ГЛАВА VII. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, СКОРОСТЕЙ И УСКОРЕНИЙ

Рассматриваемые ниже устройства служат для преобразования изменения регулируемой линейной или угловой величины в выходной сигнал информации. Регулируемой линейной величиной может быть расстояние уровня жидкости до начальной отметки, расстояние между перемещающимися деталями или узлами машин или механизмов, размеры деталей, подлежащих сортировке, либо размеры деталей, получаемых в процессе автоматической обработки.

1. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Устройства для измерения перемещений широко применяются в различных системах автоматического регулирования и контроля. Типичным примером может служить использование таких устройств для определения изменения размеров и отклонений формы деталей как при рассортировке их, так и в процессе обработки для регулирования положения и перемещения различных объектов. Измерительные устройства, применяемые в машиностроительном и приборостроительном производстве, используемые в процессе обработки деталей, предназначаются, .в основном, для измерения малых перемещений (менее 1 мм); для измерения положений различных объектов, уровней жидкостей и в других подобных случаях применяют измерительные устройства для измерения больших перемещений.

На рис. VII. 1 представлены две типичные схемы автоматических измерительных устройств для определения размеров деталей, в которых применяются подобные устройства. На рис. VII, 1, а дана схема контрольно-сортировочного автомата, а на рис. VII.1, б - схема системы регулирования. Размер детали 5 определяется устройством для измерения малых линейных перемещений 1 (рис. VII. 1, а). Результаты измерения в преобразованном виде (например, в виде импульсов тока) через усилитель 2 передаются исполнительному органу 3. В контрольно-сортировочных автоматах исполнительный орган управляет работой сортировочного устройства 4.

В системах автоматического регулирования (рис. VII.1, б) измерительное устройство 1 определяет с требуемой точностью размер детали 5, обрабатываемой исполнительным органом 3.

Для изменения положения рабочих органов станка или сортирующего устройства автомата требуются относительно большие усилия, которые нельзя получить непосредственно от измерительного устройства. В измерительных устройствах в зависимости от условий их использования применяют различные дополнительные элементы для преобразования измеряемой величины в электрический сигнал — механические, гидравлические, пневматические, электрические и др.

Рис. VII. 1. Схемы автоматических устройств: а — для контроля и сортировки деталей; б — для контроля и автоматизации процесса обработки деталей

Вопрос классификации измерительных устройств является чрезвычайно сложным; так, существует много разнообразных признаков, по которым они различаются.

Рис. VI 1.2. Характеристики измерительных устройств: а — непрерывная характеристика; б — дискретная

Рис. VI 1.3. Схема измерительного устройства: — измеряемое перемещение; — выходной сигнал; 1 — чувствительный элемент; 2 — преобразующий элемент; 3 — измерительное устройство; 4 — обратная связь

Например, по характеру выходного сигнала все измерительные устройства можно классифицировать на две группы: с непрерывной характеристикой, с дискретной характеристикой (рис. VI 1.2).

Как было указано, для согласования чувствительного элемента, непосредственно измеряющего то или иное перемещение, с последующим звеном цепи регулирования применяются различные по используемому виду энергии преобразующие элементы, которые обычно входят в состав измерительного устройства (рис. VII.3).

Нередко чувствительный элемент и преобразователь оказываются объединенными в один элемент. Так, на рис. VI 1.4 показана схема измерительного устройства с индуктивным датчиком, в котором роль чувствительного элемента выполняет якорь (иногда подвижной делается катушка). На рис. VII.5 приведена схема измерителя перемещений с пневматическим струйным преобразователем. В этих измерительных устройствах пропорциональность между входным перемещением и выходным сигналом обеспечивается эффектом обратной связи, определяемым самим физическим процессом. В первом из приведенных примеров (рис. VI 1.4) это связано с изменением сопротивления катушки, во втором (рис. VII.5) - с изменением перепада давления воздуха на выходе струйного преобразователя.

Рис. VI 1.4. Схема измерительного устройства с индуктивным датчиком: — измеряемое перемещение; — выходной сигнал; 1 — катушка; 2 — якорь; 3 — пружина

Рис. VII.5. Измерительное устройство с пневматическим струйным преобразователем для измерения линейных перемещений: — измеряемое перемещение; — выходной сигнал; 1 — струйный усилитель; 2 — пружина; 3 — приемник давления

Рис. VII.6. Измерительное устройство с пневматическим преобразователем и обратной связью: — измеряемое перемещение; — выходной сигнал, 1 — струйный преобразователь; 2 — обратная связь

Нередко, однако, используют более сложные измерительные устройства, в которых применяется в том или ином виде обратная связь, выполняемая в виде отдельного дополнительного элемента. Так, на рис. VII.6 показана схема измерительного устройства с пневматическим струйным преобразователем и пневматической обратной связью. Применение таких дополнительных, внешних, как их часто называют, обратных связей вызывается обычно требованиями повышенной точности, стабильности и независимости основной измерительной характеристики устройства от внешних условий, например от изменения параметров источника вспомогательной энергии, используемой в преобразователе.

Таким образом, схема устройства для измерений линейных и угловых перемещений может быть сформирована, как показано

на рис. VI 1.3, с использованием деталей, контактирующих с измеряемым объектом, и соответствующих преобразователей. Последние выбираются в зависимости от условий, при которых осуществляется измерение от требуемой точности, определяющей выходную характеристику и согласно виду энергиииспользуемой в системе регулирования или управления. Для измерениянеограниченных перемещений объектов, например летательных аппаратов, обычно используются акселерометры с последующим двукратным интегрированием выходного сигнала (см. § 4 настоящей главы).