Электромеханический метод

Для измерения малых размеров, в частности параметров шеро­ховатости, в машиностроении широко используются контактные микрометры, миниметры, профилометры, в которых пространст­венные координаты сначала преобразуются в линейное перемеще­ние щупа-иглы, а затем в электрический сигнал при помощи ин­дуктивных, емкостных и других типов преобразователей.

На рисунок 1 показана схема цифрового измерителя малых раз­меров на основе емкостного преобразователя, который является частотно-зависимым элементом кварцевого генератора. Емкостный датчик состоит из неподвижного золотого электрода 3, напылен­ного на полированный стеклянный брусок 6, и подвижного элект­рода 2, жестко связанного с иглой-щупом 1. Датчик при помощи короткого коаксиального кабеля 4 соединен с кварцевым генера­тором 5, частота которого является информативным параметром. Кварцевый генератор возбуждается на частоте последователь­ного резонанса, что обеспечивает высокую временную и темпера­турную стабильность его частоты. Входная и выходная емкости активного четырехполюсника, каким является кварцевый генера­тор, также мало влияют на частоту генератора, которая меняется только от изменения емкости измерительного преобразователя

Рисунок 1- Функциональная схема интеллектуального измерителя малых размеров на основе емкостного преобразователя

при перемещении подвижного электрода. Частота кварцевого генератора f_KВ =F(x) после преобразования при помощи смесителя 7, опорного генератора 8, измерителя периода 9, линеаризатора (микропроцессора) 10 поступает на цифровое отсчетное устрой­ство 11, которое выдает результат измерения в микрометрах. По­рог чувствительности микрометра равен 0,01 мкм, пределы изме­рений 0,1—1 мм.

При использовании таких приборов для измерения параметров шероховатости имеют место погрешности из-за нелинейных ис­кажений, обусловленных способом преобразования реального про­филя шероховатой поверхности в линейное перемещение щупа. При этом могут возникать погрешности из-за отрывов щупа в не­которых точках профиля поверхности и вследствие деформации (упругой и пластичной) исследуемой поверхности под действием усилия со стороны иглы-щупа. Эти погрешности определяются усилием, создаваемым щупом. Это усилие в общем случае непо­стоянно и может меняться в зависимости от инерционности преоб­разователя, радиуса щупа, свойств материала и профиля иссле­дуемого объекта. В этом отношении преимущество имеет виброкон­тактный метод, основанный на преобразовании в электрический

сигнал колебаний вибрирующего щупа, амплитуда которых автоматически регулируется и устанавливается равной измеряе­мому размеру. Виброконтактный метод позволяет производить из­мерения при незначительных усилиях щупа, который только пе­риодически соприкасается с исследуемым объектом. Благодаря этому можно использовать тонкие щупы, что дает возможность измерять размеры легкодеформируемых изделий, а также объек­тов сложной конфигурации.

Для измерения относительно больших линейных (до 1м) и уг­ловых (до 360°) перемещений различных станков и механизмов применяются индуктивные и трансформаторные (взаимоиндуктив­ные) преобразователи с распределенными параметрами.

Высокая точность измерений обеспечивается при использова­нии индуктосинов — многополюсных безжелезных трансформатор­ных преобразователей с печатными обмотками . Индуктосины применяются для измерения как линейных, так и угловых пере­мещений. Линейные индуктосины выполняются как развертки круговых индуктосинов. Выходным сигналом индуктосина явля­ется индуцируемая во вторичной обмотке ЭДС, амплитуда или фаза которой зависят от измеряемого перемещения. Для точного измерения угла поворота наиболее широко используется фазовый метод. Поворот ротора кругового индуктосина на угол α = 2π/р (р — число пар полюсов) вызывает изменение фазы выходной ЭДС на 360°. Таким образом, угловой индуктосин преобразует пространственный угол в угол фазового сдвига электрического сигнала, который в р раз больше измеряемого пространственного угла. При измерении линейных и угловых перемещений, превыша­ющих размер одного полюсного деления, необходимо дополни­тельно применять устройства отсчета полюсных делений.

Цифровые средства измерений с использованием индуктосинов обеспечивают измерение линейных размеров до 1 м с погрешно­стью 1—2 мкм и измерение угловых размеров с погрешностью, не превышающей нескольких угловых секунд.

На основе индуктивных и емкостных преобразователей промышленность выпускает широкий класс аналоговых и цифровых микрометров, профиломет-ров и информационно-измерительных систем (ИИС) для измерения размеров и координат различных изделий. Так, измерительная система, включающая в себя два индуктивных датчика, записывающее устройство, транскриптор, ЭВМ, имеет диапазоны измерений от +9,99 до —9,99 мкм и от +99,99 до —99,99 мкм.

В первом диапазоне измерений абсолютная погрешность 0,2 мкм, порог чувствительности 0,01 мкм.