§ 3.2. Контактные датчики с дискретным выходным сигналом

Контактные датчики относятся к параметрическим, поскольку их электрическое сопротивление изменяется в зависимости от вход­ной механической величины. Так как сопротивление изменяется

скачком (в результате замыкания или размыкания контактов), то контактные датчики имеют дискретный выходной сигнал. Стати­ческая характеристика контактного датчика имеет релейный ха­рактер. Можно считать, что выходной сигнал несет информацию типа «да—нет» или «больше—меньше». Поэтому контактные дат­чики применяются в основном в системах автоматического конт­роля и сортировки размеров, а также в системах автоматической сигнализации различных физических величин, преобразуемых в перемещение.

Электрические контактные датчики, используемое для контро­ля размеров деталей, делят на предельные, определяющие, находит­ся ли заданный размер в поле допуска, и амплитудные, измеряющие отклонения детали от заданной геометрической формы.

Рассмотрим работу предельного контактного датчика (рис. 3.1, а). На установочной плите 1 размещена деталь 2, точность выполнения вертикального размера которой необходимо контроли­ровать. К детали подводится измерительный щуп 3 и прижимается с помощью пружины 4. В зависимости от размера детали щуп переме­щается в вертикальном направлении, поворачивая рычаг 5, несущий подвижный контакт 9. При опускании щупа замыкается неподвиж­ный контакт 10, при поднятии — контакт 8. Замыкание происходит в том случае, когда размер детали имеет отклонение в большую или меньшую сторону сверх допустимого. Допустимые пределы откло-

нения могут быть установлены с помощью настроечных винтов 7 и 11. Для обеспечения достаточного контактного нажатия служит пру­жина 6. Электрические зажимы для подключения подвижного кон­такта 9 и неподвижных контактов 8 и 10 в электрическую цепь на данной кинематической схеме не показаны.

Амплитудный датчик (рис. 3.1, б) отличается от предельного тем, что подвижный контакт 9 имеет осевое перемещение в направ­ляющих рычага 5. При вращении детали 2 в призме 1 сначала про­исходит замыкание подвижного контакта 9 с неподвижным контак­том 8. Если щуп 3 продолжает подниматься, то рычаг перемещается влево, проскальзывая через подвижный контакт 9. Затем, когда мак­симальный размер будет пройден (т. е. щуп начнет опускаться), ры­чаг переместится вправо, увлекая за собой без проскальзывания по­движный контакт. Если отклонение размера превышает допустимое, то подвижный контакт замкнется со вторым неподвижным контак­том 10 и в электрическую цепы подается сигнал о том, что деталь бракованная. На предельное отклонение размера датчик настраива­ют с помощью винта 11, используя эталонную деталь.

Рычажная система электроконтактных датчиков играет важную роль. Надежное замыкание и особенно размыкание контактов при малом расстоянии между ними невозможны. Рычажная система по­зволяет увеличить это расстояние за счет того, что отношение раз­меров L/a > 1 (рис. 3.1). При замыкании контактов датчика проис­ходит изменение сопротивления между подвижным и неподвижным контактами от бесконечности до ничтожно малой величины, опре­деляемой значением контактного сопротивления.

Для уменьшения погрешности измерения рычаги выполняют не на шарнирах, имеющих зазоры между отверстием и осью, а на плос­ких пружинах. Недостатками рычажных систем являются необходи­мость в значительных усилиях для перемещения щупа (0,1—3 Н) и повышенная инерционность.

Датчик, показанный на рис. 3.1, является двухнедельным. При необходимости используют одно- и многопредельные датчики. На рис. 3.2 показаны многопредельные датчики. Контакты 1—3 замы­каются последовательно друг за другом при перемещении измерите­льного щупа 4, контролирующего соответственно размеры деталей Д—Д_у Подсоединение подвижного контакта во внешнюю цепь осу­ществляется с помощью пружинного подвода 5. Контактный дат­чик, приведенный на рис. 3.2, а, переключает несколько цепей сиг­нализации, а датчик на рис. 3.2, б выполняет последовательное за­мыкание частей резистора R, имеющего несколько отводов.

В последнем случае происходит ступенчатое уменьшение активного сопротивления, включенного в общую внешнюю цепь.

Контактные многопредельные датчики используют в сортиро­вочных автоматах, разделяющих детали по размерам с достаточно высокой точностью (несколько микрометров). Производительность сортировочных автоматов достигает нескольких сотен деталей в ми­нуту. Это предъявляет высокие требования к надежности и точности контактных датчиков. Технические показатели датчиков в значите­льной степени зависят от материала и качества изготовления кон­тактных пар. Нарушение контакта приводит к отказу датчика, а об-горание и износ контактов снижают точность контроля размеров. Поэтому очень важно создать благоприятные условия для работы контактов путем снижения разрывной мощности.

Нагрузкой контактных датчиков довольно часто являются сиг­нальные лампы. При использовании для сигнализации обычных ламп накаливания разрывная мощность довольно велика (несколько ватт). Для уменьшения искро- и дугообразования применяют иск-рогасительную цепочку, состоящую из последовательно соединен­ных конденсатора и разрядного активного сопротивления. Такая це­почка подключается параллельно контактам датчика. Для повыше­ния надежности контактных датчиков применяют неоновые лампочки, которые потребляют значительно меньшую (по сравне­нию с лампами накаливания) мощность: 80—150 мВт (ток 1—1,5 мА при напряжении 80—100 В). Еще большего снижения разрывной мощности можно достичь подключая контакты в цепь управления

электронных и полупроводниковых усилителей с большим входным сопротивлением.

Материалы для контактов выбираются в зависимости от кон­тактного давления и условий работы датчика. Для высокочувствите­льных маломощных контактных датчиков давление на контактах из­меняется от 0,001 до 0,02 Н. Контакты таких датчиков выполняют из драгоценных металлов (платина, золото и их сплавы), которые почти не окисляются в нормальных атмосферных условиях. Однако их износоустойчивость и твердость невелики. При контактных дав­лениях 0,05—1 Н применяют серебряные контакты. Для мощных контактных датчиков контактные усилия составляют несколько ньютон, а в качестве материала контактов используют вольфрам, молибден и их сплавы, обладающие высокими твердостью и изно­соустойчивостью.

Вообще проблема контактов и их надежности очень важна для многих электрических элементов автоматики. Более подробно во­просы выбора материалов и конструкций контактов рассмотрены в гл. 16.

В качестве контактных датчиков могут быть использованы и рассматриваемые в гл. 15 путевые И конечные выключатели. По сравнению с описанными контактными датчиками они требуют су­щественно больших усилий для перемещения контактов и имеют менее высокую точность, но^ зато могут быть использованы в более мощных цепях.

Достоинствами контактных датчиков являются простота и де­шевизна конструкции, простота регулировки чувствительности, вы­сокая точность, возможность работы в цепях постоянного и пере­менного токов. К недостаткам относятся трудность обеспечения вы­сокой надежности из-за наличия электрической дуги и искрения, возможность ложных срабатываний при наличии вибраций и удар­ной нагрузки.

Контрольные вопросы

1. В чем разница между параметрическими и генераторными датчиками?

2. Как работает контактный датчик?