Команднопоказывающие приборы и их расчет

Дифференциальные сильфонные приборы. Сжатый воздух из пневмосети, пройдя через блок фильтра и стабилизатора, под постоянным давлением Н = const истекает через входные сопла и в полости сильфонов.

Из правого сильфона воздух через кольцевой зазор, образованный торцом измерительного сопла и поверхностью контролируемой детали, истекает в атмосферу. В этом сильфоне создается измерительное давление величина которого зависит от размера контролируемой детали.

Из левого сильфона воздух истекает в атмосферу через узел противодавления, а в полости сильфона создается постоянное давление. Свободные концы сильфонов жестко связаны стяжкой, подвешенной на плоских пружинах.

Положение подвижной системы прибора определяется разностью измерительного давления и некоторого постоянного противодавления. Перемещение подвижной системы измеряется с помощью механизма, который включает стрелку со шкалой и рычажно-зубчатую передачу от сильфонов к стрелке.

В некоторых конструкциях передача движения на стрелку осуществляется капроновой нитью, образующей петлю на оси стрелки. Один конец нити прикреплен к кронштейну, который крепится к подвижной системе прибора, а другой конец нити натянут пружиной.

На подвижной системе прибора с помощью плоских пружин закреплены подвижные электрические контакты. Для предварительного натяжения пружин с целью обеспечения необходимого усилия замыкания контактов служат упоры. Винты с неподвижными контактами служат для настройки срабатывания электрических контактов при заданном размере контролируемой детали. В существующих приборах число пар контактов достигает шести.

Чувствительность на электрические контакты для сильфонных приборов микронной точности обычно принимают равной 20—50. Уменьшение чувствительности на контакты ведет к уменьшению точности настройки контактов, а также к усложнению механизмов настройки и передачи на стрелку.

Эффективную площадь сильфонов выбирают исходя из заданной погрешности измерения. Из принципиальной схемы видно, что по мере перемещения сильфонов вместе с замыканием или размыканием контактов на подвижную систему прибора начинают действовать дополнительные усилия со стороны пружин электроконтактного устройства. Эти усилия вызывают погрешность показаний по шкале, но не влияют на погрешность срабатывания контактов прибора. Кроме того, на погрешности показаний сказывается колебание усилия прижима механизма передачи движения от сильфонов на стрелку.

С целью уменьшения погрешности показаний до заданной величины необходимо увеличивать эффективную площадь сильфона так, чтобы усилие, развиваемое сильфонами при изменении измерительного зазора на величину допустимой погрешности, было равно или больше суммарного дополнительного усилия.

Методика расчета сильфонных приборов может быть использована для расчета приборов, в которых в качестве упругого элемента применяют мембраны, мембранные коробки.

По схеме на выпускают несколько моделей сильфонных дифференциальных приборов. Приборы, выпускаемые заводом ЧИЗ (Челябинский инструментальный завод), предназначены специально для построения средств активного контроля. Они включают в себя дополнительно электронный блок, светосигнальное устройство и блок фильтра со стабилизатором (кроме прибора БВ-6017-4к). Остальные приборы, этих блоков не имеют, но в сочетании с блоками, выпускаемыми заводом «Калибр», их можно применять в качестве отсчетно-командных приборов средств активного контроля.

Компенсационные приборы. Сжатый воздух под давлением питания истекает через входные сопла в измерительную и компенсационную камеры. Из камеры воздух истекает в атмосферу через зазор между торцом сопла и поверхностью контролируемой детали, а из камеры— через кольцевую щель между поверхностями конической иглы и сопла. Мембрана (из прорезиненной ткани) находится в покое только в том случае, если давление в камерах одинаково. При изменении зазора измерительное давление также меняется и равновесие мембраны нарушается.

Перемещаясь, мембрана изменяет положение иглы относительно сопла таким образом, что давление в компенсационной камере вновь становится равным измерительному давлению. Перемещение иглы, отсчитываемое по шкале прибора, является мерой изменения размера детали.

Получение команд в компенсационных приборах осуществляется с помощью электроконтактных преобразователей, как это имело место в сильфонных приборах.

С помощью компенсационного прибора можно измерять разность двух размеров. Для этого в компенсационную камеру включают второй пневматический преобразователь. Конструктивно компенсационные приборы просты, обладают высокой точностью, менее инерционны по сравнению с сильфонными приборами. По компенсационной схеме построены приборы «Этамию» фирмы «Ателерс де Норманди» (Франция).

В зависимости от угла конуса иглы приборы «Этамик» выпускают с ценой деления 0,0005; 0,001 и 0,002 мм соответственно с диапазоном измерения 0,04; 0,08 и 0,16 мм. Погрешность этих приборов не превышает цены деления.

Зависимость величины перемещения конической иглы от изменения зазора определяется из условия компенсации давлений, которое сводится к равенству отношений площадей истечения через сопла компенсационной и измерительной ветвей.

Оригинальная конструкция компенсационного прибора разработана в Омском политехническом институте.

Измерительная ветвь образована входным соплом и измерительном соплом, а компенсационная — входным соплом и компенсационным соплом. Первичные преобразователи соединены с соответствующими камерами прибора. При изменении зазора, образованного торцом измерительного сопла и поверхностью контролируемой детали, измерительное давление в верхней камере также изменяется и равновесие мембраны нарушается. Перемещаясь, мембрана через систему рычагов изменяет зазор между торцом сопла и поверхностью рычага таким образом, что давление в компенсационной (нижней) камере вновь становится равным измерительному давлению. Перемещение рычага, отсчитываемое по шкале индикатора, является мерой изменения размера детали.

Наличие рычага позволяет регулировать цену деления прибора в пределах 0,5—5 мкм путем изменения длины малого плеча рычага. При отношении плеч 1 : 10 и цене деления индикатора 0,01 мм цена деления прибора составляет 0,001 мм. Газодинамическое равенство выходных дросселирующих каналов измерительной ветви и компенсационной позволило получить прибор с линейной характеристикой (нелинейность не более 1%) и крайне малой погрешностью, связанной с колебанием давления питания.

Принципы построения командно-показывающих приборов на базе стандартных манометров и мембранной техники. С помощью стандартных манометров классов 0,5—1  элементов УСЭППА получают высокоточные показывающие приборы, а с дополнением дискретных пневматических преобразователей — командно-показывающие приборы.

Учитывая, что производство манометров — массовое, с различными диапазонами измерения, шкалами и классами точности, рассмотренный принцип построения показывающих приборов позволяет наиболее гибко решать различные метрологические задачи. Для построения дискретных пневматических преобразователей, предназначенных для выдачи команд, можно также использовать элементы УСЭППА.

Рассмотрим построение дискретного преобразователя на базе элемента сравнения ЭС-3, камеры которого подключаются к измерительной ветви с давлением ветви противодавления с давлением.

Величина давления зависит от величины контролируемого размера детали, а величина противодавления в процессе измерения постоянна. Появляется дискретный сигнал. В случае давление в выходном канале равно нулю.

Для повышения быстродействия выдачи команды элемент ЭС-3 дополняется пневматическим усилителем, который одновременно усиливает выходной сигнал по мощности (по расходу). В качестве усилителей можно использовать реле Р-ЗН, Р-ЗФ, работающие в режиме повторения.

Дискретные преобразователи на базе элемента ЭС-3 обеспечивают следующие показатели.

1.                   Погрешность срабатывания только при прямом ходе измерителя составляет ±40 Па.

2.                   Погрешность обратного хода составляет 200—250 Па.

3.                   Время срабатывания при объеме измерительной камеры 20 см* и входных соплах сечением 0,8—1,2 мм составляет 0,6—0,2 с.

Для построения особо точных дискретных преобразователей применяют специально разработанные элементы, у которых мембраны выполняют без жесткого центра и дополняют их усилителями.

Во многих случаях при автоматизации линейных измерений в машиностроении сложные командные устройства приборов можно более просто построить на стандартных элементах УСЭППА, чем на традиционно применяемых электромагнитных реле. Элементы УСЭППА обеспечивают высокую надежность схем. Рассмотрим принципы построения командно-показывающих устройств подналадчиков, проверенных в производственных условиях на третьем ГПЗ (г. Саратов).

Высокая точность обеспечивается за счет применения на первичном звене преобразования мембраны без жесткого центра. Сигнал по мощности и давлению усиливается двухкаскадным мембранным усилителем. Оба элемента собраны в единый блок. Однако во многих случаях дискретные преобразователи, построенные на базе элемента ЭС-3 система УСЭППА (погрешность срабатывания при прямом ходе не более ±40 Па), можно успешно применять для автоматизации контроля в машиностроении.

Измерительная схема и отсчетное устройство аналогичны подналадчику. Логическая часть схемы строится на базе двух триггеров и двух импульсаторов. Для задержки команды на подналадку с момента подачи предыдущей команды до момента прохождения всех деталей, находящихся в это время между зоной обработки и позицией измерения, можно использовать пневматическое реле времени.

Измерительная и отсчетная части схемы аналогичны схемам подналадчиков, рассмотренным выше. Рассмотрим только механизм задержки. Сигнал дискретного первичного преобразователя поступает через нормально открытый пневматический клапан на импульсатор, и на выходе подналадчика появится подналадочный сигнал.

Через определенное время сигнал включает также триггер, выход которого закрывают клапаны. Задержки настраивают с помощью регулируемых дросселей. Закрытием клапана исключается возможность прохождения сигнала на выход подналадчика, а при закрытии клапана включается пневматическое реле времени, его объем отсоединяется от атмосферы, и давление в нем начинает повышаться через регулируемый дроссель и задающее устройство по линейному закону. В момент, когда давление в емкости и связанной с ним верхней камере элемента сравнения ЭС-3 несколько превысит заданное давление, элемент ЭС-3 сработает и выдаст команду, которая выключает триггер и реле времени. Выдержку времени регулируют дросселем так, чтобы она была больше времени прохождения всех деталей, находившихся между зонами обработки и измерения в момент подачи подналадочной команды.

Во всех рассмотренных выше схемах путем включения на выходе стандартных пневматических электропреобразователей можно преобразовать пневматические выходные сигналы в электрические. Это позволяет использовать их на станках как с пневматической, так и с электрической схемой управления.

Функциональные возможности элементов настолько широки, что позволяют просто решать еще многие другие задачи контрольно-измерительной техники.