Системы автоматического контроля

Рис. 12. Схема дифференциальных индуктивных датчиков 

     В конструкции с общим якорем (рис. 12, а) перемещение штока 1 при измерении вызывает смещение якоря 3 и изменение зазоров и . Измерительное усилие обеспечивается пружиной 4. Так как расстояние между якорем и магнитопроводами невелико, то предусмотрена возможность дополнительного перемещения штока снизу вверх (например, если на измерительную позицию попала деталь с размером, выходящим за пределы поля допуска). Шток связан с якорем не непосредственно, а через пружину 2, поэтому при ходе вверх после остановки якоря он может еще переместиться, сжимая пружину 2. В датчике с двумя якорями (рис. 12, б) неподвижный магнитопровод с обмотками размещен в средней части корпуса. При перемещении штока изменяются зазоры и между неподвижным магнитопроводом и якорями 1 и 2, вызывая изменение индуктивного сопротивления его обмоток.

     Величина  рабочего хода, определяющая максимально  возможные пределы измерения, составляет у дифференциальных индуктивных датчиков ±0,01—0,5 мм.

     Недостатками  бесконтактного индуктивного метода измерения  являются:

     1) малая величина измерительного  зазора (1,5+5) мм и предела измерения  (1-3) мм;

     2) зависимость погрешностей измерения от электрических свойств материала контролируемых деталей;

     3) значительная нелинейность характеристики  преобразователя датчика.

     К достоинствам индуктивных датчиков относятся:

     1) простота конструкции и долговечностью, так как эти датчики не имеют изнашивающихся деталей;

     2) высокая чувствительность и точность контроля. 

     2.3. Фотоэлектрические  датчики 

     Действие  фотоэлектрических датчиков основано на преобразовании механического перемещения штока в изменение лучистой энергии или направления светового потока и последующем преобразовании лучистой энергии в электрический сигнал.

     Светочувствительный элемент (фoтoэлeмент) имеет электрическое  свойство (например, внутреннее сопротивление), которое изменяется при воздействии на него светового потока. В датчиках используют элементы с внутренним фотоэффектом (фоторезисторы), который проявляется в том, что под действием светового потока в полупроводнике возрастает электропроводность. Это явление используют для замыкания электрической цепи, в которую включается датчик.

     

     Рис.13. Схема фотоэлектрического датчика для сортировки деталей на размерные группы 

     Принцип действия фотоэлектрического датчика  для сортировки деталей на размерные группы показан на рис. 13. Деталь 1 устанавливают под шток 2, кинематически связанный с рычагом 3. При перемещении штока рычаг поворачивается, растягивая или сжимая скрученную пружинную ленту 4. Зеркало 5 поворачивается на угол, соответствующий размеру детали, если на зеркало направить луч света от неподвижного источника света 6, отраженный луч попадет на один из расположенных по дуге окружности фоторезисторов 7. Чтобы рассортировать детали, например, на 10 размерных групп, нужно установить в датчике столько же фоторезисторов.

     Другой  характерный тип фотоэлектрических  датчиков - предельные, предназначенные для допускового контроля. Они разделяют детали на годные, "брак +", "брак -". К ним относятся датчики ПФП и др. В них луч света, отраженный зеркалом 5 (рис. 14) от источника 8, попадает на фоторезистор после отражения от кольцевых зеркал 9 и 10. Если размер детали находится в пределах допуска, поворот зеркала 5 не выходит за пределы угла а где одновременно освещаются два кольцевых зеркала и фоторезисторы 7 и 6. Если размер детали больше или меньше заданного, луч света, отраженный зеркалом 5, выходит за пределы угла а и попадает только на одно из кольцевых зеркал, при этом освещается один из фоторезисторов и подается команда на отбраковку детали. Для настройки датчика на заданную величину допуска изменяют угол перекрытия, а кольцевых зеркал. Зеркала поворачивают одно по отношению к другому с помощью шестеренчато-реечной передачи.

     

     Рис. 14. Фотоэлектрический датчик предельного типа 

     Рассмотрим  принцип действия пружинного передаточного  механизма фотоэлектрических датчиков (рис. 15). Перемещение штока 1, соединенного с пружиной 3 и подвешенного на пружинных мембранах 2 и 4, преобразуется в поворот угольника 5, натягивающего скрученную ленту 6, при этом поворачивается зеркало 7. Если шток будет часто и быстро двигаться, то возможно возникновение крутильных колебаний зеркала, что вызывает погрешности срабатывания. Чтобы этого не происходило, колебания гасятся с помощью демпфера — миниатюрного шарика 8, помещенного в отверстие 9, заполненное эластичной пластмассой. Натяжение ленты регулируют пружиной 11 с помощью винтов 12. Для изменения длины рычага 1 при регулировке чувствительности используют винт 10.

     Конструкции фотоэлектрических датчиков продолжают совершенствовать, добиваясь увеличения точности измерения, а если требуется, расширяя пределы сортировки.

     

 

     Рис. 15. Фотоэлектрический датчик с пружинным передаточным механизмом 

     Большое распространение получили также  фотоэлектрические датчики с  диафрагмированием светового потока (рис. 16), относящиеся к непредельным датчикам. Рассмотрим принцип их действия.

                   Рис. 16. Схема фотоэлектрического прибора 

     Световой  поток от источника 1 через оптическую систему 2 и щелевую диафрагму 3 падает на фотоэлемент 4. Щелевая диафрагма частично закрыта контролируемой деталью 6. Таким образом, величина потока излучения, падающего на фотоэлемент, определяется размером детали. Этот поток вызывает определенной величины ток в микроамперметре 5.

  Низкая  точность приборов, построенных по этой схеме, объясняется тем, что на результаты измерения влияют колебания яркости источника излучения, питающего напряжения, температуры и др. Эта схема также чувствительна и к постороннему излучению, падающему на фотоэлемент.

  С целью уменьшения или полного  устранения влияния указанных параметров на результаты измерения применяют дифференциальные, компенсационные схемы.

  Для наиболее точных измерений светового  потока, падающего на светочувствительную  поверхность, используют другие методы измерения. Рассмотрим схему фотоэлектрического преобразователя со сканирующей диафрагмой (рис. 17).

  

    Рис. 17. Схема фотоэлектрического преобразователя со сканирующей диафрагмой 

     Диафрагме 2 сообщают колебательное движение, причем такой амплитуды, чтобы при смещении вправо и плево она заходила за границы отверстия или щели 3, размер которой измеряется. В этом случае интенсивность светового потока, идущего от источника света 1 на фотоприемник 4, периодически изменяется с частотой колебания диафрагмы 2. При смещении диафрагмы влево или вправо за пределы щели световой поток прерывается, и через фотоприемник перестает проходить фототок. В процессе движения диафрагмы над щелью через фотоприемник проходит импульс фототока. О ширине щели можно судить по длительности импульса фототока. Чтобы длительность импульсов фототока была пропорциональна ширине щели, устройство сканирования должно обеспечивать движение диафрагмы с постоянной скоростью.

     Недостатками  этого метода является необходимость  использования механически движущихся элементов, поэтому в настоящий  момент наиболее перспективными являются устройства, связанные с немеханической модуляцией света (акустической модуляцией).     

     Достоинства фотоэлектрического метода:

1. высокая чувствительность измерений 10 мм;
2. малая погрешность измерений (0,5+1)∙10 мм;
3. большой диапазон измерений (0,01+5) мм;
4. высокое быстродействие до 10 сек;
5. возможность осуществления контроля размеров с расстояния от 10 до 100 мм;
6. возможность получения исправленной информации об измеряемом параметре.

    2.4. Пневматические датчики 

    В этих пневматических датчиках широко распространенных на практике, используют изменение расхода воздуха, контролируемого по давлению. Различают контактный и бесконтактный пневматический контроль (рис.18). При бесконтактном измерении детали пневматический преобразователь, показанный на рис. 18, а, представляет собой измерительное сопло 2, в качестве заслонки которого служит контролируемая деталь 1.  

      
 
 
 
 

    Рис. 18. Принципиальные схемы пневматических преобразователей:

    а, б — с плоской заслонкой; в — с конической заслонкой; г — заслонка — параболоид вращения 

    Преобразователи с плоской заслонкой могут  быть выполнены и для контактных измерений (рис. 18, б).

    Из-за простоты изготовления эти преобразователи  очень широко применяются в пневматических приборах.

    С целью увеличения предела измерения  используют преобразователи с заслонкой в виде конуса (рис. 18, в), параболоида (рис. 18, г), шара и др.

    Проходное сечение площадью f₂ у преобразователей с конической и шаровой заслонкой нелинейно зависит от перемещения. Они носят некоторую нелинейность в общую характеристику прибора. Поэтому применение таких датчиков ограничено. Для построения широкопредельных пневматических приборов с равномерной (линейной) шкалой используют преобразователи с заслонкой в виде параболоида вращения.

    Расход  воздуха в пневматических приборах в основном измеряют с помощью манометров и ротаметров, в зависимости от чего все пневматические измерительные схемы делятся на две основные группы:

    1. Манометрические — реагирующие  на изменение давления.

      
 
 
 
 

    Рис. 20. Пневматический прибор манометрического типа:

    а — принципиальная схема; б — характеристика пневматической измерительной схемы

    2. Ротаметрические — реагирующие  на изменение скорости воздушного потока.

    В приборах для автоматического контроля размеров в машиностроении более широко применяют пневматические схемы манометрического типа.

    На  рис. 20, а представлена простейшая схема прибора манометрического типа.

    Для косвенного определения расхода воздуха через пневматический преобразователь с площадью проходного сечения f₂ путем измерения давления устанавливают дополнительный постоянный дроссель 1 с площадью канала , который в пневматических приборах называют входным соплом.

    Сжатый  воздух под постоянным рабочим давлением Н через входное сопло 1 истекает в измерительную камеру 3 и далее через кольцевой зазор, образованный торцом измерительного сопла 2 и поверхностью контролируемой детали 4, истекает в атмосферу. В зависимости от величины зазора Z в камере 3 устанавливается определенное измерительное давление h которое при постоянных рабочем давлении H и площади входного сопла является мерой расхода воздуха через преобразователь, следовательно, и мерой контролируемой линейной величины Z.

    В качестве измерителя давления h используются жидкостные или пружинные манометры 5, шкала которых программирована в линейных величинах. Такие манометры снабжены устройствами для выдачи сигналов-команд.

    Строгое определение зависимости h = f(Z) представляет большую сложность, поэтому для целей практического анализа пневматических измерительных схем эта зависимость определяется приближенно.

    Графически  эта зависимость представлена на рис. 20, б.

    Эту кривую обычно называют характеристикой пневматической измерительной схемы.