DE1953473A1

DE1953473A1 - Beschleunigungs-Fuehler

Info

Publication number: DE1953473A1
Application number: DE19691953473
Authority: DE
Inventors: Fox Terrence Stanley; Driskill Glen Wade
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Unisys Corp
Priority date: 1968-10-23
Filing date: 1969-10-23
Publication date: 1970-05-27
Also published as: US3604275A; FR2021365A1; GB1289719A; DE1953473C3; FR2021365B1; DE1953473B2

Description

PATENTANWÄLTE ... DIPL-ING. CURT WALLACH

DR. TINO HAIBACH

8 München 2, 23. Oktober 1969

UNSER ZE.CHEN: ^⁰T ~ ^K/^VM

Sperry Rand Corporation, New York, USA.

Beschieunigungs-Fühler

Die Erfindung bezieht sich auf Fühler, die auf Schwerkraft und andere Beschleunigungswirkungen von Körpern ansprechen, auf denen sie montiert sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf

-FüflLer elektrolytische Fülller oder Flüssigkeitspegel/uncf auf Verfahren zur Herstellung derartiger Fühlvorrichtungen.

Elektrolytische oder Flüssigkeitspegel-Beschieunigungs- und Lage-Fühler, wie sie heutzutage üblicherweise benutzt werden, insbesondere in Verbindung mit Kreiselgeräten für Flugzeuge, besitzen Rohre, die teilweise mit einer Flüssigkeit angefüllt öind, wobei die Rohre entweder gekrümmt oder gerade ausgebildet sind, wie dies z.B. in der US-Patentschrift 2 945 38I beschrieben ist. Diese Fühler sind gewöhnlich direkt mit einem mit Mittelabgriff ■ versehenen Steuerfeld eines Drehmomentenmotors verbunden und das Ausgangsdrehmoraent des Drehmomentenmotors wirkt dann in der Weise, daß der Kreisel in einer solchen Richtung einer Präzession unterworfen wird, daß der vom Flussigkeitsfühler festgestellte Fehler ausgelöscht wird. Der Proportionalbereich der meisten Flüssigkeitsfühler mit gekrümmtem Rohr liegt bei 1/2 Grad bis 1 Grad.

009822/0267

Demgemäß ist gewöhnlich eine zweite Kühlvorrichtung notwendig, wenn es erforderlich ist, die Kreiselaufrichtung während Beschleunigungsvorgängen zu beseitigen. Außerdem führt eine kontinuierliche Arbeitsweise des Flüssigkeitsfühlers am oberen Strombegrenzungswert plus intermittierendem Betrieb bei höheren Strompegeln für schnelle Aufrichtung zu einer relativ niedrigen Lebensdauer der Fluss igkeits fühl er bei den gebräuchlichen Kreiselgeräten und stabilisierten Plattformen.

Außerdem ändert sich der Elektrolytwiderstand eines Flüssigkeitspegels in dem Betriebstemperaturbereich in einem Verhältnis bis zu 20:1. Wenn der Flüssigkeitspegel-Fühler ein Reihenelement im Drehmomentsteuerfeldkreis ist, dann ergeben sich enge Grenzen hinsichtlich der Ausbildung eines Drehmomentenmotors und einer Kompensation der Aufriehtgeschwindigkeitsveränderung über dem Temperaturbereich. Vertikalverschiebungen infolge Temperatüränderungen in der Umgebung rufen auch große Fehler in dem Signal der heutzutage benutzten Fühler hervor. Dies ist in erster Linie eine Folge der Volumenänderung des Elektrolyten bei Temperaturänderungen. Der Elektrolyt kann bei Ausdehnung eine Elektrode völlig umschlingen, während er andererseits sogar außer Berührung mit dieser stehen kann.

Das schwerwiegendste Betriebsproblem bei Flussigkeitspegel-Fühlern mit gekrümmtem Rohr liegt jedoch in der empfindlichkeit gegenüber sinusförmigen zufälligen und spektralen Vibrationen. Diese Empfindlichkeit manifestiert sich selbst in einer "!Instabilität", d.h. in einem Abbrechen oder Schäumen der Elektrolytgas-Flüssigkeitsgrenzfläche. Die Wirkung auf "Aufrichtflüssigkeitspegel" besteht darin, Verluste der Drehmomentsteuerung und der Vertikalfühlfunktionen des Fühlers zu bewirken. Bei "Aufriehtabschalt"-Fühlern bewirkt ein Abbrechen des Elektrolyten einen völligen Verlust von Aufrichtungen und dies führt zu einem Kreiselgerät mit freier Abtrift und dies ist sehr unzweckmäßig.

009822/0267

Gemäß einem Merkmal der Erfindung besteht der Elektrolyt-Fühler aus einem hohlen rohrförmig ausgebildeten, elektrisch nicht leitenden Bauteil in Gestalt eines im wesentlichen symmetrischen Torus, wobei eine erste und zweite Elektrode, die von gleicher Gestalt sind, in dem hohlen Rohr diametral bezüglich des Torus gegenüberliegend angeordnet sind, wobei ein Elektrolyt teilweise das hohle Rohr ausfüllt und teilweise Abschnitte der ersten und zweiten Elektrode eintauchen, um ein elektrisches Signal gemäß dem relativen Tauchzustand von erster und zweiter Elektrode gegenüber der jeweils anderen zu erhalten.

Vorzugsweise hat das Rohr einen inneren Querschnitt mit einer charakteristischen Abmessung, um eine stabile Flüssigkeitsoberfläche als Funktion wenigstens der charakteristischen Dimension, Beschleunigungskräfte und Dichte der Flüssigkeit zu erhalten. Die innere Querschnittsfläche des hohlen Baμteils kann gemäß der Bond-Zahl konstruiert und angeordnet werden, die gleich ist dem Quadrat des Innenradius des Rohres multipliziert mit der störenden Beschleunigung, der Dichtedifferenz von Elektrolyt und zweitem Strömungsmittel und dividiert durch die Oberflächenspannung multipliziert durch die Erdbeschleunigung.

Der hohle Bauteil kann einen Leitungsabschnitt mit verminderter Querschnittsfläche aufweisen und zwischen den Elektrodenpaaren befindlich sein, um die Elektrolytströmung durch diese Einschnürung zu dämpfen oder zu steuern.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung eines ,elektrolytischen Fühlers in der Weise durchgeführt, daß zunächst ein Glasrohr in Gestalt eines Torus mit einem bestimmten Durchmesser hergestellt wird, daß dann erste und zweite Paare von im Abstand zueinander liegenden bogenförmigen Elektroden hergestellt werden, deren Radius so bemessen ist, daß sie in das hohle Torusrohr einpassen, daß dann die Elektroden in den Torus so eingefügt werden, daß jedes Paar diametral bezüglich des Torus

• A 009822/0267

gegenüberliegt, daß die Elektrodenpaare an der Innenwand des Rohres festgelegt werden, daß ein Plüssigkeitsdämpfungsabschnitt in dem hohlen Rohr zwischen den Elektrodenpaaren gebildet wird und daß das Rohr mit einem Elektrolyten bis zu einem Pegel angefüllt wird, bei welchem die Elektrodenpaare teilweise eintauchen.

Die Querschnittsfläche des Torusrohres wird relativ klein und gleichmäßig gehalten, um die freie Oberfläche des Elektrolyten auf ein Ausmaßau vermindern, derart, daß die freie Oberfläche so klein gemacht wird, daß keine Neigung zu einem sinusförmigen Abbrechen des Elektrolyten besteht, wie dies bei heute gebräuchlichen Plüssigkeitspegeifühlern der Pail war. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Torusfühler eine Temperaturkompensation infolge seiner symmetrischen Gestalt bewirkt. Eine Ausdehnung und Zusammenziehung des Elektrolyten erfolgt symmetrisch bezüglich der beiden Elektrodenpaare und so bleibt die elektrische Nullcharakteristik konstant und eine Vertikalabtrift von den Eichtemperaturen infolge Temperaturänderungen wird vermindert.

Ein wichtiges weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein ausgedehnter Pühlbereich gewonnen wird und eine vorzügliche Linearität, so daß der Ausgang auch in Verbindung mit einem Aufrichtverstärker benutzbar ist, der als Signalquelle bei niedrigen Stromdichten mit verbesserter Genauigkeit und längerer Lebensdauer arbeitet. Die Benutzung eines Aufrichtverstärkers schafft auch die Möglichkeit, den Drehmomentenmotor als hochwirksame ausgeglichene Phaseneinrichtung zu benutzen und es wird die Möglichkeit geschaffen, daß das gesamte Aufrichtsteuersystem leicht bezüglich der Temperatur kompensiert werden kann. Der Torus-Elektrolyt-Fühler nach der Erfindung besitzt infolge seiner geometrischen Konfiguration variable Parameter zur Auslegung auf das Vibrationsfrequenzansprechen, die Verstärkung und die Dämpfverhältnischarakteristiken auf einen Optimalwert je nach der speziellen Anwendung.

009822/0267

Außerdem kann der Fühler auf einem Kreiselgerät,z.B. einer stabilisierten Plattform, gelagert werden, wobei der Mittelpunkt des Torus auf die Empfindliehkeitsaehse des Gerätes in der Weise ausgerichtet ist, daß der Massenmittelpunkt des Elektrolyten keinen Einfluß auf die Neigung des Kreiselgerätes gegenüber der Empfindliehkeitsaehse bewirkt, wodurch die gyroskopische Abtrift eliminiert wird. Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Frontansicht eines Flüssigkeitspegel -Fühlers,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 gemäß Fig.l,

Fig. 3 eine Einzelheit der Fig.l, wobei gewisse Teile weggelassen | sind,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Bond-Zahl in Abhängigkeit von der Störfrequenz bei einem Flüssigkeitspegel-Fühler der Bauart nach Fig.l,

Fig. 5 eine graphische Darstellung, die den Spannungsausgang in Abhängigkeit vom Neigungswinkel des Flüssigkeitspegel-Fühlers nach Fig.l zeigt,

Fig. 6 eine teilweise geschnittene Ansicht einer stabilisierten Plattform mit dem erfindungsgemäßen Fühler.

Im folgenden wird auf Fig.l der Zeichnung bezuggenommen. Der Flüssigkeitspegel-Fühler 10 besteht aus einem hohlen Glasrohr 11 in Gestalt eines im wesentlichen symmetrischen Torus gewünschten Durch- ' messers mit einem ersten Ende 12 und zweiten Ende 13· Die im Abstand zueinander liegenden Elektroden 14 eines ersten Elektrodenpaares sind bogenförmig so gestaltet, daß sie sich dem Radius des Torusrohres 11 anpassen und sie sind durch das Ende 12 des Rohres 11 eingeführt und erstrecken sich über einen vorbestimmten Winkelbereich, z.B. über 115°, während das Rohr 11 sich über 320° erstreckt. In gleicher Weise sind die Elektroden 15 eines zweiten Elektrodenpaares im Abstand zueinander durch das Ende 13 des Rohres eingeführt und erstrecken sich über den gleichen Winkel-

009822/0267

abstand wie die Elektroden 14·, wodurch diametral gegenüberliegende symmetrische Paare von Elektroden 14 und 15 geschaffen werden. Vorzugsweise besteht jedes Elektrodenpaar 14,15 aus Drähten, z.B. aus Platin, mit einem Durchmesser der genügend groß ist, jede Elektrode selbsttragend zu gestalten. Die Elektroden jedes Paares werden durch Glasperlen 16,17 und 18,19 im Abstand zueinander gehalten und die Perlen in jedem Paar sind winkelmäßig um 90° versetzt, bevor eine Einfügung in das Rohr 11 erfolgt.

Die Perlen 1δ und 19 sind deutlicher aus Fig.2 erkennbar, wo sie bereits mit der Innenwand 20 des Rohres 11 verschmolzen sind. Die Glasperlen 16,17,18 und 19 sind nur mit einer Seite der Innenwand 20 verschmolzen, um zu verhindern, daß Blasen des Elektrolyten 50 im Rohr eingeschlossen werden.

Die Enden 12 und 15 des Rohres 11 werden abgeschlossen, nachdem die Elektroden eingefügt sind, so daß eine flüssigkeitsdiehte Anordnung geschaffen wird, wobei sich die Enden der Elektrodenpaare 14 und 15 durch diesen Verschluß hindurch erstrecken und an elektrische Verbindungen angeschlossen werden können. Eine Leitung 25 ist nahe den Enden 12,15 zwischen die Elektroden 14 und 15 geschaltet, um einen Elektrolytströmungspfad dazwischen zu schaffen.

Wie im einzelnen aus Fig.5 ersichtlich, besitzt die Leitung 25 einen Abschnitt 26 mit vermindertem Durchmesser, wodurch die Flüssigkeitsströmung auf den gewünschten Grad vermindert wird und eine Dämpfungswirkung erreicht wird. Die Leitung 25 ist mit dem Rohr 11 über weitere Leitungen 27 und 28 in der Nähe der Enden 12 und 15 verbunden. Wie aus Fig.2 ersichtlich, sind die Leitungen 27 und 28, von denen nur die erstere ersichtlich ist, in einem Winkel von z.B. 10 gegenüber dem Rohr 11 angestellt, um zu gewährleisten, daß keine Blasen in der Hauptleitung 25 oder den Leitungen 27 und 2& eingeschlossen bleiben, wenn der Flüssigkeitspegel-Fühler 10 großen Neigungen um die Empfindlichkeitsachse 29 (Fig.l) ausgesetzt wird.

009822/0267

Im folgenden wird auf Fig.l bezuggenoramen. Der Elektrolyt 30 wird in das Rohr 11 über ein PUllrohr 31 eingefüllt, bis der Elektrolyt das Rohr 11 etwa halb bis zu der Niveaulinie A-A anfüllt und danach wird das Einfüllrohr 31 verschlossen.

In der Praxis sind die Elektrodenpaare lA und 15 in einer herkömmlichen Wheatstone*sehen Brückenschaltung (nicht dargestellt) angeordnet, wobei eine gemeinsame Elektrode dadurch erhalten wM, daß jeweils eine Elektrode jedes Paares verbunden wird. Wenn das Torusrohr 11 bis zur Bezugslinie A-A mit dem Elektrolyten 30, wie aus Fig.l ersichtlich, angefüllt ist, besteht eine Nullbedingung, da' beide Paare von Elektroden 14 und 15 gleich eingetaucht sind und ein Nullspannungspotential zwischen den aktiven oder äußeren Evlektroden jedes der Paare 14 und 15 vorhanden ist, wenn die Elek- ä troden in die Brückenschaltung eingeschaltet sind. Wenn eines der Elektrodenpaare weiter in den Elektrolyten 30 eintxaucht als das andere, z.B. Infolge einer Beschleunigungswirkung oder infolge einer Neigung des Torusrohres, wird ein Signal mit einer Amplitude und Phase gemäß der Größe und Richtung der Beschleunigung oder Neigung geliefert.

Gemäß der Erfindung ist der Fühler 10 so ausgebildet, daß er eine Oberflächenstabilität zwischen den verschiedenen Strömungsmitteln innerhalb des Rohres bietet. Der Fühler 10 kann irgendeine geeignete Kombination von Strömungsmitteln benutzen, z.B. Flüssigkeit und Gas oder zwei nicht mischbare Strömungsmittel unterschiedlicher Dichte. (

An der Zwischer\fläche 32 zwischen den Strömungsmitteln unterschiedlicher Dichte werden Bedingungen von Oberflächenkräften und Beschleunigungskräften definiert durch eine dimensionslose Zahl, die als Bond'sehe Zahl (B) bekannt ist. Diese Bond'pche Zahl errechnet sich wie folgt:

β ,

0 ⁸

009822/0267

Dabei ist:

R: die charakteristische Dimension, z.B. der Innenradius

des Rohres 11, g: Beschleunigung (aufgeprägte Störkraft)

^P= P 2 " ? I^{s die Dii>i>erenz der} Dichte der beiden Strömungsmittel

0 : die Oberflächenspannung g_n: Erdbeschleunigung

Die Konstante^!lC" ist typischer Weise abhängig von "f", d.h. von der Störfrequenz. Qualitativ ist die Bond'sehe Zahl höchst bedeutend bezüglich der Anzeige funktioneller Durchführungen bei hoher Erregungsfrequenz (d.h. größer als 7 Hz). Die Weber'sche Zahl (W) ist bestimmend bei niedriger Frequenz, wenn die'Massenkräfte wichtiger werden. Die Weber'sehe Zahl ist definiert als das Verhältnis der Oberfläche zu den Massenkraften:

4 V ο g

W =

Dabei ist:

d : Oberflächenspannung

V: Geschwindigkeit

g : Erdb es chieunigung

g: Beschleunigung (aufgeprägte Störkraft)

d: charakteristische Dimension

P : Dichte

Die Proude-Zahl (F) ist ein dimensions los es Maß von Massenkraft und Erdbeschleunigung:

F = Dabei ist:

V: Geschwindigkeit g: Beschleunigung (aufgeprägte Störkraft) d: charakteristische Dimension.

009822/0267

Diese drei dimensionslosen Gruppen können wie folgt in Zusammenhang gebracht werden:

Zusammen bilden sie Kennzeichen zur Analyse der Oberflächenstabilität.

Im Hinblick auf die Anwendung bei Kreiselgeräten ist die Bond'sche dimensionslose Gruppe die wichtigste. Der Grund hierfür besteht darin, daß andere Auslegungsbetrachtungen erfordern, daß Vibrationsisolationssysteme vorgesehen werden müssen, um die Kreiselkomponenten in ihrer normalen Betriebsumgebung zu schützen und diese Erfordernisse sind bei Flüssigkeitspegeln nicht gegeben. Die Charakteristiken dieser Isolationssysteme sind derart, daß eine f Verstärkung von 15 -30 Hz-Signalen bewirkt wird. Die unerwünschte Verstärkung kann dreimal so groß wie der Eingang sein. Dies bedeutet, daß die B-Zahl ansteigt:

verstärkt ~ ^J Eingang

Eine Änderung von 300# in der Bond*sehen Zahl ist eine drastische Änderung in einer unerwünschten Richtung im Lichte der verfügbaren Bereiche der anderen Parameter R,f und ξ betrachtet.

Eine graphische Darstellung der kritischen Bond'sehen Zahl als Funktion der Störfrequenz, d.h. der Vibration, ist in Fig.4 dargestellt. Der Bereich rechts der Kurve bildet eine stabile Flüssigkeitsfläche, während der Bereich links der Kurve eine unstabile Bedingung anzeigt. Die strichlierten Abschnitte der Kurve sind extra-poliert.

Ein Toruselektrolyt-Fühler gemäß Fig.l bis 3, der die folgenden Charakteristiken aufwies, hat sich als zweckmäßig für eine Kreiselanwendung erwiesan. Jede Elektrode besteht aus einem Platindraht von 0,017" Durchmesser, wobei der Abstand zwischen den Elektroden eines Paares 0,050" beträgt. Der Innendurchmesser des Torusrohres

009822/0267

11 beträgt 0,150", wobei die Därnpfungsleitung 25 einen Innendurchmesser von 0,058" besitzt. Der Gesaratdurchmesser des Fühlers 10 betrug 2,2". Der Elektrolyt 30 besteht aus einer niedrigen Normalsalzlösung in Alkohol. Eine typische Ausgangskurve eines Toruselektrolyt-Flüssigkeits-Fühlers 10 ist in Fig.5 dargestellt, worin eine Anzeige des Spannungsausgangs gegenüber dem Neigungs-

ge
winkel auftragen ist. Es ist festzustellen, daß die Linearität außerordentlich genau über einen weiten Bereich von Neigungswinkeln erhalten bleibt.

Bei dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die im Abstand zueinander angeordneten Elektroden in der Ebene des Hauptdurchmessers des Torusrohres 11. Dies verhindert die Erzeugung von fehlerhaften Signalen bei Querneigungs- und Längsneigungsfühlern bei hohen Winkeln, abhängig von der kardanischen Aufhängung. Wenn die im Abstand angeordneten Elektroden in einer Ebene senkrecht zu der vorerwähnten Ebene des Hauptdurchmessers lägen, würde ein Fehlersignal erzeugt, wenn das Rohr 11 um seinen horizontalen Hauptdurchmesser geneigt würde.

Stattdessen könnte eine Elektrodenanordnung benutzt werden, bei der z.B. diametral gegenüberliegende Einzelelektroden anstelle der Elektrodenpaare innerhalb des Rohres 11 benutzt werden, wobei diese Einzelelektroden in Kombination mit einer Innenplattierung aus leitfähigem Material zusammenwirken, wobei die Innenplattierung in der Nähe der jeweiligen Elektroden liegt, wodurch in zweckmäßiger Vfeise diametral gegenüberliegende Paare von im Abstand zuein ander liegenden Elektroden gebildet werden, die,wie oben erwähnt, in einer Wheatstone¹sehen Brückenschaltung angeordnet werden könnten.

Wenn der Flüssigkeitspegel-Fühler 10 im Zyklus über geringe Neigungsbeträge im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn bewegt wird, besteht eine Hysterese von im wesentlichen Null, wenn dem

009822/0267

Fühler genügend Zeit gelassen wird, sich zurückzustellen. Wenn jedoch große Verstellbewegungen auftreten, werden der obere Abschnitt der Elektroden JA,15 und die Innenwände des Rohres 11, wie in Fig.l ersichtlich, durch den Elektrolyt 30 benetzt. Bei gewissen Ausführungen kann es dann 2 Minuten dauern, bis z.B. eine Rückstellung auf Null von einem Ausschlagswinkel von 0,1° aus erfolgt. Dieses Problem kann dadurch überwunden werden, daß die Innenwandungen des Torusrohres 11 mit Silikonöl bestrichen werden, daß dann das öl in die Glasoberfläche eingebrannt wird. Dann sind nur wenige Sekunden erforderlich, um eine annehmbare Nullanzeige selbst bei Vorhandensein großer Neigungswinkel zu erhalten.

Die folgenden erwünschten Charakteristiken eines Aufrichtsteuerbeschleunigungsmessers werden durch die Erfindung erlangt:

1. großer Pendeleffekt und geringe Hysterese, um eine hohe vertikale Genauigkeit zu erzielen,

2. ein Schwerkraftfühler, der durch Vibration nicht beeinflußt wird,

3. eine hohe Strömungssteuerung für ausgedehnte Vibrationsintensitäten bei sehr niedrigen Frequenzen.

Die Strömungssteuerung wird eingestellt, um ein optimales Frequenzansprechen durch Einstellung der Querschnittsfläche der Dämpfungsleitung 25 zu erhalten.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung wird in Verbindung mit Fig.6 der Zeichnung erkennbar. Diese Figur zeigt den Toruselektrolyt-Fühler 10 derart eingebaut, daß sein Mittelpunkt mit der Längsneigungsachse 35 einer stabilisierten Plattform 36 zusammenfällt. Die Plattform 36 trägt beispielsweise einen Richtungskreisel 37» der auf einer Plattform 30 gelagert ist, an der ein Vertikalkreisel 39 festgelegt ist. Wenn der Torus-Füh-

009822/0-267

ler 10 in der Weise montiert ist, daß er die Empfindlichkeitsachse 35 umschließt, um welche herum die Neigung abgefühlt werden soll, dann ist keine Koerzitivkraft vorhanden, die ein unerwünschtes Drehmoment der Plattform 36 aufprägt, während die Neigung erfolgt, wie es bei herkömmlichen Plussigkeitsfühlern der Fall war. Der Grund dafür besteht darin, daß der Schwerpunkt des Elektrolyten 30 innerhalb des Rohres 11 sich nicht gegenüber der Empfindlichkeitsachse 35 versetzt und hierdurch wird gewährleistet, daß keine unerwünschten Drehmomente eingeführt werden, die sonst/ Präzession der Plattform 36 bewirken würden. Bei einer normalen Flüssigkeits-FUhler-Anordnung, wie diese z.B. in der US-Patentschrift 2 9^5 38I dargestellt ist, führt die Bewegung des Elektrolyten in dem Fühler dazu, daß ein Kontakt berührt wird, und dies führt zu einer Änderung des Schwerpunktes und erzeugt ein Kraftmoment, das seinerseits ein Drehmoment um eine Achse der Einrichtung zur Folge hat, auf der es angeordnet ist und dies führt zu einer Präzession um eine weitere Achse rechtwinkelig zur ersten Achse. Dieses Problem wird dadurch eliminiert, daß der Fühler 10 so gelagert wird, daß sein Mittelpunkt mit der Empfindlichkeitsachse des Kreiselgerätes oder der Plattform zusammenfällt.

Patentansprüche^

009822/0267

Claims

Patentansprüche;

1.1 Elektrolytischer Fühler,

dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem hohlen Rohr elektrisch nicht leitfähigen Materials besteht, welches im wesentlichen die Gestalt eines symmetrischen Torus hat, daß erste und zweite im wesentlichen identisch gestaltete Elektroden innerhalb des hohlen Teiles angeordnet sind und in diesen diametral bezüglich des Torus gegenüberliegen,und daß ein Elektrolyt teilweise das hohle Teil anfüllt und teilweise Abschnitte von erster und zweiter Elektrode umschließt, um ein elektrisches Signal zu erzeugen gemäß dem relativen Eintauchen von erster und zweiter Elektrode relativ zu der anderen. "

2. Fühler nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß der hohle Körper eine Innenquerschnittsfläche mit einer charakteristischen Abmessung aufweist, um eine Oberflächenstabilisierung der Flüssigkeit als Funktion wenigstens der charakteristischen Dimension,den Beschleunigungskräften und der Dichte der Flüssigkeit zu liefern.

3. Fühler nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Strömungsmittel den Rest des hohlen Körpers | ausfüllt und daß die innere Querschnittsfläche des hohlen Körpers gemäß der Bond'sehen Zahl ausgebildet und angeordnet ist, die gleich dem Quadrat von Innenradius des hohlen Körpers multipliziert mit der Störbeschleunigung und der Differenz der Dichten von Elektrolyt und zweiter Flüssigkeit und dividiert durch die Oberflächenspannung mal Erdbeschleunigung ist. ( B = R² ' κ Af).

009822/026 7

4. Fühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Körper einen Leitungsabschnitt verminderten Querschnitts aufweist, der zwischen erster und zweiter Elektrodenanordnung liegt und die Elektrolytflüssigkeit dazwischen dämpft oder steuert.

5· Fühler nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsabschnitt an Jedem Ende mit dem hohlen Körper über eine weitere Leitung verbunden ist, die in einem Winkel zur Ebene des hohlen Körpers verläuft, um das Einschließen von Blasen in dem Leitungsabschnitt zu verhindern.

6. Fühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle rohrförmig ausgebildete Körper eine relativ kleine Querschnittsfläche besitzt, um die freie Oberfläche des Elektrolyten so zu begrenzen, daß ein unerwünschtes elektrolytisches Abreißen während der Vibration vermieden wird.

7· Fühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Elektrodenpaare symmetrisch in den Elektrolyten eintauchen gemäß Änderungen der Umgebungstemperatur, wodurch unerwünschte Änderungen in dem elektrischen Signal infolge dieser Temperaturänderungen vermieden werden.

5. Fühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die innere Oberfläche des hohlen rohrförmigen Körpers mit einem Schmiermittel überzogen ist.

009822/0267

9. Fühler nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel Silikon ist.

10. Fühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode in einer Ebene des Hauptdurchmessers des hohlen Körpers liegt.

11. Fühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung jeweils aus einem Paar im Abstand angeordneter Drähte besteht. .

12. Fühler nach den Ansprüchen 1 b}s 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung Jeweils aus einem bogenförmig gekrümmten Draht besteht, der im Abstand von der Innenwand des hohlen Körpers angeordnet ist,und daß eine weitere Elektrode durch einen elektrisch leitfähigen Überzug an der Innenwand gebildet wird.

15· Fühler nach den Ansprüchen 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet , daß er mit einem Kreiselgerät verbunden ist, der eine Empfindlichkeitsachse und einen Drehmomenterzeuger zur Präzession des Kreisels aufweist und daß der Fühler symmetrisch gegenüber der Empfindlichkeitsachse so angeordnet ist, daß die Bewegung des Elektrolyten innerhalb des Rohres nicht zu einem unerwünschten

lim
Präzessionsdrehmoment ΧβΛ die Empfindlichkeitsachse führt.

14. Fühlei^iach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt des Torus auf die Empfindlichkeitsachse ausgerichtet ist, daß das Rohr die Empfindlichkeitsachse derart umgibt, daß eine Neigung des Kreisels, die eine Bewegung

009822/0267

des Strömungsmittels innerhalb des hohlen Körpers bewirkt, nicht zu einer unerwünschten Verschiebung des Massenmittelpunktes des Elektrolyten führt.

15. Fühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er auf einer stabilisierten Plattform mit einer Empfindlichkeitsachse und einem Drehmomentgeber zur Erzeugung eines Drehmoments auf die Plattform angeordnet ist, und daß der Fühler symmetrisch bezüglich der Empfindlichkeitsachse derart angeordnet ist, daß die Bewegung des Elektrolyten innerhalb des Rohres nicht zu einem unerwünschten Drehmoment um die Empfindlichkeitsachs ©herum führt.

16. Verfahren zur Herstellung eines Elektrolyt-Fühlers gemäß den Ansprüchen 1 bis 15,

dadurch gekennzeichnet, daß ein hohles Glasrohr in eine im wesentlichen tiorusförmige Gestalt gewünschten Durchmessers geformt wird, daß erste und zweite Elektrodenpaare aus im Abstand zueinander befindlichen

"i

bogenförmigen Elektroden mit einem zum Einfügen in das Torusrohr geeigneten Radius in dieses Torusrohr eingefügt werden, wobei die Paare diametral gegenüberliegend im Torus angeordnet sind, daß die Elektrodenpaare an der Innenwand des hohlen Rohres befestigt werden,und daß ein Strömungsmitteldämpfungsabschnitt in ehern Abschnitt zwischen den Elektroden vorgesehen wird,und daß das Torusrohr teilweise mit einem Elektrolyten bis zu einem bestimmten Pegel gefüllt wird, so daß die Elektrodenpaare teilweise in den Elektrolyten eirtauehen.

17· Verfahren nach Anspruch 16,

dadurch gekennzeichnet , daß erste und zweite Leitungsverbindungen zwischen dem Torusrohr und entsprechenden Enden des Strömungsmitteldämpfungsabschnitts in einem Winkel gegenüber dem Rohr so angeordnet sind, daß der Einschluß von Blasen im Strömungsmitteldämpfungsabschnitt verhindert wird.

009822/0267

18. Verfahren nach den Ansprüchen 16 oder I¹J, dadurch gekennz eichnet , daß die Innenwand des Rohres mit Silikon überzogen wird, bevor die Elektroden eingebaut werden, und daß das Silikon in die Oberfläche des Glases eingebrannt wird.

19· Verfahren nach den Ansprüchen 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden eines Jeden Paares durch mehrere Glasperlen distanziert sind und daß die Glasperlen an der Innenwand des Rohres angeschmolzen sind.

009822/0267