SU947626A1 - Электроконтактный датчик микроперемещений - Google Patents

Description

(54) ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике и может быть Использовано, в частности, дл  измерени  монотонно измен ющихс  микроперемещений, обусловленных, например , силовыми или температурными деформаци ми объекта, или дл  обнаружени  изменени  геометрических раз меров объектов при контроле их герметичности , в частности при контроле герметичности интегргшьных микросхем в металлокерамических корпусах или герметичности часов в водонепроницаемых корпусах и т.п. Известны многопредельные электроконтактные преобразователи линейных перемещений в электрический сигнал, содержащие подпружиненный измеритель ный шток, перемещающийс  в шариковых направл ющих, узел передачи, электро провод щую стрелку с пленкой из магнитом гкого материала, электромагнит и шкалу с электрическими контактами 1 . Недостатком .его  вл етс  сужение диапазона измерений при необходимост увеличени  чувствительности к микропе ремещ ен и  м. Наиболее близким техническим решением к иг обретению  вл етс  электр контактный датчик микроперемещений, содержащий корпус, подпружиненный измерительный шток, подвижный относительно корпуса элемент и два электроконтакта , размещенных вдоль хода измерительного штока, первый из которых закреплен на измерительном штоке, а второй - на подвижном элементе (2J. Недостатком датчика  вл етс  ограниченна  чувствительность и диапазон перемещений, определ емые интервалом установки электроконтактов, который соответствует двум предельньм значени м контролируемого микроперемещени  (минимальному и максимальному ) , вследствие чего датчик не позвол ет определ ть величину микроперемещений , наход щихс  внутри этого интервала. Цель изобретени  - обеспечение высокой чувствительности в широком диапазоне измерений монотонно измен ющихс  микроперемещений. Дл  достижени  поставленной цели электроконтактный датчик микроперемещений снабжен неподвижно закрепленным на корпусе электромагнитом с двум  парами полюсов, формирователем сигнала, усилителем мощности и счетчиком импульсов, подвижный элемент выполнен из магнитного материала в виде стержневого сердечника, установленного между полюсами электромагнита и подпружиненного вдоль хода иэмерительн,ого штока, первый электро контакт заземлен, а второй электроконтакт соединен с входом формировател  сигнала, выход которого соединен с входом счетчика импульсов и через последовательно соединенные усилитель мощности и выключат;ель с обмоткой электромагнита. Кроме того, плоскости полюсов электромагнита, обращенные к стержнеfeoMy сердечнику, скошены под углом 60-120°. На фиг. 1 приведена принципиальна  схема электроконтактного датчика микроперемещений; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1. Датчик имеет корпус 1, в котором размещены подвижный измерительный шток 2, подвешенный и подпружиненный на упругих мембранах 3, и электромаг нит 4 с обмоткой 5 возбуждени  и дву м  парами полюсов, плоскости которых обращенные к стержневому сердечнику 6, Скошены под углем 60-120°. Этот сердечник выполн ет функции  кор  электромагнита 4 и  вл етс  подвижным элементом датчика, подпружиненным посредством пружины 7 вдоль хода измерительного штока 2. Датчик содер жит также два электроконтакта 8 и 9, один из которых- закреплен на конце измерительного штока 2, а другой - н конце стержневого сердечника 6 элект ромагнита 4. Посто нный магнит 10, размещенный в корпусе 1 датчика, слу жит дл  удерживани  сердечника 6 электромагнита 4 у его полюсов в нерабочем состо нии датчика. Датчик со держит также формирователь И импуль сного сигнала, усилитель 12 мощности выключатель 13 и счетчик 14 импульсо который может быть подключен как к выходу формировател  11, так и к выходу усилител . алектроконтактный датчик микроперемещений работает следующим .образом При поступлении контролируемого объекта на измерительную позицию к нему подвод т измерительный шток 2 датчика, установленного так, чтобы его электроконтакты 8 и 9 были замкнуты , вследствие чего вход формировател  11 импульсных сигналов замыкаетс  на землю, и на выходе его фор мируетс  напр жение посто нного тока усиливаемое усилителем 12. Это положение датчика  вл етс  исходным. Дл  измерени  перемещений контролируемого объекта необходимо вручную или автоматически замкнуть выключатель 13. В результате с выхода формировател  11 сигнала на обмотку 5 возбуждени  электромагнита 4 поступает усиленное напр жение посто нного тока. Возникающий при этом магнитный поток, проход щий через полюса и сердечник 6 электромагнита 4, обеспечивает фиксацию сердечника 6 в положении , при котором электроконтакты 8 и 9 замкнуты. При перемещении контролируемого объекта в направлении X, например при уменьшении его размеров, электроконтакт 8 отходит от зафиксированного электроконтакта 9, вследствие чего вход формировател  11 сигнала отсоедин етс  от точки нулевого потенциала, напр жение на его выходе усилител  12 пропадает, а напр жен 1е на обмотке 5 электромагнита резко уменьшаетс . При этом усилие прит жени  сердечника 6 к полюсам электромагнита 4 уменьшаетс , и сердечник под действием 7 проскальзывает вдоль скошенных поверхностей полюсов вниз до положени  замыкани  электроконтактов 9 и 8. В момент замыкани  этих контактов вход формировател  11 вновь замыкаетс  на землю, а на его выходе формируетс  напр жение посто нного тока, возбуждающее электромагнит 4, который вновь обеспечивает фиксацию сердечника 6 с электроконтактом 9, замкнувшимс  с электроконтактом 8 и в их новом положении . Если контролируема  поверхность продолжает перемещатьс  в направлении X, электромагниты 8 и 9 (ВНОВЬ размыкаютс , и вышеуказанный процесс повтор етс  несколько раз в пределах хода измерительного штока 2. При этом электроконтакт 9 периодически догон ет электроконтакт 8 и неподвижно фиксируетс . Каждый перепад напр жени  на выходе формировател  11 регистрируетс  счетчиком 14 импульсов. Одному импульсу, поступающему в счетчик 14, соответствует дискретное микроперемещение измерительного штока 2, равное рассто нию между электроконтактами 8 и 9, при котором происходит механический и электрический разрыв металлического мостика, возникающего между замкнутыми электроконтактами при их медленном размыкании. Длина такого металлического мостика , т.е. величина единичного дискретного перемещени , а следовательно, и чувствительность датчика, завис т от материала электроконтактов, величины приложенного к ним напр жени  и тока, протекающего через них, от величины контактирующего усилител  и т.п. В опытном образце достигнута  чувствительность составл ет 0,2+0,1 мк на диапазоне измерени  1 мм. Дл  обеспечени  высокой чувствительности к каждому единичному микроперемещению контролируквдее усилие между электроконтактами 8 и 9 должно быть выполнено минимально возможным, например не более 51C, а жесткость

механической системы датчика - максимально возможной. Контактное усилие между электроконтактами 8 и 9 определ етс  жесткостью пружины 7 и весом сердечника 6. Измерительное усилие, создаваемое измерительным штоком 2, создаетс  упругими мембранами 3. Дл  сведени  к минимуму мостикрвой эррозии между электроконтактами 8 и 9 и исключени  возможности электроискрового разр да между ними необходимо ограничить ток и напр жение из этой пары контактов, т.е. на выходе формировател  11, на уровне, не превышающем 30 мкА и 1В соответственно. Угол 60120 скоса поверхностей полюсов электромагнита 4, обращенных к сердечнику 6, выбираетс  из услови  обеспечени  безлюфтового проскальзывани  этого сердечника.

Благодар  тому, что процесс измерени  микроперемещений  вл етс  дискретным , при каждом микроперемещении одного из контактов второй догон ет его, и неподвижно фиксируетс  общий диапазон измерени  микроперемещений , которой может быть выбран достаточно широким и не зависит от дополнительной чувствительности датчика , котора  сохран етс  практически неизменной и высокой во всем диапазоне измерени .

Claims (2)

1. Электроконтактный датчик микроперемещений , содержащий корпус, подпружиненный измерительный шток, подвижный относительно корпуса элемент

и два электроконтакта, размещенных вдоль хода измерительного штока, первый из которых закреплен на измерительном штоке, а второй - на подвижном элементе, отличающийс   тем, что, с целью обеспечени  высокой чувствительности в широком (Циапазоне измерений монотонно измен ющихс  микроперемещений, он снабжен неподвижно закрепленным на корпусе электромагнитом с двум  парами полюсов , формирователем сигнала, усилителем мощности и счетчиком импульсов подвижный элемент выполнен из магнитом гкого материала в виде стержневого сердечника, установленного между полюсами электромагнита и подпружиненного вдоль хода измерительного штока, первый электроконтакт заземлен , а второй электроконтакт соедине с входом формировател  сигнала, выход которого соединен с входом счетчика импульсов и через последовательно соединенные усилитель мощности и выключатель - с обмоткой электромаг нита.

2. Датчик по п. 1, отличающийс  тем, что плоскости полюсов электромагнита, обращенные к стержневому сердечнику, скошены под углом 60-120.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Волрров С.С. и Педь Е.И. Приборы дл  автоматического контрол  в машиностроении. М., Изд-во стандарто 1975, с. 131-133.

2.Авторское свидетельство СССР № 391383, кл. G 01 В 7/00, 1967 (прототип).