Электроконтактный датчик микроперемещений

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (i»947626, (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 04.08. 80 (21) 2972911/18-22 (И)М Кл з

G 01 В 7/00//

G 01 М 3/16 сприсоединениемзаявки ¹â€”

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 621. 317. 39 3

:531 . 71 (088. 8) Опубликовано 30.07.82. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 30 ° 07 82 (72) Авторы изобретения

З.С. Ицкович и Б.И. Лубгин (71) Заявитель

Институт электроники и вычислительной техн

АН Латвийской CCP (54) ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК МИКРОПЕРЕМИЦЕНИЙ

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 обнаружения изменения геометрических размеров объектов при контроле их герметичности, в частности при контроле герметичности интегральных микросхем в металлокерамических корпусах или герметичности часов в водонепроницаемых корпусах и т.п.

Известны многопредельные электроконтактные преобразователи линейных перемещений в электрический сигнал, содержащие подпружиненный измерительный шток, перемещающийся в шариковых направляющих, узел передачи, электропроводящую стрелку с пленкой из магнитомягкого материала, электромагнит и шкалу с электрическими контактами (1).

Недостатком .его является сужение 25 диапазона измерений при необходимости увеличения чувствительности к микроперемещениям.

Наиболее близким техническим решением к и".îáðåòåíèþ является электро- 30 контактный датчик микроперемещений, содержащий корпус, подпружиненный измерительный шток, подвижный относительно 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 предельным значениям контролируемого микроперемещения (минимальному и максимальному), вследствие чего датчик не позволяет определять величину микроперемещений, находящихся внутри этого интервала.

Цель изобретения — обеспечение высокой чувствительности в широком диапазоне измерений монотонно изменяющихсг, микроперемещений.

Для достижения поставленной цели электроконтактный датчик микроперемещений снабжен неподвижно закрепленным на корпусе электромагнитом с двумя парами полюсов, формирователем сигнала, усилителем мсщности и счетчиком импульсов, подвижный элемент

947626 выполнен иэ магнитного материала в виде стержневого сердечника, установленного между полюсами электромагнита и подпружиненного вдоль хода измерительного штока, первый электро° контакт заземлен, а второй электроконтакт 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 15

На фиг. 1 приведена принципиальная схема электроконтактного датчика микроперемещений; на фиг. 2 — сечение A-A на фиг ° 1.

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 двуполюсов, ITJIocKocTH KQTopbIx 25 обращенные к стержневому сердечнику б, скошены под углом 60-120О. 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 элект-35 ромагнита 4. Постоянный магнит 10, размещенный в корпусе 1 датчика, служит для удерживания сердечника б электромагнита 4 у его полюсов в нерабочем состоянии датчика ° Датчик со-40 держит 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 выходу 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 или автоматИчески замкнуть выключатель 13. В результате с выхода формирователя 11 сигнала на обмотку 5 возбуждения электромагнита 4 поступает усиленное напряжение постоянно- 6 го тока. Возникающий при этом магнитный поток, проходящий через полюса и сердечник 6 электромагнита 4, обеспечивает фиксацию сердечника б в положении, при котором электроконтакты

8 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 электромагнита резко уменьшается. При этом усилие притяжения сердечника 6 к полюсам электромагнита 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 вход формирователя 11 вновь замыкается на землю, а на его выходе формируется напряжение постоянного тока, возбуждающее электромагнит 4, который вновь обеспечивает фиксацию сердечника б с электроконтактом 9, замкнувшимся с электроконтактом 8 и в их новом положении. Если контролируемая поверхность продолжает перемещаться в направлении Х, электромагниты 8 и 9 вновь размыкаются, и вышеуказанный процесс повторяется несколько раз в пределах хода измерительного штока 2.

При этом электроконтакт 9 периодически догоняет электроконтакт 8 и неподвижно фиксируется.

Каждый перепад напряжения на выходе формирователя 11 регистрируется счетчиком 14 импульсов °

Одному импульсу, поступающему в счетчик 14, соответствует дискретное микроперемещение измерительного штока 2, равное расстоянию между электроконтактами 8 и 9, при котором происходит механический и электрический разрыв металлического мостика, возникающего между замкнутыми электроконтактами при их медленном размыкании.

Длина такого металлического мостика, т.е. величина единичного дискретного перемещения, а следовательно, и чувствительность датчика, зависят от материала электроконтактов, величины приложенного к ним напряжения и тока, протекающего через них, от величины контактирующего усилителя и т.п. В опытном образце достигнутая чувствительность составляет 0 2+0 1 мк на диапазоне измерения 1 мм.

Для обеспечения высокой чувствительности к каждому единичному микроперемещению контролирующее усилие между электроконтактами 8 и 9 должно быть выполнено минимально возможным, например не более 51С а жесткость

947626 механической 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 or-10 раничить ток и напряжение из этой па- ры контактов, т.е ° на выходе формирователя 11, на уровне, не превышающем

30 MKA и 1В соответственно. Угол 60-

120о скоса поверхностей полюсов элек- тромагнита 4, обращенных к сердечнику

6, выбирается из условия обеспечения беэлюфтового проскальзывания этого сердечника.

Благодаря тому, что процесс изме- 0 рения микроперемещений является дискретным, при каждом микроперемещении одного иэ контактов второй догоняет его, и неподвижно фиксируется общий диапазон измерения микроперемещений, который может быть выбран достаточно широким и не зависит от дополнительной чувствительности датчика, которая сохраняется практически неизменной и высокой во всем диапазоне измерения. за

Формула изобретения

1. Электроконтактный датчик микро-35 перемещений, содержащий корпус, подпружиненный измерительный шток, подвижный относительно корпуса элемент и два электроконтакта, размещенных вдоль 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 снабжен неподвижно закрепленным на корпусе электромагнитом 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 измерительного штока, первый электроконтакт заземлен, а второй электроконтакт соединен с входом формирователя сигнала, выход которого соединен с входом счетчика импульсов и через последовательно соединенные усилитель мощности и выключатель — с обмоткой электромагнита.

2. Датчик по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что плоскости полюсов 4 электромагнита, обращенные к стержневому сердечнику, скошены под углом

60-120

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Волосов С.С. и Педь Е.И. Приборы для автоматического контроля в машиностроении. М., Изд-во стандартов, 1975, с ° 131-133

2. Авторское свидетельство СССР

9 391383 кл. G 01 В 7/00, 1967 (прототип) °

947626

Тираж 6 14 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5613/61

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул . Проектная, 4

Составитель С. Скрыпник

Редактор С. Тараненко ТехредЛ. Пекарь Корректор Г. Решетник