Системы автоматического контроля

    Как правило, для работы пневматических приборов используют прямолинейный участок характеристики, ограниченный точками 1—2, на котором передаточное отношение максимально и практически постоянное.

    Отрезок ∆Z = Z_max — Z_min определяет предел измерения                  пневматической измерительной схемы.

    Широкое распространение получили приборы, построенные по дифференциальной схеме. В этих приборах используются дифференциальные манометры, где в качестве упругого чувствительного элемента применяются мембраны, мембранные коробки. По дифференциальной схеме построен прибор с вялой мембраной (рис. 21). Чувствительным элементом прибора является резиновая или резино-тканевая мембрана 1, закрепленная в корпусе 2. На мембране закреплен металлический диск 3, несущий контакт 4, напротив которого расположен неподвижный контакт, запрессованный в торец винта 5. Корпус прибора выполнен из органического стекла, что обеспечивает возможность наблюдения за мембраной и контактами, а также создает надежную изоляцию электрических выводов. Узел противодавления представляет собой вентиль с конической иглой 6, обеспечивающий тонкую регулировку давления. Обе ветви пневматической схемы начинаются входными соплами 7. Благодаря применению вялой мембраны и малому ходу ее (0,1—0,3 мм) размыкание и замыкание контактов прибора происходит практически при нулевом перепаде давления (несколько десятков мм вод. ст.), величина которого в основном определяется необходимым контактным усилием.

    

      
 
 
 
 
 
 

  Рис. 21. Принципиальная схема дифференциального пневматического датчика с вялой мембраной 

    Мембранные  приборы обладают высокими метрологическими показателями. Их погрешность не превышает долей микрометра.

    На  рис. 22 приведена принципиальная схема дифференциального прибора, чувствительным элементом которого является мембранная коробка 1. Мембранная коробка с помощью металлической ленты 3 связана с рычагом 5, подвешенным на крестообразном пружинном шарнире 4, Перемещение рычага через  ленточную  передачу 6 сообщается стрелке 7.

    Установка стрелки в нулевое положение  производится путем изменения натяжения пружины 10. Для уменьшения колебаний стрелки используется дроссель 9 и магнитный демпфер 8. Корпус мембранной коробки герметизирован резиновой трубкой 2.

    Приборы, построенные по этой схеме при  цене деления 0,0002 мм и пределе измерения ±0,035 мм, имеют погрешность, не превышающую 0,0002 мм.

    Если  шкалу прибора, регистрирующего  расход воздуха, проградуировать в единицах длины, то получим пневматический прибор для визуальной регистрации размеров, если подсоединить к нему электроконтактный или фотоэлектрический ПЭ, получим пневмоэлектроконтактный (пневмофотоэлектрический) датчик, с помощью которого можно осуществлять автоматический контроль и сортировку.

      
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 22. Принципиальная схема дифференциального пневматического    датчика с чувствительным элементом в виде мембранной коробки 

    Широкое распространение получили пневмоэлектроконтактные  сильфонные дифференциальные датчики, отличительной особенностью которых является наличие сильфонов 5 и 13 (рис. 23, а), прикрепленных к неподвижной колодке 11 и подвижной раме 12. Сильфон представляет собой замкнутый сосуд цилиндрической формы с гофрированной стенкой, при изменении давления внутри него он растягивается или сжимается, причем диаметр сильфона практически не меняется. В оба сильфона по центральному каналу Т подается сжатый воздух через фильтр 1 и стабилизатор давления 2 (давление воздуха контролируется манометром 3). Из сильфонов воздух поступает в трубопроводы Т1, Т2 и далее к измерительной оснастке 4 и 14. Ею в этом случае служит пневматический калибр-пробка, который вводится в контролируемое отверстие детали Д. В зависимости от зазора между калибром и поверхностью отверстия будет изменяться давление воздуха в трубопроводе Т1 и левом сильфоне. Правый сильфон соединен трубопроводом с пробкой 14, введенной в отверстие эталона Э. Если отверстия в детали и эталоне одинаковы, то давления в сильфонах будут одинаковыми, сильфоны и рама 12 займут среднее положение и деталь будет направлена в отсек годных деталей.

    Если  размер отверстия меньше заданного, рама сдвинется влево, подвижный  контакт К2, установленный на плоской пружине, упрется в неподвижный (регулируемый) контакт K1. Замкнется цепь сортировочного устройства, направляющего деталь в отсек "брак -". Если диаметр отверстия больше эталонного, давление в левом сильфоне станет меньше, чем в правом, рама сдвинется вправо и замкнутся контакты КЗ и К4. В результате будет подан соответствующий сигнал сортировочному устройству, и деталь попадет в отсек "брак +". Из рассмотренной схемы видно, что сильфонный дифференциальный пневматический датчик реагирует на разность давлений в цепях измерения. Поэтому чувствительность таких датчиков выше, чем у простых датчиков, и они менее чувствительны к колебаниям давления воздуха, поступающего от стабилизатора давления.

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Рис. 23. Схемы пневмоэлектроконтактных сильфонных датчиков типа П (а) и БВ-6029(б) 

     В приведенной схеме размер детали сравнивается с размером эталона, поэтому она получила название "измерение методом сравнения". Эталон можно заменить дросселями 6 и 7, если отрегулировать их так, чтобы в левом трубопроводе установилось такое же давление, как и при измерении эталона. Таким способом получают схему "измерения с противодавлением". Пневмоэлектроконтактные сильфонные датчики оснащают показывающим прибором, позволяющим наблюдать отклонения размера детали от заданного и облегчающим настройку регулируемых контактов. Рама датчика связана со стрелкой 16 прибора капроновой нитью 17, обернутой вокруг ступицы стрелки и натягиваемой пружиной 15. При перемещении рамы нить заставляет стрелку поворачиваться, указывая на шкале величину и знак отклонения размера детали от заданного.

     Промышленность  выпускает двух-, четырех- и шестиконтактные сильфонные датчики. В датчике БВ-6029 (рис. 22, б) число контактов доведено до 50. Это достигнуто за счет замены капроновой нити жестким рычажным механизмом и расположения контактов по пути перемещения стрелки. Для повышения точности контроля разработаны самобалансирующиеся приборы "нулевого перепада".

    Недостатками  пневматического метода измерений  являются:

1. малая величина измерительного зазора до 0,2 мм;
2. малый диапазон измерения (0,05+0,1) мм;
3. необходимость вторичного пневматического или электрического преобразователя для контроля;
4. необходимость коммутационных устройств в контрольном роторе;
5. необходимость для работы датчика воздушной сети с определенным давлением воздуха, подготовка которого требует особого внимания в процессе эксплуатации;
6. значительная инерционность (0,5+0,2 сек), влияющая на точность и производительность контроля.

    Однако  последний недостаток иногда является положительным качеством датчика, так как создает нечувствительность его к вибрациям.

К достоинствам датчиков этого типа  относятся:

1) высокая точность;

2) возможность  производить дистанционные измерения;

3) малогабаритная пневматическая измерительная оснастка позволяет производить измерения в относительно труднодоступных местах и создавать наиболее простые конструкции многомерных устройств для контроля практически любых линейных параметров деталей. 

    2.5. Механотронные датчики 

     В основу работы механотронных датчиков положено изменение электрических характеристик электровакуумных приборов в зависимости от взаимного расположения электродов, относительное перемещение которых достигается механическим путем. 

     

 

     Рис. 24. Схема механотронного датчика 

     В механотронном датчике (рис. 24) перемещение штока 1 вызывает изменение положения сдвоенного анода 3 по отношению к накаленному катоду 4 в вакуумном баллоне.

     Герметичность баллона обеспечивается с помощью  гофрированной эластичной трубки 2, допускающей перемещение штока и анодов в вертикальной плоскости. В зависимости от взаимного расположения электродов изменяются характеристики датчика по току и напряжению, что и фиксируется прибором или используется для подачи сигналов управления.

     Надежность  механотронных датчиков обеспечивается герметизацией баллона и отсутствием непосредственного соприкосновения электродов (датчик так же, как и индуктивный, в этой части является бесконтактным). Среди конструкций механотронных датчиков имеются такие, которые обеспечивают возможность много диапазонной рассортировки деталей. Для этого к выходу механотрона через усилитель подключаются токовые реле, или реле напряжения, настроенные на определенные пороги срабатывания.

     Во  многих САК применяется малогабаритный механотронный датчик 6МХ1С. Пределы измерения датчика ± 100 мкм, чувствительность по току - изменение анодного тока при изменении расстояния между анодом и катодом - 30 мкА/мкм.

    2.6. Радиоактивные датчики

    Радиоактивные датчики основаны на использовании  свойств радиоактивных излучений: проникать сквозь вещество, рассеиваться веществом и ионизировать вещество.

    Для контроля линейных размеров применяются датчики, в которых величина поглощения или рассеяния потока радиоактивного излучения функционально связана с контролируемой величиной.

    На  рис. 25 показана простейшая принципиальная схема датчика для контроля толщины листа.

    

Рис. 25. Блок-схема радиоактивного датчика для контроля толщины листа 

    Поток радиоактивных излучений от источника 1, пройдя сквозь контролируемую деталь 2, попадает в приемник 5, где в зависимости от интенсивности потока (от толщины изделия) создается определенной величины электрический сигнал, который усиливается и преобразуется промежуточным преобразователем 4 и далее поступает на указательное или командное устройство 5.

    Измерение размеров   с помощью обратного  рассеяния потока излучений показано на рис. 26.

    

    Рис. 26. Блок-схема датчика для контроля толщины листа с помощью обратного рассеяния радиоактивного потока:

    1 – пучок радиоактивного излучения; 2 — поверхность изделия; 3 — приемник; 4 — промежуточный преобразователь; 5 — указательное устройство 

    При направлении пучка радиоактивного излучения 1 на поверхность изделия 2 с определенной толщиной часть лучей проходит сквозь изделие, а часть лучей претерпевает рассеяние веществом и изменяет свое первоначальное направление. Обратное рассеяние излучения происходит не только на поверхности изделия, но и на разной его глубине в зависимости от толщины изделия. Измеряя интенсивность отраженного потока, можно судить о толщине изделия.

    Датчики, использующие эффект рассеяния излучений, нашли применение для измерения толщины изделий, доступных только с одной стороны, а также для определения толщины покрытий.

    Радиоактивные датчики целесообразно применять в отраслях промышленности с тяжелыми условиями эксплуатации (запыленность, влажность, высокие температуры, агрессивная среда).

    Эти датчики успешно используются для автоматизации технологических процессов изготовления проката металлов, резины, бумаги, стекла, всевозможных пленок, автоматизации линейного и кузнечно-прессового производства.

    К достоинствам радиоактивных датчиков можно отнести то, что они позволяют вести бесконтактные измерения при больших скоростях проката со значительными величинами вибраций и колебаний измеряемого объекта, при значительных колебаниях температуры в зоне измерения.