Безотецкий ПЗ (1206733), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Электромеханические методы в зависимости от вида используемого первичного преобразователя разделяются на резистивные, индуктивные, емкостные, оптоэлектронные, методы обкатывания и т.д.

Электрофизические методы в зависимости от используемого физического свойства вещества или явления делятся на электрокондуктометрические, магнитные, емкостные, электромагнитные, многопараметрические и т.д.

Спектрометрические (волновые) методы и соответствующие средства измерений, с одной стороны, классифицируются в зависимости от длины волны используемого излучения на звуковые, ультразвуковые, радиоволновые, сверхвысокочастотные (СВЧ), оптические (лазерные), рентгеновские, радиоактивные. С другой стороны, в зависимости от используемого явления или комбинации явлений спектрометрические методы разделяются на локальные, интерферометрические, рефрактометрические, голографические, доплеровские и др.

При выборе метода измерения, схемы и конструкции прибора, для измерения геометрических величин исходят из диапазона измерений, требований к погрешности и условий измерения. На выбор метода и средства измерений (или на его разработку) существенное влияние оказывает и характер измеряемого объекта: допускает ли его поверхность измерение с помощью контактирующих с ней элементов, возможна ли установка на нем каких-либо измерительных элементов и деталей (например, отражательных уголков для радиочастотных или оптических измерений).

Контактные методы измерений размеров основаны на использовании измерительного наконечника (щупа) или ролика, контактирующих с поверхностью измеряемого объекта, например, детали.

Перемещение этого щупа или ролика относительно какого-либо фиксированного (например, с помощью образцовой концевой меры) уровня определяется с помощью измерительных преобразователей.

Приборы, использующие контактные методы измерения, имеют обычно блок – схему), включающую контролируемую деталь, чувствительный элемент, например, наконечник, измерительный преобразователь, вторичный преобразователь (как правило, электронный) и индицирующее или регистрирующие устройство.[21,28]

В качестве измерительных преобразователей чаще всего применяют механические, оптико-механические, электрические и пневматические.

Приборы, работа которых основана на применении электрических преобразователей, обладают более широкими возможностями в части автоматизации измерений и использовании их в информационно-измерительных системах.

Метрологические характеристики контактных методов определяются преимущественно двумя факторами: взаимодействием измерительного наконечника с поверхностью детали и метрологическими характеристиками измерительных преобразователей.

Приборы с электроконтактными измерительными преобразователями применяют в системах активного контроля размеров. С измерительным штокомили непосредственно, или через рычажную, зубчатую или фрикционную передачу соединен подвижный контакт, взаимодействующий с неподвижным контактом, установленными на расстоянии, соответствующем полю допуска измеряемой детали. Контакты обычно включают в электронную релейную схему, обеспечивающее индикацию или управление.

Достоинство такого преобразователя – относительная простота. Основной недостаток – пониженная надежность, обусловленная наличием открытых контактов и их износ, приводящий к нарастающей погрешности контроля.

Принцип действия прибора с резистивным измерительным преобразователем заключается в следующем. Потенциометр с движком включают в одну из мостовых схем, выбор которой определяется требованиями к прибору. Достоинство – простота. Недостаток – низкая надежность, обусловленная наличием скользящего контакта.

Емкостной преобразователь может быть подключен к мостовой схеме или к модулятору (частотному или фазовому). При включении в мостовую схему меньшую погрешность обеспечивают схемы с уравновешиванием. Близкие метрологические характеристики обеспечивают приборы с индуктивными измерительными преобразователями. Для этого чаще всего используют дифференциальные преобразователи. Их включают обычно также мостовые схемы переменного тока. К достоинствам емкостного и индуктивного преобразователей следует отнести высокую надежность и чувствительность, достигающую долей микрометра, а также возможность проведения дистанционных измерений.

Недостатки – высокие требования, предъявляемые к конструкции и используемым материалам, а также наличие скользящего контакта.

К контактным методам измерения относится и способ обкатывания. Измерение длины путем обкатки, применяемые в машиностроении, основано на подсчете угла поворота (числа оборотов) ролика или колеса определенного диаметра, касающегося измеряемой поверхности и обкатывающегося вдоль нее без скольжения. Этот метод используется для измерения длины окружности и диаметра изделия. При измерении диаметров изделия диаметр Д определяется как:

(2.1)

где ψ_р - угол поворота ролика, рад;
ψ_д - угол поворота детали, рад;
d_р – диаметр ролика, мм.

Бесконтактные методы измерения могут быть прямыми и косвенными. При прямых методах измерения размеры, например толщина, сопоставляются с размером, например шкалы или длиной волны.

При косвенных методах измерения используются различные зависимости геометрических размеров, например, от времени прохождений акустических колебаний; поглощение радиационного излучения толщиной материала детали или изделия, изменение расхода воздуха через щель между измерительным соплом и поверхностью детали и т.д.

Электромеханические методы, или так называемые методы осязающего щупа, основаны на преобразовании измеряемого параметра в перемещение чувствительного элемента преобразователя, который прямо или в определенном масштабе воспроизводит измеряемый размер. В качестве измерительных преобразователей используются контактные реостатные, емкостные, индуктивные, тензорезистивные, пьезоэлектрические, оптоэлектронные, электрохимические и другие типы преобразователей, естественной входной величиной является перемещение. В последнее время для получения высокой точности и цифрового выхода широкое применение нашли кодовые линейки, диски, растровые, муаровые, нониусные и другие типы пространственных преобразователей сигнал-код. Электромеханические методы широко используются для измерения размеров в машиностроении (контактные микрометры, миниметры, профилометры). В указанных приборах пространственные координаты сигнала преобразуются в линейные перемещения щупа – иглы, а затем в электрический сигнал при помощи индуктивных, емкостных и других типов преобразователей. Существует схема цифрового измерителя внутренних диаметров на основе емкостного преобразователя, который является частотно-зависимым элементом кварцевого генератора. Емкостной датчик состоит из неподвижного золотого электрода, напыленного на полированный стеклянный брусок, и подвижного электрода, жестко связанного с иглой – щупом. Датчик при помощи короткого коаксиального кабеля соединен с кварцевым генератором, частота которого является информативным параметром.

Кварцевый генератор возбуждается на частоте последовательного резонанса, что обеспечивает высокую временную и температурную стабильность его частоты. Входная и выходная емкости активного четырехполюсника, каким является кварцевый генератор, также мало влияют на частоту генератора, которая меняется только при изменении емкости измерительного преобразователя при перемещении подвижного электрода. Частота кварцевого генератора ƒ_кв = F(х) после преобразования при помощи смесителя, опорного генератора, измерителя периода, линеаризатора (микропроцессора) поступает на цифровое отсчетное устройство, которое выдает результат измерения в микрометрах или в миллиметрах. Порог чувствительности микрометра равен 0,01мкм.

При использовании подобных приборов имеют место погрешности из-за нелинейных искажений, обусловленных способом преобразования реального профиля контролируемой поверхности в линейное перемещение щупа (ролика) в некоторых точках поверхности и вследствие деформации (упругой и пластичной) исследуемой поверхности под действием усилия со стороны щупа. Это усилие в общем случае непостоянно и может меняться в зависимости от инерционности преобразователя, радиуса щупа (ролика), свойств материала и профиля исследуемого объекта. В этом отношении преимущество имеет виброконтактный метод, основанный на преобразовании электрического сигнала колебаний вибрирующего щупа, амплитуда которых автоматически регулируется и устанавливается равной измеряемому размеру.

Виброконтактный метод позволяет производить измерения при незначительных усилиях щупа, который только периодически соприкасается с исследуемым объектом.

Высокая надежность измерений обеспечивается при использование индуктосинов – многополюсных трансформаторных преобразователей с печатными обмотками. Индуктосины применяются для измерения как линейных, так и угловых размеров (перемещений). Линейные индуктосины выполняются как развертки круговых индуктосинов. Выходным сигналом индуктосина является индуцированная во вторичной обмотке ЭДС, амплитуда которой (или фаза) зависят от измеряемого размера (перемещение).

Цифровые средства измерений с использованием индуктосинов обеспечивают измерение линейных размеров до 1м с погрешностью 1…2 мкм.

На основе индуктивных и емкостных преобразователей уже созданы аналоговые и цифровые микрометры, также могут разрабатываться новые, более совершенные приборы.

Электрофизические методы измерений основаны на использовании отличия физических свойств веществ, находящихся на разных сторонах границ; определяющих измеряемый размер. Для измерения линейных и угловых размеров используются методы и приборы, основанные на различных тепловых, электрических, магнитных, механических (плотность, вязкость) и других свойств веществ или их сочетаний.

Электромагнитные методы. Эти методы основаны на сочетании электрических и магнитных свойств. Наиболее распространенными из них являются вихретоковый и резонансный методы.

Вихретоковый метод, широко применяемый для измерения толщины тонких листовых изделий и покрытий, основан на зависимости глубины проникновения электромагнитных колебаний в материал от его магнитной проницаемости µ, удельной электропроводности ν и частоты колебанийƒ:

Где Z_0,05 – глубина, на которой колебания затухают на 95%. Вихретоковый прибор обычно состоит из индуктивного вихре- токового преобразователя и измерительной цепи для определения активного и реактивного сопротивления датчика. Основной недостаток вихретоковых преобразований заключается в наличии больших погрешностей, обусловленных главным образом температурными изменениями электрической проводимости проводящего тела.

Резонансный метод измерений линейных размеров основан на зависимости частоты собственных колебаний объемного электромагнитного резонатора (эндовибратора) от размеров его полости и от диэлектрической и магнитной проницаемости заполняющего его диэлектрика. Применение метода для изменения диаметров изделия неизвестно.

Радиоактивный метод. Метод основан на различии в способности веществ поглощать, ослаблять или отражать радиоактивные излучения, широко используется для измерения линейных размеров. Метод позволяет осуществлять бесконтактные измерения, что обуславливает его широкое применение для измерения размеров изделия при непрерывных технологических процессах или при отсутствии прямого доступа к границам измеряемого размера. Приборы, основанные на этом методе, обычно содержат источник и приемник радиоактивного излучения, последний из которых преобразует интенсивность прошедшего или отраженного излучения в электрический сигнал.

Тепловой (термокондуктометрический) метод. Этот метод измерения размеров основан на отличии тепловых свойств веществ, образующих границы измеряемого размера. Для измерения диаметров метод плохо применим.

Электрокондуктометрический метод. Этот метод измерения линейных размеров основан на использовании различия между удельной электропроводностью сред, находящихся на разных сторонах границ, определяющих измеряемый размер. Метод используется для измерения уровней электропроводящих жидких веществ, углов поворота различных объектов, а также для определения толщины электропроводящих объектов при одностороннем доступе к ним. Применение метода для наших целей можно не рассматривать из-за невысокой точности.

Емкостной метод. Метод основан на отличии диэлектрической проницаемости сред, находящихся на разных сторонах границ, определяющих измеряемый размер. Метод является весьма универсальным, широко применяется, в частности для определения диаметров (внешних и внутренних) изделия.

Магнитный метод. Данный метод применяется главным образом для измерения толщины ферромагнитных объектов, немагнитных покрытий на ферромагнитном основании при одностороннем доступе к измеряемому размеру.

Наиболее точными методами измерений линейных и угловых размеров являются спектрометрические методы, основанные на измерении параметров различных излучений в широком диапазоне длин волн (звуковые, ультразвуковые, радиоволновые, оптические, радиоизотопные) при их взаимодействии с исследуемым объектом. Высокая точность измерений, характерная для спектрометрических методов, обусловлена тем, что в этих методах имеет место сравнение измеряемого размера с линейными и естественными круговыми шкалами, к которым, например, относятся линейные пространственные шкалы акустических и электромагнитных волн, шкалы на основе межатомных расстояний в современных монокристаллах, временные естественные шкалы на основе атомных генераторов и др.

Высокая точность спектрометрических методов обусловлена также тем, что при их использовании воспроизводятся выходные сигналы, информативными параметрами которых являются время, частота, число длин волн, число интерференционных полос или разность фаз, которые могут быть определены с высокой точностью. Особенно широкое распространение получили методы, использующие радиоволновой и оптический диапазоны длин волн, что связано с успехом в развитии радиоэлектронных устройств и стабилизированных по частоте лазерных источников оптического излучения,

которые обеспечивают интенсивное когерентное излучение, характеризующееся высокой монохроматичностью и направленностью. Так, ширина спектра излучения газовых лазеров составляет Δλ = 10^-4 …10^-9 нм, что на 7…12 порядков меньше ширины спектра излучения лампы накаливания, у которых Δλ = 10³ нм. Расходимость газовых лазеров составляет несколько угловых минут, а при использовании специальных коллимирующих устройств достигается расходимость в несколько угловых секунд.

Характеристики

Список файлов ВКР