Первичный преобразователь для измерения диаметров деталей и отверстий

 

Первичный преобразователь для измерения диаметров деталей относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматизации технологических процессов в машиностроении. Первичный преобразователь для измерения диаметров деталей и отверстий содержит чувствительный элемент в виде отрезка цилиндрической замедляющей системы, включенного в электронную схему преобразования времени запаздывания в информационный сигнал, при этом цилиндрическая замедляющая система представляет собой двухпроводную линию, один проводник которой выполнен в виде цилиндрической спирали, а другой - в виде цилиндра со сквозными щелями, симметрично расположенными по образующим, числом не менее двух. Изобретение позволяет получить высокую чувствительность преобразователя при измерении диаметров деталей и отверстий. 3 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а также к области автоматизации технологических процессов в машиностроении.

Целью изобретения является создание первичного преобразователя для измерения диаметров деталей и отверстий с повышенной чувствительностью и расширенным спектром технологических процессов, в которых он может быть использован.

Указанная цель достигается в первичном преобразователе, содержащем чувствительный элемент в виде отрезка цилиндрической замедляющей системы, включенного в электронную схему преобразования времени запаздывания в информативный сигнал. Цилиндрическая замедляющая система представляет собой двухпроводную линию, один проводник которой выполнен в виде цилиндрической спирали, а другой в виде цилиндра со сквозными щелями, симметрично расположенными по образующим, числом не менее двух. При этом секторы цилиндров, разделенные щелями, электрически соединены друг с другом вне мерного объема по меньшей мере на расстоянии одной шестой длины замедленной волны. Кроме того, с одной стороны замедляющей системы секторы цилиндров, разделенные щелями, электрически соединены друг с другом радиальными перемычками, а с другой стороны соединены друг с другом вне мерного объема по меньшей мере на расстоянии одной шестой длины замедленной волны. Между измеряемым изделием и чувствительным элементом установлена по меньшей мере одна аксиально-симметричная упругая втулка из диэлектрического материала с малыми высокочастотными потерями, например, из фторопласта.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена блок-схема одного из вариантов предлагаемого первичного преобразователя. На фиг. 2 показано продольное сечение чувствительного элемента и измеряемого изделия с соединением секторов вне мерного объема. На фиг.3 представлен вариант соединения сегментов радиальными перемычками. На фиг.4 изображено положение чувствительного элемента при измерении диаметра стержня, на фиг.5 - при измерении диаметра отверстия. На фиг.6 приведена типичная передаточная характеристика предлагаемого первичного преобразователя.

Предлагаемый первичный преобразователь для измерения диаметров деталей и отверстий содержит чувствительный элемент 1 (фиг. 1), включенный в электронную схему преобразователя фазового времени запаздывания, например, в цепь обратной связи 2 усилителя 3, образующих генератор с запаздывающей обратной связью 4. Выход 5 генератора 4 соединен со вторичным преобразователем 6, преобразующим частоту генератора в цифровой или амплитудный сигнал, зависящий от диаметра измеряемого изделия 7.

Чувствительный элемент 1 содержит диэлектрическую втулку 8, на которой установлена спираль 9 (фиг. 2) и коаксиально расположенный металлический цилиндр 10, рассеченный сквозными щелями 11 на по меньшей мере два сектора 12. Сектора 12 соединены друг с другом вне мерного объема. Внутри мерного объема они могут быть соединены радиальными перемычками 13 (фиг. 3).

Измеряемое изделие 7 представляет собой металлическую деталь цилиндрической формы или металлический корпус с отверстием. Центровка изделия 7 осуществляется с помощью упругих диэлектрических втулок 14, расположенных либо внутри чувствительного элемента (фиг. 4), либо снаружи (фиг. 5).

Работает первичный преобразователь следующим образом. При включении преобразователя в цепь питания (на чертеже не показана) в генераторе 4 возбуждаются электромагнитные колебания, частота которых определяется из условия баланса фаз, заключающегося в том, что полный набег фазы в кольце обратной связи, включающей усилитель и чувствительный элемент вместе с соединительными проводниками, должен быть кратен 2 или (при инверсном включении).

Так как основная задержка фазы приходится на чувствительный элемент, то даже небольшое изменение замедления приводит к заметному изменению частоты f генератора 4. Наличие измеряемого изделия 7 приводит к изменению замедления волны в чувствительном элементе тем большему, чем меньше расстояние между спиралью 9 и поверхностью измеряемого изделия 7. Объясняется это тем, что на поверхности металлического изделия 7 наводится ток, противоположный по направлению току в спирали 9. Это приводит к уменьшению эквивалентной погонной индуктивности L чувствительного элемента, которая определяется при относительно низких частотах следующим выражением [1] где o - магнитная проницаемость вакуума, b - радиус спирали, d - радиус контролируемого изделия.

При этом, если ширина щелей 11 невелика по сравнению с шириной секторов 12, погонная емкость C0 чувствительного элемента 1 определяется емкостью между двумя цилиндрами с радиусами b и а (где а - радиус цилиндра 10): где o - диэлектрическая проницаемость вакуума, - относительное значение диэлектрической проницаемости материала втулки 8.

Таким образом, замедление волны n определяется выражением [1]: Изменение расстояния (d - b), вызванное изменением радиуса d измеряемой детали, приводит к изменению замедления n, характеризуемого следующим выражение для относительной чувствительности: Из полученного выражения следует, что относительная чувствительность растет с уменьшением расстояния (d - b), которое однако не может быть меньше толщины (b - а) втулки 8 (толщина спирали 9 и цилиндра 10 полагается бесконечно малой).

Уменьшение толщины втулки 8 выгодно не только с точки зрения возможности увеличения чувствительности, но и благодаря увеличению замедления, позволяет работать на более низких частотах.

Использование в качестве второго проводника чувствительного элемента 1 цилиндра 10, образованного металлическими секторами обеспечивает практически полную концентрацию энергии электрического поля поверхностной волны в диэлектрической втулке 8. Наличие измеряемого изделия 7 вблизи цилиндра 10 не приводит к появлению между ними электрического поля и, следовательно, не влияет на эквивалентную емкость C0. Благодаря этому исключается эффект уменьшения чувствительности.

Электрическое соединение секторов 12, необходимое для включения чувствительного элемента 1 в измерительную схему, должно осуществляться вне мерного объема, как показано на фиг.2. В противном случае, азимутальные токи, возникающие в месте соединения, уменьшают индуктивность на краях чувствительного элемента 1 и, следовательно, уменьшают чувствительность измерений. Соединение секторов 12 должно осуществляться на расстоянии не менее одной шестой длины замедленной волны, т.е. вне области сосредоточения поверхностной волны, возбуждаемой в чувствительном элементе 1. Если чувствительный элемент 1 включен в электронную схему преобразования только одним концом, а на другом его конце спираль 9 и цилиндр 10 замкнуты друг с другом, то соединение секторов 12 должно осуществляться с помощью радиальных перемычек 13, как показано на фиг. 3. При этом не возникает азимутальных токов, уменьшающих индуктивность.

В тех случаях, когда вывод места соединения секторов 12 из мерного объема затруднен, сектора следует соединить разорванным кольцом 15 (фиг.7). Возбуждаемый в кольце 15 ток невелик и существенного влияния на индуктивность не оказывает.

Несмотря на то, что как следует из анализа и эксперимента смещение изделия 7 относительно оси чувствительного элемента 1 не оказывает существенного влияния на результат измерения диаметра изделия 7, полезно наличие одной или нескольких упругих диэлектрических втулок 14, устанавливаемых внутри или снаружи чувствительного элемента 1. Эти втулки выполняют также роль защитных элементов, предохраняющих цилиндр 10 от стирания и изолирующих чувствительный элемент 1 от изделия 7. Роль втулки 14 может выполнять тонкое диэлектрическое покрытие по всей поверхности цилиндра 10, обращенной к изделию 7.

На фиг. 6 показана типичная передаточная характеристика предлагаемого первичного преобразователя в виде зависимости частоты генерации от отношения радиуса d контролируемого изделия 7 к радиусу a металлического цилиндра 10 чувствительного элемента 1. В данном случае, в качестве информативного сигнала используется изменение частоты генерации, f0 - резонансная частота чувствительного элемента 1.

Таким образом, поставленная цель изобретения - увеличение чувствительности измерений диаметров деталей и отверстий достигнута.

Источники информации 1. Елизаров А. А., Пчельников Ю.Н. Квазирезонаторы на замедляющих системах // Известия ВУЗов. Радиоэлектроника. 1991, Т. 34, N 10, С. 70-74.


Формула изобретения

1. Первичный преобразователь для изменения диаметров деталей и отверстий, содержащий чувствительный элемент в виде отрезка цилиндрической замедляющей системы, включенного в электронную схему преобразования времени запаздывания в информативный сигнал, причем цилиндрическая замедляющая система представляет собой двухпроводную линию, один проводник которой выполнен в виде цилиндрической спирали, а другой - в виде цилиндра со сквозными щелями, симметрично расположенными по образующим, числом не менее двух.

2. Первичный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что разделенные щелями секторы цилиндра электрически соединены друг с другом вне мерного объема по меньшей мере на расстоянии одной шестой длины замедленной волны.

3. Первичный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что с одной стороны отрезка замедляющей системы разделенные щелями секторы цилиндров электрически соединены друг с другом радиальными перемычками, а с другой стороны соединены друг с другом вне мерного объема по меньшей мере на расстоянии одной шестой длины замедленной волны.

4. Первичный преобразователь по пп.1 - 3, отличающийся тем, что между измеряемым изделием и чувствительным элементом установлена по меньшей мере одна аксиально-симметричная упругая втулка из диэлектрического материала с малыми высокочастотными потерями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в телевизионных системах

Изобретение относится к специальным объективам и может использоваться для наблюдения местности в ближней ИК-области спектра

Изобретение относится к специальным объективам и может быть использовано в прицепах

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам с дискретным изменением фокусного расстояния, предназначенным для работы в наблюдательных приборах с телевизионными приемниками

Изобретение относится к светосильным объективам и может быть использовано при работе с различными приемниками изображения

Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет повысить качество изображения при работе с основным фотообъективом

Изобретение относится к кинофототехнике и позволяет повысить качество изображения и удобство эксплуатации устр-ва за счет формирования границы раздела кадра уровнем погружения насадки

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к объективам с переменным фокусным расстоянием

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в телевизионных системах

Объектив // 2106003

Изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве объектива к приборам ночного видения в самых разнообразных условиях эксплуатации

Изобретение относится к специальным объективам и может использоваться в качестве насадки в ночных зрительных трубах

Изобретение относится к специальным объективам и может использоваться для наблюдения местности в ближней ИК-области спектра

Изобретение относится к измерительной технике, а также к области автоматизации технологических процессов в машиностроении

Наверх