[发明专利]一种测量球形接头转动角度的装置及方法

权利要求书

1.一种测量球形接头转动角度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在球形接头两侧分别安装测量装置并将试验段管路端口固定在矩形加热炉内，以加热炉内壁任一顶点为原点，以经过该点的炉边为坐标轴建立空间直角坐标系O_XYZ；所述测量装置包括管套基座和示踪剂喷射系统；

(2)对试验段管路加温加压，待加热炉温度达到设定值，启动增压泵，由喷射孔喷射出含示踪剂的水，在加热炉壁面形成8个标记点，测量得到8个标记点的坐标：球形接头一侧的喷射管记为A，B，喷射出的点坐标记为A₁(x₁，y₁，z₁)，A₂(x₂，y₂，z₂)，B₁(x₃，y₃，z₃)，B₂(x₄，y₄，z₄)，另一侧的喷射管记为C，D，喷射出的点坐标记为C₁(x₅，y₅，z₅)，C₂(x₆，y₆，z₆)，D₁(x₇，y₇，z₇)，D₂(x₈，y₈，z₈)；

(3)由喷射点A₁，A₂得到的直线记为L₁，L₁即为位移后喷射管A侧的空气管路轴线方向，L₁的方向向量n₁为(x₂-x₁,y₂-y₁,z₂-z₁)；

(4)由喷射点C₁，C₂得到的直线记为L₂，L₂即为位移后喷射管C侧的空气管路轴线方向，L₂的方向向量n₂为(x₆-x₅,y₆-y₅,z₆-z₅)；

(5)由喷射点A₁，A₂，B₁，B₂形成的面A₁A₂B₁B₂和该面的法向量n₃建立局部空间直角坐标系O’_X’Y’Z’，L₁和n₃分别为局部空间直角坐标系的两个轴线，分别记为Y’和X’，面A₁A₂B₁B₂记为Y’O’Z’面，面A₁A₂B₁B₂的法向量n₃(A,B,C)；

(6)由线L₂与面A₁A₂B₁B₂方程可求得线L₂与面A₁A₂B₁B₂的夹角α，和线L₂在面A₁A₂B₁B₂上投影线L₃的方程，再由线L₃与线L₁的方程可求得线L₃与线L₁的夹角β，其中α和β为锐角；

设过L₂的平面束方程为：

(y₆-y₅)x+(λ(z₆-z₅)-(x₆-x₅))y-λ(y₆-y₅)z-x₅y₆+x₆y₅+λ(-y₅z₆+z₅y₆)＝0

(7)将法向量n₂＝(A,B,C)代入平面束方程解得λ值，将λ代入平面束方程，解得平面方程为A₁x+B₁y+C₁z+D₁＝0，其中A₁，B₁，C₁，D₁值均已求得；投影线L₃的方向向量n₄＝(A₁,B₁,C₁)×(A,B,C)；

cosβ＝cos＜n₁·n₄＞

由此，球形接头在局部空间直角坐标系下转动角度为：在Y’O’Z’面内转动β，沿Y’O’Z’面法线方向转动α。