10.10. Средства измерений и контроля с электрическим и электромеханическим преобразованием.

Электрические и электромеханические измерительные приборы характеризуются наличием единого источника энергии – электрического тока. Широкое распространение в измерительной технике нашли электрические преобразователи, индуктивные, емкостные, электронные и фотоэлектрические приборы. Они отличаются высокой точностью, позволяют вести дистанционные измерения, имеют сравнительно небольшие габаритные размеры, обладают незначительной инерционностью.

Электрические преобразователи являются одной из составных частей электрических и электромеханических измерительных приборов, классификация и конструкция которых будет рассмотрена ниже.

В индуктивных приборах используется свойство катушки изменять свое реактивное сопротивление при изменении некоторых ее параметров, определяющих величину индуктивности L. Для получения возможно большей индуктивности катушку, как правило, выполняют с магнитопроводом из ферромагнитного материала. Один из эелементов магнитопровода 2 – якорь 3 (рис. 10.31) выполняют подвижным, а его положение относительно неподвижной части магнитопровода 2 будет определять величину изменения магнитного сопротивления цепи, а следовательно, и индуктивной катушки 1. Изменение индуктивного сопротивления катушки ведет к соответствующему изменению ее полного сопротивления R. Таким образом, если связать перемещение якоря с измеряемой величиной d при постоянной скорости перемещения, возникает функциональная зависимость между d и электрическим параметром L. Устройство, которое преобразует линейные перемещения в электрический параметр с помощью вышеописанной катушки, называется индуктивным преобразователем.

Индуктивные измерительные приборы могут быть бесконтактными и контактными. В первом случае контролируемая деталь (только из ферромагнитных материалов) непосредственно включена в магнитную цепь, образуя участок магнитопровода. Схема контактного безрычажного дифференциального индуктивного прибора с малым ходом, например, модель БВ–3099 или 226 показана на рис. 10.32. Отклонение размеров контролируемой детали 9 вызывает перемещение измерительного стержня 8, на котором закреплен якорь 6, находящийся в воздушном зазоре между магнипроводами индуктивных катушек 1 и 7. В зависимости от положения якоря меняется воздушный зазор у магнитопроводов, в результате чего индуктивное сопротивление одной катушки возрастает, а другой уменьшается. При этом нарушается равновесие моста, образованного катушками 1 и 7 и сопротивлениями 2 и 4, который питается от стабилизированного генератора звуковой частоты 3. В результате в диагонали моста возникает ток, направление которого определяется отклонением в ту или иную сторону измерительного стержня от среднего положения. Отсчетный прибор 5, включенный в диагональ моста через фазочувствительный выпрямитель, показывает величину этого отклонения.

В емкостных измерительных системах используется принцип преобразования линейных перемещений в изменение электрической емкости конденсатора. По изменению емкости судят об изменении размера. Емкостные измерительные приборы могут быть бесконтактными и контактными. В бесконтактном приборе контролируемая деталь непосредственно включается в электрическую цепь в качестве одной из пластин конденсатора. Принципиальная схема прибора, в котором применен дифференциальный емкостный преобразователь с двумя неподвижными пластинами, включенными в мостовую схему, показана на рис. 10.33. Изменение положения измерительного стержня 10, на конце которого закреплена подвижная пластина 13, при измерении размера детали 8, установленной на столе 9, влечет за собой изменение емкости двух конденсаторов, образованных пластинами 7, 13 и 1, 13. Эти конденсаторы и регулировочный конденсатор 2 включены в мостовую схему, которая питается от высокочастотного генератора 3. Выходное напряжение преобразователя через усилитель 4 подается на показывающий прибор 5 и исполнительное реле 6.

Емкостные измерительные приборы обладают малой инерционностью (менее 0,04 с), высокой чувствительностью, весьма малым измерительным усилием, так как силы электростатического притяжения между пластинами очень малы. Однако эти приборы предъявляют повышенные требования к стабильности электронной схемы включения.

В фотоэлектрических измерительных приборах с помощью оптической системы, построенной на диафрагмировании или отражении светового потока и фотоэлемента, энергия света преобразуется в электрический сигнал, который, усиливаясь, поступает либо на показывающий прибор, либо в устройство для подачи команд.

Фотоэлектрические измерительные системы для непрерывного измерения размера контролируемых деталей по изменению величины светового потока, падающего на катод фотоэлемента, применяются редко. Причиной этого является нестабильность характеристик фотоэлементов во времени.

Фотоэлектрические преобразователи, которые являются базовым элементом рассматриваемых систем, широко применяются в дискретных измерительных системах с отражением светового потока, например, в автоматах ЛИЗ для контроля и сортировки деталей подшипников качения, в счетных схемах, в оптических системах для измерения перемещений и др.