Микронивелиры с электронной регистрацией

В основу конструкции микронивелиров положено применение электрического уровня. Такие приборы позволяют, выполняя измерения шаговыми методами, вести контроль горизонтального положения поверхностей любых изделий, направляющих путей, станин станков, плоскостей и т. д.

Стремление повысить точность и автоматизировать процесс измерения, перейти от шагового метода измерения к непрерывному, привели в последние годы к разработке и созданию ряда микронивелиров с электронной регистрацией. В качестве чувствительного элемента применяют преобразователи емкостного типа, устанавливаемые на основание микронивелира. Для получения непрерывных измерений преобразователь равномерно перемещают по проверяемой поверхности.

Если проверяемая поверхность непрямолинейна, то основание микронивелира наклоняется, и в преобразователе (датчике) происходит изменение электрических параметров, которое преобразуется в изменение частоты электрических колебаний или в изменение напряжения. Это напряжение усиливается, интегрируется и подается на регистратор. Для дискретных измерений в качестве отсчетного устройства используют гальванометр. Для получения непрерывного профиля используют самопишущий прибор, записывающий непрерывную кривую профиля проверяемой поверхности.

Основным рабочим уравнением автоматического метода микронивелирования является уравнение:

где у (х) — отклонение от прямолинейности; ос(х) — текущий угол наклона основания прибора; dx — элемент пути вдоль контролируемой линии.

Если через е(х) обозначить напряжение, вырабатываемое датчиком, и принять скорость перемещения микронивелира равной v, то уравнение (17.8) преобразуется к виду:

где к — коэффициент пропорциональности, учитывающий связь между углом наклона и параметрами датчика.

Электрические уровни, используемые в автоматических микронивелирах, могут быть реостатные, емкостные и фотоэлектрические.

В реостатных уровнях электрический преобразователь представляет собой стеклянную или металлическую ампулу с изогнутой поверхностью внутри. Эта поверхность частично залита токопроводящей жидкостью (электролитом), а оставшийся объем заполнен воздухом или паром.

Ампула уровня содержит несколько боковых электродов, с помощью которых при наклоне ампулы преобразователя (на угол до 30') можно определить изменение сопротивления, пропорциональное углу наклона, электрической цепи между центральным (корпусом прибора) и каждым из боковых электродов.

Такой преобразователь по существу является потенциометром, изменяющим сопротивление при наклоне ампулы уровня за счет того, что при наклоне на какой-то угол один электрод перекрывается электролитом, а другой изолируется от электролита пузырьком воздуха. При горизонтальном положении преобразователя сопротивление его правой и левой частей, симметрично заполненных электролитом, одинаково.

На рис. 17.6 и рис. 17.7 показаны конструктивные схемы реостатных уровней, разработанные английской фирмой «Инглиш Электрик».

Преобразователь

Рис. 17.6. Преобразователь,

разработанный фирмой "Инглиш Электрик" (первый вариант)

Ампула уровня, изображенная на рис. 17.6, представляет собой изогнутую стеклянную колбу 2 с радиусом 305 мм и диаметром 6 мм из стекла марки «Пи- рекс» с впаянными в нее электродами 4, 5 из пористой платины 1 и заполненную раствором хлористого лития в спирте 3. Уровни, представленные на рис. 17.7, имеют ампулу бочкообразной формы с внутренним радиусом 4200 мм и содержат изолятор с электродами из губчатой платины. Чувствительность таких преобразователей очень высокая и составляет для ампул первой группы 2" в пределах измерения 3600" и 0,2" в пределах 300" для ампул второй группы.

Емкостные преобразователи обычно выполняют в виде дифференциального конденсатора, образованного стеклянной ампулой жидкостного уровня и тремя токопроводящими пластинами, две из которых закрепляют на верхней части ампулы, по ее краям, а третью располагают в центре нижней боковой поверхности ампулы.

Указанные пластины являются обкладками дифференциального конденсатора, а диэлектриком — стеклянные стенки ампулы; заполняющая ампулу жидкость — этиловый эфир и его пары.

Преобразователь компании "Инглиш электрик" (второй вариант)

Рис. 17.7. Преобразователь компании "Инглиш электрик" (второй вариант)

При наклоне ампулы уровня изменяется диэлектрическая постоянная конденсатора за счет перемещения пузырька воздуха, что в свою очередь изменяет емкость плеч дифференциального конденсатора. При включении такого преобразователя по мостовой схеме питания от высокочастотного генератора в цепи нижней пластины генератора возникает напряжение рассогласования, амплитуда которого пропорциональна углу наклона, а фаза — направлению наклона.

В амплитудно-фазовом детекторе электронной схемы уровня осуществляется преобразование сигнала, и на выходе детектора получают напряжение постоянного тока. Полярность тока определяет направление наклона ампулы, а величина тока — величину угла наклона.

Одной из наиболее удачных конструкций с мостовой схемой включения преобразователя является уровень УЭ-2. Он имеет следующие технические характеристики.

Предел измерения

Цена деления

25"

0,5"

10"

0,2"

5"

0,1"

В приборе УЭ-2 применен дифференциальный емкостный преобразователь, включенный в мостовую схему, образованную самим дифференциальным преобразователем и двумя катушками индуктивности.

Резонансная собственная частота мостовой схемы у прибора выбрана значительно выше частоты питающего синусоидального генератора. Такое решение избавило от необходимости точной частотной настройки контура и дало возможность ослабить требования к стабильности частоты генератора.

Применение такого преобразователя в автоматическом микронивелире для контроля поверхностей показало высокие точности: определение углов наклона ампулы уровня осуществлялось с погрешностью около 0,1", а погрешность в измерении прямолинейности не превышала 15 мкм на длине 12 м.

Принцип действия фотоэлектрических уровней основан на сравнивании при помощи фотоприемников двух световых потоков, прошедших через ампулу жидкостного уровня в зоне воздушного пузырька.

При наклоне ампулы уровня за счет перемещения воздушного пузырька происходит затемнение одного из фотоприемников при усилении силы света на другом. Разность световых потоков, преобразованная фотоэлектрической схемой в разность токов, дает информацию о величине и направлении угла наклона. Точность таких уровней может достигать 0,1".

При применении емкостных уровней в автоматических микронивелирах следует иметь в виду, что они обладают значительной инерционностью перемещения пузырька воздуха, не допускают при выполнении измерений каких- либо ускорений. Эти обстоятельства предъявляют повышенные требования к равномерности скорости перемещения микронивелира, которая к тому же не должна превышать величины примерно 1 м/мин. Такими микронивелирами целесообразно осуществлять проверку ограниченных по протяженности направляющих и поверхностей при требуемой высокой точности контроля.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >