Мал. 4.59. Схеми перекриттів повітря в пневматичних перетворювачах:

а – виріб – заслінка; б – плоска заслінка; у – заслінка з кутом конуса ;

г – параболічна заслінка; д – сферична заслінка; е – ежекторне сопло

Для збільшення діапазону вимірювання застосовують ежекторні сопла (мал. 4.59, е), в яких повітря під постійним тиском р поступає у вимірювальне сопло діаметром d2 через вхідне сопло діаметром d1. При цьому в порожнині A виникає розрядка.

Для автоматизації процесу вимірювання випускають відліково-командні пристрої (мал. 4.60) зсильфонными перетворювачами, в яких стисле повітря під тиском 0,32 - 0,6 Мпа після фільтру-стабілізатора 1 через вхідні сопла 19, 20 і 18 поступає в сильфоны 3 і

1

Рис. 4.60. Схема пневматического отсчетно-командного устройства

7. Сильфон 17 сполучений з соплом 21 вимірювального вузла, а сильфон 3 - з настроювальним соплом 2 противодавления. Сильфони зв'язані між собою планкою 15, підвішеною на плоских пружинах 4 і 16. Планка 15 через зубчату для важеля передачу пов'язана з відліковим пристроєм 9 і електричними контактами 5 і 6, 14 і 13. Контакти, підвішені на пружинах 12, настроюють за допомогою кулачків 11. По їх положенню і положенню покажчиків 7 і 10 визначають інтервал настройки. При вимірюванні розміру деталі тиск в сильфоне 17 змінюється, планка 15 зміщується убік, замикаючи контакти 5 і 6. Контакти 8 служать для виключення спрацьовування при знятті сопла 21.

Пневматичні прилади надійні, мають вимірювальні сопла малих розмірів, які можуть бути розташовані в труднодоступних місцях і легко дозволяють отримувати суму і різницю сигналів.. Недоліки пневматичних приладів - інерційність, невеликий діапазон свідчень, необхідність складного очищення і підготовки повітря.

Струнні перетворювачі [16]. У зв'язку з розвитком цифрової обчислювальної техніки, створенням електронних цифрових машин, що управляють, найбільш зручною формою представлення інформації від перетворювача є кодо-імпульсна, а також частотно-імпульсна модуляція. До таких перетворювачів відноситься струнний.

У струнних перетворювачах вимірювана величина перетвориться в зміну частоти власних поперечних коливань тонкої натягнутої струни

де F0 – сила натягнення струни;  - щільність матеріалу струни; S – площа поперечного перетину струни; mс – маса струни; l – довжина струни.

Струна, поміщена в поле постійних магнітів, і електронний підсилювач з позитивним зворотним зв'язком утворюють автогенератор, в якому підтримуються незгасаючі коливання струни на частоті, майже рівній частоті її власних коливань. Впливаючи на натягнення, деформацію або масу mc струни, можна побудувати уніфіковану систему перетворювачів, що дозволяють вимірювати різні фізичні величини: лінійне і кутове переміщення, температуру, тиск, силу, електричний струм і напругу і ін.

Розроблено декілька уніфікованих конструкцій перетворювачів, на базі яких створений уніфікований інформаційно-вимірник

Розроблено декілька уніфікованих конструкцій перетворювачів, на базі яких створений уніфікований інформаційно-вимірник

Н

Рис. 4.61. Схема УИИМ МО

технологического процесса

а практиці застосовують струнні перетворювачі двох типів:однострунні зусилля (мал. 4.62, а), переміщення (мал. 4.62,6), температури (мал. 4.62, в) і диференціальні (мал. 4.63), призначені для вимірювання лінійних переміщень, сили або ваги, тиску, температури навколишнього середовища і поверхонь об'єктів малої площі. Крім того, ці перетворювачі можуть застосовуватися для вимірювання: товщина напиленого шару, кутових розмірів і переміщень, постійного і змінного струму, напруги.

Основні недоліки однострунних перетворювачів - нелінійність характеристики і зсув початкового рівня - можуть бути істотно зменшені, якщо використовувати диференціальну схему. При цьому вимірюваний параметр впливає на дві ідентичні струни, збільшуючи частоту однієї з них і зменшуючи частоту іншій.

Стосовно вимірювання переміщень, деформацій і розмірів слід зазначити ряд безперечних переваг цифрової інформаційно-вимірювальної системи із струнними перетворювачами в порівнянні з існуючими пристроями аналогічного призначення:

можливість перетворення сигналу в цифрову і аналогову форму;

інформація про вимірювану величину видається у формі коду, що дозволяє стикувати дані пристрої з ЕОМ і статанализаторами і на цій базі здійснювати автоматизацію управління технологічними процесами;

N N

S S

висока швидкодія системи і можливість перевірки метрологічних характеристик пристрою з використанням зразкового електрон цифрова індикація результатів вимірювання в натуральних одиницях підвищує продуктивність контрольних операцій, об'єктивність контролю і дає можливість за допомогою цифропечатающих пристроїв документально реєструвати результати вимірювання;

но-счетного частотоміра, що є в даний час широко поширеним і доступним приладом;

отримана у формі коду інформація про вимірювану фізичну величину без спотворень може передаватися на значні відстані.

Прилади з індуктивними перетворювачами [50]. У цих приладах зміна контрольованої величини перетвориться в зміну індуктивності електричного ланцюга відповідно до формули

,

де L і  - індуктивність і число витків котушки; li, Si, і _i - зазор, площа і магнітна проникність ділянки i магнітного ланцюга (зокрема феромагнітних і повітряних ділянок).

Конструкції індуктивних перетворювачів засновані на залежності індуктивності від зазоруl між рухомою частиною (якорем, пов'язаним з вимірювальним наконечником) і сердечником (мал. 4.64, а, в) або від площі S їх перекриття (мал. 4.64, би, г). Індуктивні перетворювачі можуть бути побудовані по простій (мал. 4.64, а, би) або диференціальній (рис.4.64, в, г) схемі. Перетворювачі із зазором, що змінюється, використовують для контролю малих переміщень (0,1 - 5000 мкм); перетворювачі з площею, що змінюється, що мають велику лінійність характеристики, використовують для контролю переміщень 0,5 - 15 мм.

Перевагами індуктивні датчиків є - малі габарити, аналогова форма видаваного сигналу, високе передавальне відношення і широкі можливості по передачі, запам'ятовуванню і проведенню різного роду математичних перетворень і обчислень на ЕОМ. Проте ці прилади складніше і дорожче електроконтактах і пневматичних.

Прилади з перетворювачами місткостей [50]. У цих приладах зміна контрольованої величини перетвориться в зміну електричній місткості З електричного ланцюга зазвичай відповідно до формули

де  - діелектрична проникність, Ф/м; S - площа перекриття обкладань конденсатора, см2; l —расстояние між обкладаннями, мм.

Отже, можливе створення трьох видів перетворювачів місткостей: з параметром, що змінюється, S або l.

На мал. 4.65 показані схеми простих і диференціальних перетворювачів. Перетворювачі місткостей володіють високою лінійністю вихідної характеристики, високою чутливістю, малими вимірювальними зусиллями.

Їх спеціальні конструкції дозволяють забезпечити великий діапазон свідчень. Проте перетворювачі місткостей дуже чутливі до зовнішніх умов (коливанням температури, вологості і т. д.), що змінюються, що обмежує область їх застосування.

Прилади з фотоелектричними перетворювачами [50]. У цих приладах зміну контрольованої величини викликає зміна cветотехнической характеристики, яка реєструється фотоелементами. Світловий потік Ф, що потрапляє на фотоелемент, визначають по формулі

де I - сила світла джерела; S - площа вхідної зіниці системи; r - відстань від об'єктиву системи до джерела світла;  - кут падіння пучка світла на світлочутливу поверхню.

Відповідно до приведеної формули випускають датчики чотирьох типів, засновані на зміні: площі S (мал. 4.66, а) вхідної зіниці (світловий потік перекривається або заслінкою, пов'язаною з деталлю D, або кромкою самої деталі); відстані r від джерела світла до оточувствительной поверхні (світловий потік змінюється шляхом переміщення джерела світла або фотоприймача, викликаного зміною контрольованої величини); сили світла I (мал. 4.66, би) джерела (світловий потік змінюється при зміні відбивній здатності контрольованої поверхні); кута нахилу  до світлочутливої поверхні.

Прилади, використовуючі електронні перетворювачі (механо-трони). Радіоелектронні перетворювачі засновані на залежності характеристик електронної лампи від геометричного розташування її елементів (катодів, анодів, сіток і т. п.) Найбільшого поширення набули механотроны у вигляді подвійних діодів з механічним управлінням (мал. 4.67). Контрольований виріб повертає на кут  стрижень 1, закріплений на еластичній мембрані 2. На іншому кінці стрижня є аноди 3, що переміщаються при контролі щодо катода 4. Анодний струм визначають по формулі

де до — постійний коефіцієнт; Uа — анодна напруга (Uа = соnst); lа.к - відстань між анодом і катодом.

Таким чином,механотрон виконує функції перетворювача і першої електронної лампи підсилювача. Ці прилади характеризуються високою чутливістю, безынерционностью, малими вимірювальним зусиллям і габаритами. Так, для механотронов типу 6МХ діапазону вимірювань складає від ±0,1 до ±1 мм, чув-

ствительность 3 - 100 мкА/мкм, вимірювальне зусилля 0,015 - 0,4 Н, анодна напруга 5 - 15 В. Недостаток механотронов - невисока довговічність (1000 - 4000 ч).