與第一參考角不同的第二參考角的傾斜角。
34.如權(quán)利要求
33所說的傳感器，其中第一和第二參考角，是指第一和第二電極或者第三和第四電極同等浸入液體時的角度。
35.如權(quán)利要求
33或34所說的傳感器，其中第一至第四電極的排列，應使膜盒繞參考軸的任意一個傾角，至少能被包含在第一和第二個角度范圍之一里面。
36.如權(quán)利要求
33至35中任一權(quán)利要求
所說的傳感器，其中第一和第二參考角是正交配置的。
37.如權(quán)利要求
32和36中任一權(quán)利要求
所說的傳感器，其中第一及第二電極基本上是半園形的，而且是在參考軸附近彼此分隔開的。
38.如權(quán)利要求
33至36中任一權(quán)利要求
所說的傳感器，其中第三及第四電極基本上是半園形的，而且是在參考軸附近彼此分隔開的。
39.一種包含權(quán)利要求
32至38中任一權(quán)利要求
所述傳感器的傾斜測量裝置，其中傳感器是相對于平行參考軸的測量表面安裝的，從而，測量表面的傾斜必然導致傳感器膜盒的相應傾斜。
40.一種局部充有液體的膜盒構(gòu)成的傾斜傳感器的校正方法，膜盒中液體的位置能夠顯示出該膜盒繞參考軸的轉(zhuǎn)角，盒內(nèi)配置多個電極，以便在一定的傾角范圍內(nèi)對上述位置進行檢測，激勵電源、檢測電路以及用以將上述電極連接在激勵電源和檢測電路上能夠測量液體的許多電學特性的裝置，所有這些，一起用來指示上述位置，這種校正方法所包括的步驟是將傳感器至少安置在兩種已知角度θ，測出相應的檢測角θ′並從已知角和檢測角計算出校正值a和b，其中θ＝aθ′+b
41.如權(quán)利要求
40所說的方法，其中a至少在上述一部分角度范圍內(nèi)為取值不變的。
42.如權(quán)利要求
41所說的方法，當θ為零時，其中的b值取為-aθ′。
43.如權(quán)利要求
40至42中任一權(quán)利要求
所說的方法，其中的傳感器包括第一電極對和第二電極對，前者的排列方式是為了在上述角度范圍之第一部分內(nèi)進行角度測量，后者的排列方式是為了在前述角度范圍之第二部分內(nèi)進行行角度測量。
44.如權(quán)利要求
43所說的方法，其中所說的第一部分包括的角度范圍是α，上述第一電極對的排列方式是為了在上述角度范圍的更多部分內(nèi)測量角度，其所包括的角度范圍是180°+α，當在上述的更多的部分內(nèi)測量角度時，上述系數(shù)b的取值與所說第一部分的系數(shù)b大小相等符號相反。
45.如權(quán)利要求
43所說的方法，其中所說的第二部分包括的角度范圍是β，上述第二電極對的排列方式是為了在更多的角度范圍180°+β內(nèi)測量角度的，當在上述更多的角度范圍測量角度時，上述系數(shù)b的取值與所說第二部分的系數(shù)b大小相等符號相反。
專利摘要
一種傾斜測量裝置，其傳感器是由局部充有導電液體的膜盒3構(gòu)成的。盒內(nèi)配置有能與該液體接觸的電極A、B、C、D。將電信號加在電極C、D間以及A和B上，可得到電極A及B浸入液體程度的指示信號。這兩個信號的比值，用來顯示該膜盒關(guān)于參考軸0的傾斜角。這個傾斜角還與電極A、B間的空隙所限定的參考角有關(guān)。
文檔編號A61K31/22GK87100808SQ87100808
公開日1987年9月2日 申請日期1987年1月23日
發(fā)明者斯蒂芬·詹姆斯·貝茨, 凱爾文·羅杰·戴維斯, 安德魯·詹姆斯·默里 申請人:杜拉塞爾國際公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan