Пневматические и электрические

Пневматические измерительные приборы. Пневматическими из­мерительными приборами называются измерительные средства, в ко­торых преобразование измерительной информации, т. е. информации, содержащей сведения об измеряемом размере, осуществляется через измерение параметров сжатого воздуха в воздушной магистрали при его истечении через небольшое отверстие.

Принцип действия всех пневматических приборов для измерения линейных размеров основан на положении газовой механики о том, что если в какой-либо магистрали воздухопровода (камере) находится воздух под давлением и выпускается через небольшое отверстие в ат­мосферу с номинально постоянным давлением, то расход воздуха че­рез это отверстие в единицу времени будет зависеть от площади про­ходного сечения отверстия и от давления внутри магистрали. При по­стоянном давлении расход будет зависеть только от площади проходного сечения. Если на пути распространения воздушного потока вбли­зи отверстия оказывается препятствие, то расход воздуха и давление внутри магистрали около отверстия меняются.

Деталь, линейный размер которой надо измерить, располагают пе­ред торцом сопла на определенном расстоянии. В зависимости от раз­мера детали изменяется зазор (расстояние между деталью и торцом со­пла), отчего изменяется расход воздуха (объем воздуха, проходящего в единицу времени через калиброванное отверстие — сопло). Обычно прибор настраивают по размеру образцовой детали или концевым ме­рам длины.

Прибор имеет узел подготовки воздуха, в котором осуществляется его очистка и стабилизация давления; отсчетное или командное уст­ройство, преобразующее изменение расхода или связанного с ним дав­ления в воздухопроводе в значение определяемого размера; измери­тельную оснастку с одним или несколькими соплами (диаметр отвер­стия 1—2 мм), из которых воздух вытекает на деталь.

По видам отсчетных устройств приборы разделяют на ротаметрические и маномет­рические.

В приборе ротаметрического типа сжатый воздух под посто­янным давлением поступает в нижнюю часть расширяющейся кониче­ской прозрачной (обычно стеклянной) трубки, в которой находится по­плавок. Из верхней части трубки воздух подводится к измерительному соплу и через зазор выходит в атмосферу. В соответствии со скоро­стью воздуха поплавок устанавливается на определенное расстояние от нулевой отметки шкалы, которая отградуирована в единицах длины.

В приборах манометрического типа сжатый воздух под по­стоянным давлением поступает в рабочую камеру, в которой находит­ся входное сопло, далее в измерительное сопло и через зазор — в ат­мосферу. Давление в камере, зависящее от зазора S, измеряется мано­метром, шкала которого отградуирована в единицах длины. Применя­ют приборы манометрического типа высокого (30—40 кН/м²) и низко­го (5—10 кН/м²) давления.

Пневматические измерительные приборы используют в системах активного контроля и в контрольных автоматах.

В качестве чувстви­тельного элемента используют упругие элементы (трубчатые пружины, сильфоны, мембранные коробки, упругие и вялые мембраны) или жидкостные дифманометры (U-образные и чашечные).

Приборы разделяют на бесконтактные (воздух из измерительного сопла обдувает непосред­ственно деталь) и контактные (воздух из измерительного сопла на­правлен на торец измерительного стержня или на одно из плеч рычага, второй конец которого входит в контакт с деталью).

В метрологическом анализе точности пневматического измеритель­ного прибора особое значение уделяется анализу точности пневмати­ческой системы. К преимуществам приборов относят: сравнительную простоту конструкции, возможность бесконтактных измерений при очистке измеряемой поверхности струей воздуха, большое увеличение при измерении (до 10 тыс. раз) и, как следствие, высокую точность, возможность определения размеров, погрешностей формы, суммирова­ния и вычитания измеряемых величин, получение непрерывной инфор­мации и дистанционного измерения. К недостаткам относят: необходи­мость иметь очищенный воздух со стабилизированным давлением; инерционность пневматической системы; колебание температуры в зо­не измерения.

Перспективными являются созданные конструкции, в которых со­четаются преимущества пневматического метода с использованием ин­дуктивных или других преобразователей.

Электрические 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, 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:

1) преобразователи, настрой­ка которых производится с помощью точных установочных винтов, не имеющих делений, по параллельным концевым мерам или специаль­ным установочным калибрам, 2)пре­образователи 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 погрешности 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. Измеряемая величина находится в определенной зависимо­сти от тока, протекающего в цепи и выпрямленного для измерения, сортировки или регулирования; необходимые управляющие процессы зсуществляются 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. У индуктивного преобразователя положение подвижного якоря между обеими измерительными магнитными катушками опреде­ляется величиной контролируемого изделия. Если якорь находится по середине 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.

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.