Глава 4 (Метрология стандартизация и сертификация), страница 8

Электродинамический измерительный прибор с замкнутой магнитной цепью (см. рис. 4.56) работает как прибор магнитоэлектрической системы, но с той разницей, что вместо постоянного магнита используется электромагнит.

В электродинамическом измерительном приборе без ферромагнитного сердечника (см. рис. 4.56) полностью отсутствуют ферромагнитные элементы. При возбуждении магнитного поля принцип действия прибора такой же, как у прибора с замкнутой магнитной цепью.

Электромагнитные измерительные приборы с подвижным магнитом также основаны на магнитоэлектрическом принципе. Они могут быть использованы для измерений на постоянном токе, а с дополнительными преобразователями — и на переменном токе. В поле неподвижной катушки находится вращающийся постоянный магнит (магнитная игла, диск или полый цилиндр), который устанавливается в направлении постоянного внешнего поля (например, магнитного поля Земли). При прохождении тока вращающийся магнит перемещается в направлении результирующего поля, образуемого направляющим полем и полем катушки.

Прибор с подвижным магнитом представляет собой обращенный измерительный прибор магнитоэлектрической системы, т. е. катушка и постоянный магнит меняются местами.

Электроизмерительные приборы индукционной системы могут применяться только для измерений на переменном токе. Во вращающемся магнитном поле располагается подвижный замкнутый проводник (барабан или диск). В результате наведения вихревых токов подвижный проводник перемещается в направлении вращающегося магнитного поля.

Электромагнитные измерительные приборы (см. рис. 4.56) могут быть использованы для измерений на постоянном и переменном токе. Важнейшими типами этих приборов являются приборы с плоской и круглой катушками. В приборах с плоской катушкой внутри катушки возбуждения находится эксцентрично закрепленная подвижная ферромагнитная пластина, ось поворота которой расположена перпендикулярно оси катушки возбуждения. При протекании электрического тока пластинка под воздействием электромагнитного поля перемещается в катушке, т. е. поворачивается вокруг своей оси. В приборе с круглой катушкой внутри катушки возбуждения находятся неподвижная и подвижная ферромагнитные пластинки, причем ось поворота последней параллельна оси катушки. При протекании электрического тока пластинки намагничиваются в одинаковом направлении и, следовательно, отталкиваются друг от друга. При этом подвижная пластинка поворачивается в направлении меньшей ширины неподвижной пластинки.

Электростатические измерительные приборы могут быть использованы для измерений как на постоянном, так и на переменном токе. Измерительный прибор состоит из конденсатора, электроды которого закреплены так, что имеется возможность, прикладывая электрическое напряжение, получать механическое усилие, действующее в направлении увеличения емкости. Изменение емкости может осуществляться путем изменения либо эффективной площади электродов, либо расстояния между электродами.

4.9.2. Электротермические измерительные приборы

Измерительные приборы с нагреваемой нитью (см. рис. 4.56) позволяют проводить измерения на постоянном или переменном токе. В зависимости от силы тока, протекающего через проволоку, изменяются температура и длина проводника.

Биметаллические приборы также основаны на термоэлектрическом принципе измерения. Они используются для измерений на постоянном и переменном токе. Биметаллическая полоска нагревается непосредственно измеряемым током или с помощью изолированной обмотки. Спиралеобразная, укрепленная с одной стороны биметаллическая полоска нагревается и искривляется в зависимости от силы измеряемого тока вследствие различных коэффициентов линейного расширения обоих металлов.

Термоэлектрические преобразователи могут быть использованы для измерений на постоянном и переменном токе. Они наиболее предпочтительны для измерений высокочастотных токов. Термоэлектрические преобразователи состоят из проволоки, которая нагревается протекающим через нее измеряемым током. В середине проволоки помещается измерительный участок термоэлемента. Возникающая термоЭДС пропорциональна температуре нагрева.

4.10. Информационно-измерительные системы и

измерительно-вычислительные комплексы

Большинство измерительных и управляющих систем, а также измерительно-вычислительных комплексов, используемых в управлении технологическими процессами и в научных исследованиях, оперируют информацией, представленной в виде кодов (чисел). Это обстоятельство предопределило быстрое развитие измерительных преобразователей различных физических величин и прежде всего электрических в коды, что обеспечивает возможность непосредственной связи вычислительной или управляющей цифровой машины с объектами измерения или управления. Эти устройства получили название аналого-цифровых измерительных преобразователей (АЦП).

Почти одновременно с АЦП появились цифровые измерительные приборы (ЦИП), отличающиеся от АЦП тем, что они имеют отсчетное устройство и вырабатывают измерительную информацию в удобной для восприятия человеком форме десятичных чисел. Грань между ЦИП и АЦП в большой мере условная, так как для расширения функциональных возможностей в ЦИП обычно предусматривают вывод электрических сигналов (кода), соответствующих показанию отсчетного устройства, а в АЦП предусматривают простейшее отсчетное устройство для обеспечения возможности визуального считывания его выходного кода.

Цифровые измерительные устройства являются одним из наиболее совершенных средств измерений. Наибольшее распространение получили ЦИУ для измерения электрических величин (напряжения, силы тока и сопротивления), а также ЦИУ для измерения временных параметров сигналов (частоты, периода, длительности импульсов и интервалов времени). В последнее время широкое распространение получают ЦИУ для измерения неэлектрических величин (например, температуры), основанные на использовании ЦИУ для измерения электрических величин в сочетании с первичным измерительным преобразователем. ЦИУ являются единственным видом измерительных устройств, обеспечивающих непосредственную связь и передачу измерительной информации от объекта измерений в вычислительную или управляющую вычислительную машину при автоматизации производственных процессов и научных исследований.

Массовость выпускаемой продукции при все возрастающих требованиях к ее качеству в условиях экономической оптимизации привела к необходимости создания автоматических систем управления технологическим процессом (АСУТП). При этом необходимо отметить, что в условиях АСУТП контроль органически связан с процессом производства и является его неотъемлемой частью.

Координатно-измерительные машины [35]. Современная техника обработки отличается высокими скоростями и производительностью. Чтобы привести в соответствие темпы производства и контроля, разработаны измерительные машины. Координатно-измерительные машины предназначены в первую очередь для контроля, а не для решения определенных задач измерения.

В последнее время расширены задачи контроля. Если раньше при контроле выявляли только брак изделий по размерам, то в настоящее время появляется возможность определить и исключить источник ошибок. В освоении нового изделия при серийном производстве необходим своевременный, быстрый и безупречный контроль первого изделия, что осуществляется на координатно-измерительных машинах.

Отличительным признаком координатно-измерительных машин является возможность дать измерения координатных значений в цифровой форме. Координатно-измерительные машины изготавливают трех- и двухкоординатными. На трехкоординатных (см. рис. 4.57) можно проводить измерения в трех координатах: X, Y, Z; двухкоординатные машины служат для измерения в двух взаимно перпендикулярных направлениях одной плоскости - координаты Х и Y.

Измерительная часть машины представляет собой преобразователь перемещения измерительной головки, несущей измерительный наконечник, в цифровой код. Число, зафиксированное счетчиком на цифровом табло, соответствует расстоянию, на которое перемещается шкала между двумя последовательными измерениями.

Преимущество координатно-измерительной машины перед обычными средствами измерений заключается в том, что она позволяет производить измерения деталей сложной геометрической формы. Машины снабжают специально разработанными ЭВМ, с помощью которых сравнивают действительные размеры и взаимное расположение поверхностей с теоретическим.

П

Рис. 4.57. Схемы трехкоординатных измерительных машин с Г-образной (а) и П-образной (б) рамами: 1 - стол; 2 – сменный наконечник; 3 – измерительная головка; 4 – жесткая рама; 5 – направляющие; 6 – программно-управляющий пульт

олученные отклонения регистрируются в графической или закодированной форме и могут быть использованы для внесения автоматической коррекции через ЭВМ в числовое программное управление на обрабатываемом станке.

Создание новых трехкоординатных измерительных приборов идет по линии усовершенствования универсальных микроскопов.

Растущее производство микропроцессоров и микроЭВМ создало предпосылки для широкого использования их в системах программного управления движением автоматизированных устройств - металлообрабатывающих станков, роботов-манипуляторов, чертежно-графических автоматов, оперативных устройств визуального отображения информации.

4.11. Автоматизация системы контроля и

управления сбором данных

4.11.1. Задачи и разновидности автоматизированных систем контроля

Вопросы автоматизации систем контроля относятся к автометрии, в которой рассматриваются теоретические основы проектирования автоматических измерительных и контрольных и измерительно-информационных систем.

Автоматизированная система метрологического обеспечения (АСМО) предназначена для решения основных задач управления производственно-хозяйственной деятельностью метрологической службы предприятия, связанных с планированием, контролем, анализом и регулированием метрологической информации.

АСМО базируется на экономико-математических методах с применением вычислительной техники и может рассматриваться как подсистема управления качеством продукции, включающая техническое, программное, информационное и организационное обеспечение.

Автоматизированная система метрологического обеспечения осуществляет: метрологический контроль за измерительной техникой (полный учет средств измерений предприятия; перспективное и оперативное планирование поверочной деятельности; анализ метрологических характеристик средств измерений; аттестацию нестандартизованных средств измерений; контроль, в том числе инспекционный, за выполнением поверочных работ); метрологический контроль за испытательной техникой (учет и аттестация средств испытаний; планирование и контроль выполнения этих планов; проведение профилактических и регламентных работ и др.); метрологическую экспертизу технической документации (учет технической документации; планирование и контроль выполнения планов проведения экспертиз; информационное обеспечение при проведении экспертиз технической и технологической документации); координацию и планирование метрологической деятельности (календарное и перспективное планирование поверенной деятельности; контроль выполнения требований нормативно-технической документации при изготовлении изделий; разработка мероприятий по метрологическому обеспечению производства; хозяйственно-техническая деятельность по метрологическому обеспечению и др.); регулирование деятельности по метрологическому обеспечению производства (осуществление выработки управляющих воздействий на отдельные подразделения предприятия с целью эффективного внедрения планов метрологического обеспечения).

На производстве все больше уделяется внимания механизации и автоматизации процесса измерения, что связано с автоматизацией процессов производства современных машин, повышением их качества, точности и надежности и сокращением времени и стоимости измерений и контроля. Контроль изделий осуществляется как простейшими устройствами и приспособлениями, так и сложными контрольными автоматами.

По степени автоматизации устройства контроля размеров делят на механизированные приспособления, полуавтоматические системы, автоматические системы и самонастраивающиеся (адаптивные) автоматические системы.

Механизированные приспособления применяют для одновременной или последовательной проверки нескольких размеров сложных деталей в серийном и массовом производстве. В таких приспособлениях операцию загрузки и съема деталей осуществляют вручную.

В полуавтоматических системах часть операций (загрузка, а иногда и сортировка) выполняются вручную, а все остальные операции автоматически.

Контрольные автоматические системы (все процессы полностью автоматизированы) широко применяют для контроля деталей по разным параметрам (размерам, твердости, массе, сложным профилям в виде резьбы или зубьев колес и т. п.). Контрольные автоматы дороги и сложны; их в основном применяют для сортировки деталей массового производства (поршневых пальцев, шариков и роликов и др.) по размерам на группы при селективной сборке, при 100 %-ном контроле наиболее ответственных деталей, когда пропуск бракованных деталей недопустим или когда в технологическом процессе выборочный контроль недопустим.