Электроконтактные преобразователи

Классификация первичных измерительных преобразователей

В зависимости от методов преобразования измери­тельного импульса нашли практическое применение преобразователи, использующие следующие методы:

1) механический,

2) электроконтактный,

3) индуктив­ный,

4) емкостный,

5) фотоэлектрический,

6) радиоак­тивный,

7) пневматический,

8) пьезоэлектрический,

9) оптический,

10) ультразвуковой и др.

Принципиально для контроля размеров можно при­менить и другие методы или сочетание перечисленных.

Электроконтактные преобразователи наи­более просты и поэтому наиболее распространены при осуществлении контроля пре­дельных размеров изделия.

Однако большинство схем с электроконтактными преобразователями не дает возможности определить дей­ствительный размер детали. Индикаторы, встроенные в преобразователь для отсчета измеряемых величин, за­громождают рабочее пространство и неудобны при одно­временном контроле многих размеров. Поэтому для многомерных устройств целесообразно применять пневмати­ческие измерители.

Если необходимо передать информацию о размере детали на достаточно большое расстояние, то перед пневматическими приборами имеют преимущества ин­дуктивные, емкостные и тому подобные преобразователи. Поэтому для конкретного случая контроля размеров деталей не­обходимо рассматривать все существующие типы преоб­разователей и выбирать наилучший.

По назначению разделяются на предельные, служа­щие для определения попадания размера контролируе­мой детали в поле допуска, и амплитудные, предназна­ченные для контроля отклонения формы и правильности взаимного расположения поверхностей.

По числу контактных пар электроконтактные датчики (ЭКД) подразделяются на одноконтактные, двухконтактные, трехконтактные, многоконтактные.

В зависимости от передаточного отношения от изме­рительного наконечника до электрических контактов различают:

1) безрычажные ЭКД (i = 1) (рис. 2.1);

2) рычажные (i > 1) (рис. 2.2).

Безрычажные датчики просты, имеют малые разме­ры и массу, а при расположении контактных пар на продольной оси измерительного наконечника - наи­большую точность контроля.

Рис. 2.1.Безрычажный ЭКД	Рис. 2.2. Рычажный ЭКД

Рычажные датчики, как правило, сложны и имеют большие размеры по сравнению с безрычажными. Пере­даточное отношение этих датчиков обычно не превы­шает 50. С его увеличением снижается погрешность на­стройки микрометрических винтов, но возрастает число передаточных звеньев, что в свою очередь вносит неко­торые дополнительные погрешности. Дополнительные передаточные звенья, кроме того, увеличивают динами­ческие погрешности. Применение рычажных датчиков с большими i целесообразно в случае оснащения последне­го звена не только контактами, но и стрелкой-ука­зателем для визуального отсчета.

Рычажные схемы датчиков позволяют сконструиро­вать и многоконтактные системы для многодиапазонной рассортировки изделий. Большинство конструкций ры­чажных датчиков имеет один передаточный рычаг. По­грешность контроля при i рычагах составит

где n₁, n₂, …, n_i - передаточные отношения первого, вто­рого и т.д. до i -гo рычага; Z₁, Z₂,...,Z _i - погрешность первого, второго и т.д. до i -гo рычага; у - погрешность контактной пары (погрешность настройки).

Таким образом, погрешность настройки уменьшается в n раз (n - общее передаточное отношение), а погреш­ность передачи возрастает пропорционально n. Поэтому, если необходимо соблюдать передаточное отношение n при помощи одного рычага, то погрешность составит

Если то же передаточное отношение создается двумя рычагами, то эта погрешность будет

Следовательно, при одинаковой погрешности рыча­гов Z ₁ = Z ₂ передача из двух рычагов менее точна на величину Z ₁ / n ₁, так что ее следует применять лишь в тех случаях, когда ограниченные размеры не позволяют использовать более длинные плечи одного рычага.

Качество работы ЭКД в значительной степени зави­сит от правильного режима работы и конструкции са­мих контактов. Этот режим определяется следующими физическими явлениями, происходящими в контактных парах: пробоем газового промежутка, эрозией и корро­зией контактов.

Пробой газового промежутка между контактами. Напряжение, при котором происходит пробой газового промежутка между контактами, связано с параметрами контактов следующей зависимостью (для воздуха) (рис. 2.3):

где l - расстояние между контактами, см; Р - давление газа (воздуха), находящегося между контактами, кг/см; γ - число электронов, освобождаемых из металла катода одним положительным ионом при ударе о поверхность катода.

Рис. 2.3. Зависимость напряжения пробоя газового промежутка от расстояния между контактами

Величина напряжения, при котором происходит про­бой газового промежутка, в общем случае зависит от состава газа и материала катода.

Таким образом, при напряжении на контактах меньшем, чем U₀, пробой не может наступить ни при каких расстояниях между контактами.

Эрозия контактов. Эрозия (электрический износ) происходит как при образовании дуги и искры между контактами, так и при их отсутствии. Эрозия второго типа происходит из-за переноса частиц металла с анода на катод. Тогда при размыкании и замыкании контак­тов под действием электрических сил между контактами образуются металлические "мостики", которые либо оплавляются, либо при размыкании разрываются и остаются на катоде, в результате чего на аноде по­лучаются углубления, а на катоде - выступы. Особенно большая эрозия контактов будет при образовании дуги между контактами. Установлена зависимость между током и напряжением дуги

где U_Д - напряжение дуги; U₀ - предельное минималь­ное напряжение, соответствующее потенциалу иониза­ции паров металла анода; i - ток дуги; i_М - предельный минимальный ток дуги; P_Д - минимальная мощность, зависящая от скрытой теплоты испарения материала анода.

Если контакты работают в цепи, имеющей сопроти­вление R и индуктивность L, при постоянном напряже­нии источника тока, то для этих условий будет справед­ливо уравнение

Дуга будет стабильно гореть, если ток i неизменен, то есть = 0, тогда U_Д = U – iR.

Таким образом, необходимым и достаточным услови­ем невозможности образования стабильной дуги для лю­бых значений тока является выполнение неравенства U -iR < U_Д. Выполнить это условие можно соответ­ственным подбором величины сопротивления R в цепи контактов. Чаще применяют специальные электриче­ские схемы искрогашения.

Коррозия и выбор материала контактов. Коррозия контактов возникает главным образом из-за дуги раз­мыкания. В процессе работы на контактах появляются оксидные, сульфидные и другие пленки; при этом по­верхность контактов разрушается и сопротивление воз­растает.

В качестве материала для контактов применяется платина, золото, серебро, вольфрам и медь. Платина, золото и серебро имеют высокую проводимость, однако

их износоустойчивость к эрозии невелика. Поэтому их применяют в датчиках с большим передаточным отно­шением, в которых контактное давление составляет 15-20 г.

Вольфрамовые контакты имеют высокую твердость, мало изнашиваются, почти не подвергаются эрозии. Од­нако с течением времени они окисляются и увеличивают сопротивление. Изменение сопротивления вольфрамовых контактов может быть выражено следующей зависи­мостью

где - увеличение сопротивления контактов; N -число размыканий; r и п - постоянные величины, для вольфрама r= 8 -10²; п = 0,6.

Контактное усилие в этом случае должно быть > 30 - 50 г. Вольфрамовые контакты целесообразно применять в безрычажных датчиках и датчиках с пере­даточным отношением не более 5:1.

На работу ЭКД влияет также конструктивное оформление электрических контактов. Контактные пары должны иметь выпуклую (сферическую) форму большо­го радиуса одного контакта и плоскую форму другого (рис. 2.4). При таком выполнении контактных пар на точность настройки датчика меньше влияют люфты регулируе­мых контактов.

Рис.2.4. Конструктивное оформление электрических контактов

Чаще всего регулируемые контакты крепятся в корпусе датчика, а нерегулируемые - на подвижных деталях. Нерегулируемые контакты могут быть жесткими, подвижными (для создания свободного хода) и плавающего типа с фрикционным оформлением электронной парой. Регулируемые контакты служат для точной настройки датчика (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Конструкция регулируемых контактов: 1 - микрометрический винт; 2 - контакт; 3 - микрометрическая гайка; 4 - гайка, вместе с пружиной 6 служит для выбора люфта в резьбовой паре; 5 - головка винта (лимб); 6 - распорная пружи­на; 7 - гайка крепления узла в корпусе  

При точной регулировке стремятся не только умень­шить шаг винтовой пары, но и сделать дифференциаль­ными винтовые пары.

Многокомандные электроконтактные преобразователи

Рассмотрим конструкции ЭКД. Наиболее прост, име­ет малые размеры и массу рычажный датчик модели 233 (рис. 2.6). Он относится к группе малогабаритных дат­чиков и предназначен для установки в контрольных ав­томатах. Датчик состоит из корпуса 1, измерительного штока 2, рычага 3 с подвижными контактами 4 и 5, ре­гулируемых контактов 6 и 7.

Измерительное уси­лие не превышает 300 гс. Погрешность измерения ±1 мкм. Сортирует изделия на три группы: "годные", "брак +", "брак -". Недостатком этого дат­чика является то, что последний не позволя­ет получать большое количество команд, и малый интервал деле­ния шкал настроечных винтов затрудняет на­стройку при введении поправки на размер настроечной детали.

Рис. 2.6. ЭКД модели 233

Электроконтактный датчик И-29 предназначен для многодиапазонной сортировки деталей. В зависимости от поставленной задачи датчик может производить сор­тировку деталей на 50 и более групп с интервалом 1—2 мкм. Как видно из схемы (рис. 2.7), основная отличи­тельная особенность датчика состоит в том, что один из его контактов 5 выполнен в виде архимедовой спирали, на одной оси которой расположен ползун 6, скользящий по контактной схеме. Процесс контроля и сортировки происходит следующим образом. На измерительную по­зицию вводится контролируемая деталь, на которую опирается измерительный стержень 1. В зависимости от размера детали измерительный шток 1, рычаг 2 и кон­такт 3 займут определенное положение. После этого включается серводвигатель, вращающий спиральный контакт и ползун 6. При определенном угле поворота спиральный контакт 5 замыкается с контактом 3; при этом подается командный импульс на счетное устрой­ство в целях фиксации числа контактов, через которые прошел ползун 6 от нулевого положения до момента за­мыкания контактов 3 и 5. Число считанных контактов соответствует номеру сортировочной группы. Продолжи­тельность измерительного периода не превышает 1 с; погрешность ±0,3 мкм, Р _изм ~ 250-300 гс.

Рис. 2.7.Электроконтактный датчик И-29	Рис. 2.8. Принципиальная схема сортировочного датчика БВ-929 с электромагнитным управлением

Сортировочный датчик БВ-929 с электромагнитным управлением, разработанный в Бюро взаимозаменяемос­ти (БВ), позволяет простыми методами производить сор­тировку деталей на большое число групп. Принципи­альная схема датчика изображена на рис. 2.8.

Стальная пружина 1, закрепленная в виде консоль­ной балки, притягивается электромагнитом 2. Величина прогиба пружины зависит от притягивающей силы электромагнита, которая в свою очередь зависит от ве­личины тока, протекающего через обмотку электромаг­нита. На свободном конце пружины укреплен контакт 3. На измерительном стержне 6 помещен второй контакт 4. Замыкание контактов регистрируется с помощью элек­трической лампочки 5. Ток, протекающий через обмотку электромагнита, поступает от источника питания 10, регулируется элементом 8 и контролирующим прибором 9. Размер контролируемого изделия 7 определяет положение контакта 4, а ток, протекающий через обмотку электромагнита, определяет прогиб пру­жины 1, то есть положение контакта 3. При определен­ном токе, протекающем через обмотку, контакты замк­нутся. Таким образом, размер изделия и величина тока взаимосвязаны, что позволяет сортировать изделия на большое число групп с высокой точностью.

На практике изменение тока происходит путем пере­ключения резисторов автоматической релейной це­почкой. При последовательном срабатывании звеньев релейной цепочки контакт на пружине датчика сбли­жается с контактом на измерительном штоке, скачком перемещаясь на величину одной группы при срабатыва­нии каждого последующего реле. Работа релейной це­почки мгновенно прекращается на том звене, на котором произошло замыкание контактов датчика. На светофор­ном табло при этом загорается лампа, сигнализирующая номер размерной группы. Одновременно с этим выдается команда на магнит, открывающий соответствующий ручей, куда направляется проконтролированная деталь. Пределы сортировки 0-0,2 мм. Минимальный размер группы 1,5-2 мкм. Погрешность сортировки ±0,5 мкм.

На базе миниметра "Карл-Цейс" в Бюро взаимозаме­няемости разработан многоконтактный рычажный датчик мод. БВ-6048 (рис. 2.9).

Стрелка 1 несет на себе пластину-якорь 2 и в спо­койном состоянии притягивается электромагнитом 3, замыкая соответствующий контакт ряда 4. Указатель-стрелка 1 с магнитным якорем крепится при помощи плоской пружины к оси 5. При включении электромаг­нита 3 стрелка притягивается и замыкает один из кон­тактов ряда 4. Для того, чтобы не замкнулось сразу два контакта, служат нож и гребенка 6. Стрелка остается притянутой до тех пор, пока под измерительный стер­жень не поступит следующая деталь. После притягива­ния стрелки на контакты датчика подается ток и вы­дается команда на отнесение детали к определенной сортировочной группе. Подача тока на контакты датчика в тот момент, когда они замкнуты, уменьшает их эрози­онный износ и позволяет применять большую электри­ческую нагрузку (обычно подается напряжение до 40 В и ток до 0,5 А на замыкающиеся в движении контакты датчика).

Рис. 2.9. Принципиальная схема многоконтактного

датчика модели 6048

Электрические схемы включения электроконтактных

преобразователей

Электрические схемы включения электроконтактных преобразователей могут быть сигнальные, подающие сигнал годности или брака с помощью сигнальных лам­почек разного цвета или звуков; и управляющие, произ­водящие включение и выключение различных механиз­мов управления (открывание заслонок, включение элек­тромагнитов и т.д.).

Схемы выполняются двух основных видов:

1) с "силовым контактом";

2) с "сеточным контактом" (разгрузочного ти­па).

В схемах первого вида предусматривается такое включение ЭКД в исполнительную схему, при котором управляемые контакты непосредственно включают в цепь исполнительные реле, сигнальные лампы и т.п.

В схемах с "сеточным контактом" ЭКД включается в цепь сетки электронной лампы, а исполнительный орган (реле) - в анодную цепь лампы. Такие схемы более удобны, хотя и более сложны. Разделение цепей измери­тельных контактов и контактов исполнительного органа дает возможность подбирать параметры этих цепей та­ким образом, чтобы получать наивыгодный режим рабо­ты как измерительных контактов ЭКД, так и контактов управления исполнительным органом.

Примером схем первого типа может служить элек­трическая схема светофорного блока к эльмиллимессу фирмы "Карл-Цейс" (рис. 2.10).

Применяется для ЭКД с большим передаточным от­ношением (эльмиллимесс и эльцентимесс).

В блоке, предназначенном для подключения эльмиллимесса, контакты датчика включены по схеме силового контакта в цепь постоянного тока с типовым поляризо­ванным реле, контактные пары Р ₁ и Р ₂ которого вклю­чают лампы Л₁, Л₂ и Л₃ светофора. Поляризованное ре­ле имеет дополнительную контактную пару для подклю­чения исполнительного устройства, которая получает ко­манду в момент замыкания одного из контактов дат­чика. Зажимы от дополнительных контактов реле выве­дены на гнездо на задней стенке корпуса блока. Контак­ты выдерживают напряжение 24 В, ток 2 А. Блок пита­ется от сети переменного тока. На контакты датчика подается напряжение 6 В при силе тока 1400 мкА.

Пример схем с "сеточным контактом" - схема светофорного блока модели БВ-1058 (рис. 2.11).

Блок БВ-1058 предназначен для работы с многомер­ными датчиками (предельные и амплитудные). Пред­ставляет собой набор блоков, число которых равно количеству проверяемых параметров. Для переключения с предельного режима на амплитудный служит переклю­чатель В ₂. При разомкнутых контактах ЭКД лампа 6Н5П заперта отрицательным напряжением 10 В. Ток через лампу не идет, и реле 1 P и 2 P обесточены.

Рис. 2.10. Схема включения электроконтактного

преобразо­вателя с "силовым контактом"

При замыкании одного из контактов ЭКД на сетку подается нулевой потенциал, лампа отпирается, реле срабатывает.

Рис. 2.11. Схема включения светофорного

блока мод. БВ-1058

При срабатывании реле происходит переключение контактов реле Р₁ и Р₂, которые переключают лампы Л₁, Л₂, Л₃.

При работе с амплитудным датчиком реле 1P и 2Р ставятся на самопитание для запоминания сигнала. По окончании измерения реле обесточивается кнопкой КУ.

Блоки этого типа делятся на основные и приставные. Сборка производится с помощью разъемов. Блок основной - блок питания - рассчитан на 10 приставных бло­ков. Последний включает в себя усилитель и сигналь­ную часть.

Напряжение и величина тока на контактах ЭКД 10 В*0,02 мА. Габаритные размеры: 115*230*110 мм - основной блок; 115*230*46 мм - приставной блок.

Дата добавления: 2014-01-07