Фотоэлектрические приборы

В электрических приборах для линейных измерений процесс измерения осуществляется путем превращения линейной величины в электрическую, которая в зависимости от целевого назначения прибора в свою очередь превращается либо снова в линейную величину (например, перемещение стрелки по шкале), либо в сигнал, либо в механическую величину пере­мещения отдельных элементов в автоматических контрольных, регистри­рующих или регулирую­щих устройствах. Измеряемая линейная величина превращается в электрическую с помощью электромеханических преобра­зовате­лей (головок), чувствительные элементы которых ощупывают конт­ролируемое изделие.

Превращение линейного перемещения в электрическую величину с последующим измерением ее электрическими приборами дает ряд преимуществ по сравнению с механическими или оптическими изме­рительными приборами:

возможность территориального разделения места измерения и места получения результатов;

возможность использования результатов измерения в виде элек­трических величин как в электромеханических показывающих, реги­стрирующих и сигнализирующих приборах, так и в автоматических контролирующих и обрабатывающих машинах;

удобство эксплуатации.

Электрические измерительные приборы для линейных измере­ний представляют собой приборы, в которых результат снижается в виде электрической величины, или приборы с электрическими передаточными устройствами. Обычно они состоят из преобразова­теля, показывающего прибора, содержащего шкалу или сигнальные лампы, выходные элементы схемы, не смонтированные в датчике преобразователя.

В соответствии с принципом действия преобразователя различа­ют электроконтактные, индуктивные, емкостные и болометрические измери­тельные приборы.

Электроконтактные измерительные приборы. Приборы преобразуют определенное изменение контролируемой величины в электрический сигнал через замыкание (размыкание) электричес­ких контактов цепей, управляющих исполнительными элементами системы. Контакты обычно изготовляют из вольфрама, реже из благородных металлов. Включение прибора происходит при сраба­тывании прерывателя измерительного устройства в зависимости от размера контролируемого изделия. Если рычаг прерывателя не контактирует с контактами S, то изделие изготовлено в допуске. Если изделие выходит за пределы поля допуска, контакты замыка­ются и загораются лампочки.

Различные виды преобразователей по принципу настройки раз­деляют на две группы. К первой группе относят преобразователи, настройка которых производится с помощью точных установочных винтов, не имеющих делений, по параллельным концевым мерам или специальным установочным калибрам. Ко второй группе от­носят приборы, преобразователи которых настраиваются на нуле­вое положение с помощью только одного калибра с номинальным размером контролируемого изделия по зазору. С помощью преоб­разователя устанавливают пределы изменяемого размера, а по его шкале — фактическую величину контролируемого изделия.

Контроль размеров с помощью электроконтактного измери­тельного прибора имеет ряд преимуществ по сравнению с некото­рыми шкальными приборами или жесткими калибрами. Наряду с меньшей утомляемостью контролера и получением меньшей по грешности измерений значительно сокращается время контроля. Указанные преимущества делают возможным создание многомер­ных контрольно-измерительных приборов, у которых электрокон­тактные преобразователи расположены таким образом, что за один установ изделия на измерительную позицию автоматически прове­ряются несколько размеров. Наиболее подходящими для многомер­ных приборов являются электроконтактные преобразователи, так как они обладают сравнительно малыми габаритами (модели 228-2, 228-5, 248-6 и др., ГОСТ 3899—81). Применяя электромагниты, которые воздействуют на специальные стрелки, передающие им­пульсы от контактов преобразователя на точное реле, конструиру­ют автоматические контрольно-сортировочные приборы. Электро­контактные преобразователи применяют в адаптивных системах управления станками для подачи управляющих импульсов на при­вод или подающий механизм, для измерения режима обработки детали при достижении настроенных предельных размеров.

Путем включения в измерительную цепь сигнальных ламп с электрос­четчиками, которые считают всю совокупность контролиру­емых изделий, одновременно с операции контроля можно получать данные для оценки качества технологического процесса.

Индуктивные измерительные приборы. Определение дей­ствительных размеров деталей в цеховых измерениях рекомендует­ся проводить электро­индуктивными методами.

Принцип работы индуктивных измерительных приборов заклю­чается в том, что с изменением размера контролируемого изделия изменяется воздушный зазор в замкнутом дросселе и сопротивле­ние в цепи переменного тока. Электросхема прибора представляет собой мостовую схему (рис. 8.6). Измеряемая величина находится в определенной зависимости от тока, протекающего в цепи и вып­рямленного для измерения, сортировки или регулирования; необ­ходимые управляющие процессы осуществляются с помощью спе­циального реле. Ввиду того, что магнитная цепь индуктивных пре­образователей обладает очень малыми воздушными зазорами, незначи­тельное изменение измеряемой величины соответствует сравнительно большому изменению магнитного сопротивления. Существенным преиму­ществом индуктивных приборов для конт­роля размеров является отсутствие в преобразователе чувствитель­ных опор, шарниров, контактов, которые вызывают чувствитель­ность прибора к сотрясениям, ограничивают его надежность и срок службы при эксплуатации.

Снимаемые с прибора электрические величины имеют простей­ший вид и не зависят от внешних влияний.

Принцип действия индуктивного измерительного преобразова­теля поясняется рис. 8.6. У индуктивного преобразователя положе­ние подвижного якоря 2 между обеими измерительными маг­нитными катушками 1 опреде­ляется величиной контролируемого изделия 3. Если якорь находится посередине между катушками, то воздушные зазоры, а вместе с ними и индуктивности обеих измери­тельных катушек равны между собой, если же якорь приближается к одной из катушек, то ее сопротивление увеличивается, в то время как сопротивление другой катушки уменьшается. Так как обе изме­рительные катушки включены в смежные ветви электрического измерительного моста, то переменное напряжение, приложенное к соответствующей диагонали моста, является мерилом контроли­руемой величины. Равновесие моста, т. е. установку якоря в среднее положение, осуществляют с помощью концевых мер.

Рис. 8.6. Схема индуктивного измерительного прибора:

1 — катушка индуктивности, 2 — якорь, 3 — контролируемая деталь, 4 — измерительный шток, 5 — показывающий прибор; 6 — переменное сопротивление для настройки нулевого показания шкалы, 7 — переменное сопротивление для установка необходимой цены деления шкалы, 8 — кристаллические выпрямители, 9 — переключатель пределов показаний шкалы, 10 — баретор

По сравнению с предельными электроконтактными преобразо­вателями индуктивные преобразователи более дорогие, однако они имеют следующие преимущества: отсутствие обратного механичес­кого воздействия на измери­тельный штифт; надежны в эксплу­атации; возможна электрическая настрой­ка необходимых пределов измерения; возможна настройка на несколько полей допусков в за­висимости от задач измерения.

Индуктивные преобразователи имеют модели 212, 276, 76503 и др.

Емкостные измерительные приборы. Изменение контро­лируемого размера влечет изменение величины воздушного зазора между пластинками конденсатора и, следовательно, изменение ем­кости. Так как емкость преобра­зователя составляет около 100 пф, то измерение емкости практически воз­можно только с помощью высокочастотных методов с применением дорого­стоящих вспомогательных устройств. Однако значительное преимущество емкост­ного метода заключается в возможности изготовления легких и жестких подвижных электродов и достижения высокой собствен­ной частоты. Кроме того, по сравнению с индуктивным емкостной преобразователь имеет еще то преимущество, что у него значитель­но меньше обратное воздействие на измерительный шток, так как силы, возникающие от напряжения, приложенного на подвижные электроды, значительно меньше магнитных сил в индуктивном преобразователе. В конструктивном отношении емкостной преоб­разователь должен обладать незначительным рассеиванием, тщате­льно выполненной экранировкой, высококачественной изоляцией, простотой выполнения и достаточной механической жесткостью. Преобразователи изготовляют в виде двухпластинчатого конден­сатора, из которых одна пластина подвижная, либо в виде трехпластинчатого конденсатора с одной подвижной и двумя неподвиж­ными пластинами.

Фотоэлектрические приборы (ФЭП). В ФЭП информация о переме­щении меры относительно указателя поступает в виде световых сигналов на фотоэлемент. С помощью фотоэлемента ин­формация преобразуется в элект­рические сигналы, по разности амплитуд или фаз которых определяют изменение контролируемой величины.

В качестве оптических мер в приборах используют измеритель­ные растры, дифракционные решетки, штриховые меры, кодовые решетки, шкалы длин волн и другие меры.

Контрольные вопросы: