Пневматический бесконтактный струйный датчик перемещения Советский патент 1984 года по МПК F15C1/14 G01B13/12 

Изобретение относится к средствам пневмоавтоматики, предназначено для бесконтактного определения положения рабочих органов машин, деталей и может быть применено в системах управления промышленными роботами, станками и т. п.

Известен струйный пневматический преобразователь, содержащий корпус, в камере которого расположена ступенчатая вставка, полость между корпусом и верхней частью вставки соединена с каналом питания, направляющие спиралевидные канавки и приемное сопло, выполненное в торце нижней части вставки и соединенное с выходным каналом преобразователя, нижняя часть вставки выполнена в виде тела вращения с образующей, представляющей собой плавную кривую 1 .

Этот преобразователь обладает большим рабочим диапазоном за счет закручивания рабочего потока, но сложен в изготовлении. Другим недостатком преобразователя яяляется неоднозначность выходной статической характеристики.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности -является датчик, содержащий корпус, в котором расположена ступенчатая вставка, полость между корпусом и верхней частью ступенчатой вставки соединена с каналом питания, приемное сопло, соединенное с выходным каналом, и направляющие спиральные канавки, расположенные по всей длине боковой поверхности нижней части ступенчатой вставки, выполненной цилиндр1 ческой, с диаметром больщим диаметра верхней части ступенчатой вставки 2.

Недостатком известного устройства является неоднозначность выходной статической характеристики, что ограничивает диапазон измерения перемещения.

Указанный недостаток можно пояснить следующим образом.

Вихревой поток, выходящ.ий из винтовых канавок вместе с торцовой частью датчика образует ограниченное пространство, из которого этим потоком эжектируется воздух. При удаленном объекте воздух в ограниченное пространство свободно поступает из внещней среды и восполняет эжектируемый расход, в результате чего в приемном сопле устанавливается давление, близкое к давлению в окружающей среде. Попадая в зону действия датчика, объект ограничивает доступ воздуха из внещней среды в ограниченное пространство, способствуя повышению разрежения в приемном сопле. Вихревой поток растекается по поверхности объекта и часть его, отразивщись от объекта, попадает в ограниченное пространство, способствуя понижению разрежения в приемном сопле. По мере приближения объекта к датчику доступ воздуха из внешней среды в ограниченное пространство все более уменьщается; эжекционная способность вихревого потока, вследствие уменьшения его длины, равной расстоянию от датчика до объекта тоже уменьшается, а часть вихревого потока, попадающая в это пространство, отразивщись от объекта, остается, практически, постоянной.

Таким образом, в ограниченном пространстве каждому расстоянию от датчика до объекта соответствует баланс расходов воздуха, состоящий с одной стороны из расхода, эжектируемого вихревым потоком, а с другой - из расхода, поступающего из внешней среды и части вихревого потока, попавшей в ограниченное пространство после взаимодействия с объектом.

При этом с приближением объекта к датчику разрежение в ограниченном пространстве и в. приемном сопле увеличивается до тех пор, пока доступ воздуха из внешней среды ограничивается интенсивнее, чем уменьшает0 ся эжекционная способность вихревого потока.

Расстоянию от датчика до объекта, при котором интенсивность уменьшения эжек-, ционной способности вихревого потока и интенсивность ограничения доступа воздуха из вАешней среды становятся равными, соответствует максимум разрежения в ограниченном пространстве. При дальнейшем приближении объекта к датчику, вследствие постоянства части вихревого потока, попаQ даюший в ограниченное пространство после взаимодействия с объектом, малости расхода поступающего из внешней среды и уменьшения эжекционной способности вихревого потока, давление в приемном сопле повышается, достигает нуля и переходит в область избыточного давления. При полном перекрьттии объектом приемного сопла, т. е. при их контакте, в приемном сопле устанавливается давление, равное давлению в окружающей среде.

Из описанного видно, что каждому дав0 лению на выходе датчика соответствуют две точки на статической характеристике, одна из которых соответствует нахождению объекта на относительно большом расстоянии от датчика, а другая - объекту, рас., положенному вблизи от него, что представляет большие неудобства при эксплуатации и ограничивает рабочую зону измерения.

Целью изобретения является расщирение диапазона измерения перемещения, что достигается обеспечением однозначности ста0 тической характеристики датчика.

Указанная цель достигается тем, что в пневматическом бесконтактном струйном датчике перемещения, содержащем корпус, в котором расположена ступенчатая вставка, полость между корпусом и верхней частью 55 ступенчатой вставки соединена с каналом питания, приемное сопло, соединенное с вы ходным каналом, и направляющие спиральные канавки, расположенные по боковой поверхности нижней части ступенчатой вставки, выполненной цилиндрической, с диаметром большим диаметра .верхней части ступенчатой вставки, на торце нижней части ступенчатой вставки выполнен цилиндрический выступ с диаметром, меньшим диаметра нижней части ступенчатой вставки, на торце выступа, расположенном снаружи корпуса за плоскостью его торца, выполнены канавка и отверстие приемного сопла, причем между внутренней боковой поверхностью корпуса, торцом нижней части ступенчатой вставки и боковой поверхностью выступа расположена кольцевая полость, соединеннаяс выходами направляющих спиральных канавок. На фиг. 1 представлена схема датчика; на фиг. 2 - статическая характеристика. Датчик содержит корпус 1, ступенчатую вставку 2, канал 3 питания, направляющие спиралевидные канавки 4, приемное сопло 5, канавку 6, верхнюю часть 7 (меньшего диаметра) вставки 2, нижнюю часть 8 (больше го диаметра) вставки 2, выходной канал 9, соединенный с приемным соплом 5. Приемное сопло 5 и канавка б выполнены на торце цилиндрического выступа 10. Вы, ходы спиральных канавок 4 соединены с кольцевой полостью 11. Торец выступа 10 расположен снаружи корпуса 1 (за плоскостью его торца), а торец нижней части 9 - в корпусе (до плоскости его торца). Перед датчиком расположеи объект 12. Датчик работает следуюихим образом. Сжатый воздух подается через канал питания 3 в полость, образованную корпусом 1 и верхней частью 7 вставки 2. Далее этот -воздух поступает в спиралевидные канавки 4 нижней части большего диаметра 8, и, закручиваясь, выходит в атмосферу вихревым потоком J, эжектируя из ограниченного пространства, образованного им и торцом датчика воздух. При удаленном объекте 12 эжектируемый вихревым потоком воздух восполняется притоком из внешней среды, в результате чего в приемном сопле 5, а следовательно, и в выходном канале 9 устанавливается давление по величине близкое к давлению в окружающей среде. При появлении в зоне действия датчика объекта 12, доступ воздуха из внешней среды в ограниченное пространство уменьшается; вихревой поток взаимодейст вует с поверхностью объекта и растекается по ней. Часть расхода вихревого потока после взаимодействия с поверхностьк) объекта попадает в ограниченное пространство. Поскольку при неизменном давлении питания эжекционная способность потока определяется величиной поверхности потока и давления в эжектируемои среде, то уровень разрежения в ограниченном пространстве определяется балансом расходов: с одной стороны - расходом Qg, эжектируемым вихревым потоком, а с другой - расходом, проникшим из внешней среды и расходом части вихревого потока, оказавшейся в ограниченном пространстве после взаимодействия с объектом. По мере приближения объекта к датчику, шсть расхода вихревого потока, попадающая в ограниченное пространство после взаимодействия с поверхностью объекта, остается, практически, постоянной. Расход, эжектируемый вихревым потоком, уменьшается пропорционально уменьшению расстояния от датчика до объекта, а расход, попадающий в это пространство из внешней среды, уменьшается еще интенсивнее, в результате чего в приемном сопле разрежение увеличивается. При дальнейше.м приближении объекта к датчику, в некотором интервале расстояний от среза корпуса 1 до объекта 12, интенсивность уменьшения доступа воздуха из внешней среды и эжектируемого расхода становятся равными друг другу, чему соответствует минимум кривой P f(x) (фиг. 2). Для исключения восходящей ветви этой кривой приемное сопло 5 выдвинуто за срез корпуса 1 на расстояние, соответствующее расстоянию до ближайшей к датчику точке указанного интервала. Однако минимум выходной характеристики предлагаемого устройства из-за утопленности в корпусе j части вставки большего диаметра 8 (вследствие чего увеличивается поверхность вихревого потока, эжектирующая воздух из ограниченного пространства на величину, равную ) расположен значительно ближе к срезу корпуса, чем у известного и определяется лищь условием обеспечения свободного выхода вихревого потока в атмосферу между корпусом 1 и объектом 12. Разрежение в приемном сопле и выходном канале не понижается и при контакте объекта с приемным соплом: через канавку 6 приемное сопло сообщается с ограниченным пространством. На фиг. 2 представлены выходные статические характеристики: кривая 1 - характеристика предлагаемого устройства, кривая 2 - известного. Технико-экономическое преимущество изобретения благодаря полученной однозначной выходной характеристики во всем диапазоне измерений состоит врасщирении диапазона измерения, повышении безопасности обслуживания и безаварийности рабо- . ты оборудования.

ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ СТРУЙНЫЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЯ, содержащий корпус, в котором расположена ступенчатая вставка, полость между корпусом и верхней частью ступенчатой вставки соединена с каналом питания, приемное сопло, соединенное с выходным каналом, и направляющие спиральные канавки, расположенные по боковой поверхности нижней части ступенчатой вставки, выполненной цилиндрической, с диаметром, большим диаметра верхней части ступенчатой вставки, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения перемещения, на торце нижней части ступенчатой вставки выполнен цилиндрический выступ с диаметром, меньщим диаметра нижней части ступенчатой вставки, на торце выступа расположенном снаружи корпуса за плоскостью его торца, выполнены канавка и отверстие прие.много сопла, причем между внутренней боковой поверхностью корпуса, торцом нижней части ступенчатой вставки и боковой поверхностью выступа располоi жена кольцевая полость, соединенная с выходами направляющих спиральных канавок. (Л с CD СО оо со т12