Электроконтактный датчик микроперемещений

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик пп 947626,(61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 04.08. 80 (21) 2972911/18-22(И 1 М. Кл.з С 01 В 7/00//6 01 М 3/16 сприсоединениемзаявки М -Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий:531,71 (088. 8) Опубликовано 300782, Бюллетень Мо 28 Дата опубликования описания 30.07. 82(71) Заявите Институт электроники и вычислительной те АН Латвийской ССР 4) ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК МИКРОПЕРЕМИЦЕНИ ко мик ахми)Недостатком .его диапазона измерений увеличения чувствит перемещениям.Наиболее близким шением к изобретени ение имостимикроляется сужри необходьности к м ре- лектрохничес вляетс ю Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, для измерения монотонно изменяющихся микроперемещений, обусловленных, например, силовыми или температурными деформациями объекта, или для о ружения изменения геометрически меров объектов при контроле их метичности, в частности при н герметичности интегральных р в металлокерамических корпус или герметичности часов в водонепроницаемых корпусах и т.п.Известны многопредельные электро- контактные преобразователи линейных перемещений в электрический сигнал, содержащие подпружиненный измеритель ный шток, перемещающийся в шариковых направляющих, узел передачи, электро проводящую стрелку с пленкой из магнитомягкого материала, электромагнит и шкалу с электрическими контакта 1 контактный датчик микроперемещений,содержащий корпус, подпружиненный измерительный шток, подвижный относи 5 тельно корпуса элемент и два электроконтакта, размещенных вдоль хода измерительного штока, первый из которых закреплен на измерительном штоке,а второй - на подвижном элементе (2.Недостатком датчика является ограниченная чувствительность и диапазон перемещений, определяемые интервалом установки электроконтактов, который соответствует двум предельнымзначениям контролируемого микроперемещения (минимальному и максимальному), вследствие чего датчик не позволяет определять величину микроперемещений, находящихся внутри этогоинтервала.Цель изобретения - обеспечениевысокой чувствительности в широкомдиапазоне измерений монотонно изме"няющихсл микроперемещений.Для достижения поставленной цели 25 электроконтактный датчик микроперемещений снабжен неподвижно закрепленным на корпусе электромагнитом с двумя парами полюсов, формирователемсигнала, усилителем мсщности и счет" 30 чиком импульсов, подвижный элементго тока. Возникающий при этом магнитный поток, проходящий через полюсаи сердечник 6 электромагнита 4, обеспечивает фиксацию сердечника б в положении, при котором электроконтакты8 и 9 замкнуты. При перемещении контролируемого объекта в направлении Х,например при уменьшении его размеров,электроконтакт 8 отходит от зафиксированного электроконтакта 9, вследствие чего вход формирователя 11 сигнала отсоединяется от точки нулевого потенциала, напряжение на его выходе усилителя 12 пропадает, а напряжение на обмотке 5 электромагнитарезко уменьшается. При этом усилиепритяжения сердечника б к полюсамэлектромагнита 4 уменьшается, и сердечник под действием пружины 7 проскальзывает вдоль скошенных поверхностей полюсов вниз до положения замыкания электроконтактов 9 и 8. В момент замыкания этих контактов входФормирователя 11 вновь замыкается наземлю, а на его выходе формируетсянапряжение постоянного тока, возбуждающее электромагнит 4, который вновьобеспечивает фиксацию сердечника б сэлектроконтактом 9, замкнувшимся сэлектроконтактом 8 и в их новом положении. Если контролируемая поверхность продолжает перемещаться в направлении Х, электромагниты 8 и 9 вновь размыкаются, и вышеуказанныйпроцесс повторяется несколько раз впределах хода измерительного штока 2.При этом электроконтакт 9 периодически догоняет электроконтакт 8 инеподвижно фиксируется.Каждый перепад напряжения на выходе формирователя 11 регистрируетсясчетчиком 14 импульсовОдному импульсу, поступающему всчетчик 14, соответствует дискретноемикроперемещение измерительного штока 2, равное расстоянию между электроконтактами 8 и 9, при котором происходит механический и электрическийразрыв металлического мостика, возникающего между замкнутыми электроконтактами при их медленном размыкании.Длина такого металлического мостика, т,е, величина единичного дискретного перемещения, а следовательно, ичувствительность датчика, зависят отматериала электроконтактов, величиныприложенного к ним напряжения и тока,протекающего через них, от величиныконтактирующего усилителя и т.п. Вопытном образце достигнутая чувствительность составляет 0,2+0,1 мк надиапазоне измерения 1 мм.Для обеспечения высокой чувствительности к каждому единичному микроперемещению контролирующее усилиемежду электроконтактами 8 и 9 должнобыть выполнено минимально возможным, 5 например не более 51 С, а жесткость выполнен иэ магнитного материала в виде стержневого сердечника, установленного между полюсами электромагнита и подпружиненного вдоль хода измерительного штока, первый электро контакт заземлен, а второй электро контакт соединен с входом формирователя сигнала, выход которого соединен с входом счетчика импульсов и через последовательно соединенные усилитель мощности и выключатель - 10 с обмоткой электромагнита.Кроме того, плоскости полюсов электромагнита, обращенные к стержневому сердечнику, скошены под углом 60-120 15На фиг. 1 прйведена принципиальная схема электроконтактного датчика микроперемещений; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг1.Датчик имеет корпус 1, в котором размещены подвижный измерительный шток 2, подвешенный и подпружиненный на упругих мембранах 3, и электромагнит 4 с обмоткой 5 возбуждения и двупараи поо, осо которых,25 обращенные к стержневому сердечнику б, скошены под углом 60-120 О. Этот сердечник выполняет функции якоря электромагнита 4 и является подвижным элементом датчика, подпружиненным посредством пружины 7 вдоль хода измерительного штока 2. Датчик содержит также два электроконтакта 8 и 9, один из которых закреплен на конце измерительного штока 2, а другой - на конце стержневого сердечника б электромагнита 4. Постоянный магнит 10, размещенный в корпусе 1 датчика, служит для удерживания сердечника б электромагнита 4 у его полюсов в нерабочем состоянии датчикаДатчик содержит также формирователь 11 импульсного сигнала, усилитель 12 мощности, выключатель 13 и счетчик 14 импульсов, который может быть подключен как к выходу формирователя 11, так и к вы ходу усилителя.Электроконтактный датчик микроперемещений работает следующим, образом.При поступлении контролируемого объекта на измерительную позицию к нему подводят измерительный шток 2 датчика, установленного так, чтобы его электроконтакты 8 и 9 были замкнуты, вследствие чего вход формирователя 11 импульсных сигналов замыкается на землю, и на выходе его формируется напряжение постоянного тока, усиливаемое усилителем 12. Это положение датчика является исходным.Для измерения перемещений контролируемого объекта необходимо вручную 60 или автоматически замкнуть выключатель 13. В результате с выхода формирователя 11 сигнала на обмотку 5 возбуждения электромагнита 4 поступает усиленное напряжение постоянномеханической системы датчика - максимально возможной. Контактное усилие между электроконтактами 8 и 9 определяется жесткостью пружины 7 и весом сердечника 6. Измерительное усилие, создаваемое измерительным штоком 2, 5 создается упругими мембранами 3. Для сведения к минимуму мостиковой эррозии между электроконтактами 8 и 9 и исключения воэможности электроискрового разряда между ними необходимо ога раничить ток и напряжение из этой па- ры контактов, т.ена выходе формирователя 11, на уровне, не превышающем 30 мкА и 1 В соответственно, Угол 60-120 О скоса поверхностей полюсов электромагнита 4, обращенных к сердечнику 6, выбирается из условия обеспечения беэлюфтового проскальзывания этого сердечника.Благодаря тому, что процесс изме рения микроперемещений является дискретным, при каждом микроперемещении одного иэ контактов второй фдогоняет его, и неподвижно Фиксируется общий диапазон измерения микроперемещений, которй может быть выбран достаточно широким и не зависит от дополнительной чувствительности датчика, которая сохраняется практически неизменной и высокой во всем диапазоне измерения.заформула изобретения1. Электроконтактный датчик микроперемещений, содержащий корпус, подпружиненный измерительный шток, подвижный относительно корпуса элемент и два электроконтакта, размещенныхвдоль хода измерительного штока,первый из которых закреплен на измерительном штоке, а второй - на подвижном элементе, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью обеспечения высокой чувствительности в широком,циапазоне измерений монотонно изменяющихся микроперемещений, он снабженнеподвижно закрепленным на корпусеэлектромагнитом с двумя парами полюсов, формирователем сигнала, усилителем мощности и счетчиком импульсов,подвижный элемент выполнен из магнитомягкого материала в виде стержневого сердечника, установленного между полюсами электромагнита и подпружиненного вдоль хода измерительногоштока, первый электроконтакт заземлен, а второй электроконтакт соединенс входом формирователя сигнала, выход которого соединен с входом счетчика импульсов и через последовательно соединенные усилитель мощности ивыключатель - с обмоткой электромагнита.2. Датчик по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что плоскости полюсов 4электромагнита, обращенные к стержневому сердечнику, скошены под углом60-120 ф,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Волосов С.С. и Педь Е.И. Приборы для автоматического контроля вмашиностроении. М Изд-во стандартов,1975, с131-133,2. Авторское свидетельство СССР9 391383, кл, 0 01 В 7/00, 1967947626 г Составитель С. Скрыпникр С. Тараненко ТехредЛ. Пекарь Корректор Г. Решетник лиал ППППатент , гУжгород, ул. Проектная,Тираж 614Государственногоелам изобретенийква, Ж, Раушс 613/61ВНИИПпо д113035, М Подписомитета СССРоткрытийя наб., д. 4/