ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ Российский патент 1998 года по МПК G01B13/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для точных измерений линейных размеров и перемещений деталей.

Известен пневматический длиномер, содержащий сообщенные между собой ротаметрическое отсчетное устройство, измерительную оснастку и настроечные краны: перепускной, включенный параллельно трубке отсчетного устройства, дросселирующий, включенный последовательно трубке отсчетного устройства, и кран выпуска воздуха в атмосферу, установленный перед измерительной оснасткой. Расширение диапазона измерений в длиномере достигнуто за счет установки регулируемого крана из входа в трубку отсчетного устройства и второго крана выпуска воздуха в атмосферу, который установлен на выходе трубки [1].

Недостатки устройства состоят в том, что при расширении диапазона измерений до 200 мкм погрешности измерений составляет минимум 4%, а при попытках расширения диапазона измерений до 500 мкм - 9-10%, что недопустимо для современных средств измерения. Кроме того, резко возрастает расход воздуха через устройство.

Известно пневматическое устройство для измерения линейных размеров, содержащее индикаторную стеклянную коническую трубку с поплавком и отсчетной шкалой, настроечные краны: перепускной, который включен параллельно индикаторной трубке, кран выпуска воздуха в атмосферу и дросселирующий кран, который включен последовательно индикаторной трубке, а также измерительную оснастку. Повышение точности контроля достигнуто путем введения в устройство эжектора, выход которого сообщен с входом индикаторной трубки, сообщением входа высоконапорного газа с выходом дросселирующего крана, а также сообщением входа низконапорного газа с выходом индикаторной трубки через регулируемый дроссель [2] . Устройство наиболее близко к изобретению по совокупности признаков и принято в качестве прототипа.

Диапазон измерений в этом устройстве был расширен до 300 мкм, и погрешность измерений при этом не превышала 3%. Вместе с тем попытка дальнейшего увеличения диапазона измерений за счет дальнейшего прикрытия дросселирующего крана и открытия перепускного крана привели к увеличению погрешности измерений, а также к повышенному расходу воздуха через кран выпуска воздуха в атмосферу. Это обусловлено тем, что при уменьшении проходного сечения дросселирующего крана снижается давление на входе в эжектор, а увеличение проходного сечения перепускного крана приводит к увеличению давления на выходе эжектора, индикаторной трубки и на кране выпуска воздуха в атмосферу; отсюда происходит снижение расхода воздуха через сопло эжектора, то есть падение эффективности его применения как струйного насоса, а в конечном итоге возрастание погрешности устройства. Как и в длиномере [1], здесь резко возрастает и расход воздуха через устройство.

Задача изобретения состоит в создании пневматического устройства для измерения линейных размеров, в котором увеличение диапазона измерений до 500 мкм сопровождалось бы постоянным снижением расхода воздуха через кран выпуска воздуха в атмосферу с достижением минимума расхода на верхнем пределе измерений, при этом погрешность измерений на всем диапазоне не превышала бы 1 - 2%.

Задача решается тем, что в пневматическом устройстве для измерения линейных размеров, содержащем индикаторную коническую стеклянную трубку с поплавком и отсчетной шкалой, настроечные краны: перепускной, включенный параллельно индикаторной трубке, кран выпуска воздуха в атмосферу и дросселирующий кран, измерительную оснастку, эжектор, выход которого сообщен с входом индикаторной трубки, причем вход низконапорного газа через регулируемый дроссель сообщен с выходом индикаторной трубки, согласно изобретению, дросселирующий кран установлен в канале низконапорного газа, часть которого за краном выполнена с наклоном в сторону оснастки относительно канала высоконапорного газа за перепускным краном, оба указанных крана имеют единый привод управления, расположены на общей оси оппозитно друг другу и разделены уплотнением.

Целесообразно угол наклона части канала низконапорного газа выполнить в пределах 45 - 80^o.

Целесообразно также установить в канале высоконапорного газа перед каналом низконапорного газа сопло с возможность осевого перемещения.

При осуществлении изобретения может быть получен технический результат, выражающийся в:
расширении диапазона измерений до 500 мкм (при диаметре сопла измерительной оснастки, равном 2 мм) с погрешностью измерения, не превышающей 1 - 2%, что обусловлено возможность установки рациональных соотношений расходов воздуха через перепускной и дросселирующий краны, исключением падения давления на входе в эжектор и снижением давления на выходе эжектора (этим повышается эффективность его работы);
постоянном снижении непроизводительности расхода воздуха через кран выпуска воздуха в атмосферу по мере увеличения диапазона измерений до 500 мкм (минимальный расход на верхнем пределе), что обусловлено возможностью установки минимального проходного сечения дросселирующего крана в канале низконапорного газа при одновременном снижении давления в низконапорной ветви за счет "подсасывающего" эффекта наклонной части канала низконапорного газа и сопла, установленного в высоконапорной ветви.

Другие преимущества изобретения видны из приведенной на чертеже схемы и описания настройки и работы устройства.

Пневматическое устройство для измерения линейных размеров содержит индикаторную коническую стеклянную трубку 1 с поплавком 2 и отсчетной шкалой 3, эжектор 4 с входом 5 высоконапорного газа, входом 6 низконапорного газа и выходом 7, настроечные краны: перепускной кран 8, кран 9 выпуска воздуха в атмосферу, дросселирующий кран 10, регулируемый дроссель 11, измерительную оснастку 12, сообщенную каналом 13 через кран 8 с входом устройства, каналом 14 через кран 10 - с выходом индикаторной трубки 1 и каналом 15 через дроссель 11 - с входом 6 эжектора 4. Краны 8 и 10 имеют единый привод 16 управления, установлены на общей оси 17 и разделены уплотнением 18, это позволяет одновременно и плавно изменять расходы воздуха через перепускной и дросселирующий краны таким образом, что при уменьшении расхода через кран 10 увеличивается расход через кран 8 и наоборот. Часть 14a канала 14, расположенная за краном 10, выполнена с наклоном в сторону измерительной оснастки 12, образуя, таким образом, в соединении с каналом 13 угол, меньший 90^o. В канале 13 перед соединением с каналом 14 может быть установлено сопло 19 с возможностью осевого перемещения. Сопло 19 образует с каналами 13 и 14a эжектирующее устройство, а угол между каналами может быть выполнен в пределах 45 - 80^o.

Настройка устройства на заданный предел измерений и его работа осуществляется следующим образом.

Сжатый воздух подается на вход устройства и расходится двумя параллельными потоками, первый из которых проходит через эжектор 4, индикаторную трубку 1, частично сбрасывается через кран 9 в атмосферу, каналом 14 через дросселирующий кран 10 поступает к измерительной оснастке 12, а через регулируемый дроссель 11, канал 15 и эжектор 4 закольцовывается на индикаторную трубку 1. Второй поток по каналу 13 через перепускной кран 8 поступает к измерительной оснастке 12. Таким образом, оба потока проходят через связанные единым приводом 16 краны 8 и 10.

Нулевого положения поплавка достигают при настройке устройства установкой начального зазора между измерительной оснасткой 12 и эталонной деталью 20, имеющей минимальный размер, а также сбросом части воздуха в атмосферу через кран 9. При установке эталонной детали с максимальным предельным размером поплавок займет положение на отметке "200 мм".

При закрытом кране 8 высоконапорная ветвь устройства отключена, кран 10 открыт максимально, и расход воздуха через индикаторную трубку 1 при наличии эжектора 4 превышает расход через измерительную оснастку 12, что значительно повышает чувствительность измерения и позволяет контролировать детали с малыми допусками, например 2 мкм. При изменении контролируемого размера на 2 мкм поплавок 2 поднимется в трубке 1 от нулевой отметки шкалы 3 до отметки "200 мм". Одновременно с чувствительностью повышается и точность измерения, так как изменение контролируемого размера на 2 мкм сопровождается изменением давления в каналах устройства за индикаторной трубкой 1. Этот перепад давлений позволяет эжектору 4 работать в режиме, обеспечивающем нелинейность характеристики устройства не более 1 - 2%.

Открытие крана 8 и одновременно уменьшение проходного сечения крана 10 позволяет расширить диапазон измерений до 300 мкм, так как обеспечивает снижение чувствительности устройства к изменению расхода воздуха через оснастку 12. Точность контроля при этом сохраняется (погрешность измерений не превышает 1 - 2%), поскольку давление воздуха, подводимого к эжектору, не снижается, а профили конусов кранов 8 и 10 обеспечивают оптимальное соотношение расходов воздуха через обе ветви устройства. Оптимальные условия работы эжектора в этот период поддерживаются еще и тем, что снижается давление на его выходе, а также на кране 9 и в канале 14, так как часть воздуха из него по наклонному участку 14a "подсасывается" в канал 13 потоком воздуха, поступающим по этому каналу к измерительной оснастке 12 от крана 8. Таким образом, расширение диапазона измерений при сохранении высокой точности контроля осуществлено при снижении давления на кране 9 и отсечении уменьшенным проходным сечением крана 10 части воздуха, поступающей к крану 9 по каналам 13 и 143, то есть при сниженном общем расходе воздуха через устройство.

Дальнейшее прикрытие крана 10 и открытие крана 8 приводит к еще большему снижению чувствительности устройства и позволяет измерять детали с большими допусками (до 500 мкм) или использовать измерительную оснастку с большими начальными зазорами, например для манометрических приборов. В процессе измерений поплавок займет положение у отметки "200 мм" шкалы 3 при контролируемом допуске в 500 мкм, но перепад давлений в каналах устройства за трубкой будет меньше или сохранится таким, каким был при измерении в описанных выше пределах. Улучшению условий работы эжектора в этот период способствует наклон канала 14a и установленное в канале 13 сопло 19, повышающее эффективность "подсоса" воздуха из канала 14 к измерительной оснастке 12. Поскольку кран 10 в этот период прикрыт максимально, то расход воздуха через кран 9 будет минимальным, что в конечном итоге снижает еще более общий расход воздуха через устройство. Погрешность измерений в этом диапазоне будет лежать также в пределах 1 - 2%.

Опытные образцы устройства успешно выдержали всесторонние испытания в производственных условиях на измерении допусков в диапазоне от 2 до 500 мкм, при этом настройка на выбранный предел измерений проводилась прямо на рабочем месте контролера в течение нескольких минут. Испытания подтвердили высокие точностные качества устройства на всем диапазоне измерений, а профилактическое обслуживание прибора не вызывало никаких затруднений.

Высокие технические и эксплуатационные качества устройства позволяют полностью отказаться от использования дорогостоящих модульных приборов, имеющих различные параметры индикаторных трубок и поплавков.

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для точных измерений линейных размеров и перемещений. Сущность изобретения: пневматическое устройство для измерений линейных размеров содержит индикаторную стеклянную трубку 1 с поплавком 2 и отсчетной шкалой 3, эжектор 4 с входом 5 высоконапорного газа, входом 6 низконапорного газа и выходом 7, перепускной кран 8, кран 9 выпуска воздуха в атмосферу, дросселирующий кран 10, регулируемый дроссель 11, измерительную оснастку 12, сообщенную через кран 8 каналом 13 со входом устройства, каналом 14 - с выходом трубки 1, каналом 15 через дроссель 11 - со входом 6 эжектора 4. Расширение диапазона измерений при одновременном снижении расхода воздуха через устройство и сохранение высокой точности измерений на всем диапазоне достигнуты в устройстве установкой дросселирующего крана 10 в канале 14 низконапорного газа на общей с краном 8 оси 17 оппозитно друг другу с возможностью одновременного перемещения от единого привода 16 управления, а также выполнением части 14а канала 14, расположенной за краном 10, с наклоном в сторону оснастки 12 и образованием при этом в соединении с каналом 13 угла, меньшего 90^o. 2 з.п.ф-лы, 1 ил. .

1. Пневматическое устройство для измерения линейных размеров, содержащее индикаторную стеклянную коническую трубку с поплавком и отсчетной шкалой, настроечные краны: перепускной, включенный параллельно индикаторной трубке, кран выпуска воздуха в атмосферу и дросселирующий кран, измерительную оснастку, эжектор, выход которого сообщен с входом индикаторной трубки, причем вход низконапорного газа через регулируемый дроссель сообщен с выходом индикаторной трубки, отличающееся тем, что дросселирующий кран установлен в канале низконапорного газа, часть которого за краном выполнена с наклоном в сторону оснастки относительно канала высоконапорного газа за перепускным краном, оба указанных крана имеют единый привод управления, расположены на общей оси оппозитно друг другу и разделены уплотнением. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что угол наклона части канала низконапорного газа выполнен в пределах 45 - 80^o. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в канале высоконапорного газа перед каналом низконапорного газа установлено сопло с возможностью осевого перемещения.