Устройство для измерения отклонений диаметра проволоки Советский патент 1992 года по МПК G01B7/12 

о

00

Изобретение относится .к измерительной технике, в частности к приборам допу- скового контроля диаметра проволоки. Цель изобретения - повышение производительности при проведении измерений. Устройство содержит емкостный преобразователь с высокопотенциальным электродом 1, низкопотенциальным электродом 2 которого в процессе измерения является контролируемая проволока, переменную емкость 3 с высокопотенциальным статором и низкопотенциальным ротором, конденсатор 4 постоянной емкости и тумблер 5, трансформаторный мост, питаемый генератором 6 с трансформатором 7, фазочувстви- тельный усилитель 8, с которого снимается выходной сигнал. Для исключения паразитных емкостей и электрических наводок мост защищен высокопотенциальным 9 и заземленным 10 экранами. Использование парал- лельно соединенных тумблера 5 и конденсатора 4 постоянной емкости, включенных между ротором конденсатора переменной емкости и заземленным экраном, позволяет исключить десятки дополнительно изготовленных образцов проволоки. 1 ил. (Л

V/ Ю

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к приборам допу- скового контроля диаметра проволоки, а также к средствам измерения неравномерности диаметра проволоки по ее длине в процессе изготовления и перемотки.

Известен прибор для измерения диаметра заземленной проволоки, содержащий трансформаторный мост переменного тока, в смежные плечи которого включены первичный преобразователь и конденсатор переменной емкости, шкала которого - нелинейная и отградуирована в единицах измеряемой величины. При измерении отклонений диаметра проволоки мост ис- пользуется в неуравновешенном режиме. Калибровка чувствительности прибора производится с помощью шкалы конденсатора переменной емкости.

Недостатками указанного прибора являются значительная относительная погрешность, составляющая 1,5% в диапазоне измерения 10-30 мкм, и высокая стоимость из-за наличия сложного и трудоемкого в изготовлении конденсатора пере- менной емкости,

Известно устройство для измерения отклонений диаметра заземленной проволоки, содержащее первичный преобразователь с высокопотенциальным элек- тродом, образующим электрическую емкость с проволокой, конденсатор переменной емкости с высокопотенциальным статооом и низкопотенциальным ротором, неуравновешенный, трансформаторный мост с высокопотенциальным и заземленным экранами, в смежные плечи которого включены первичный преобразователь и конденсатор переменной емкости, а также проволоки с известными значениями диа- метра, предназначенные для калибровки чувствительности устройства. В этом устройстве проволоку, подлежащую измерению, помещают в первичный преобразователь, конденсатором переменной емкости устанавливают нулевой выходной сигнал моста, затем подбирают проволоку, отличающуюся на величину максимального технологического допуска, помещают вместо измеряемой проволоки и устанавливают чувствительность моста по выходному сигналу, величина которого отградуирована в отклонениях диаметра проволоки, например в процентах. Затем вместо последней проволоки в первичный преобразователь вновь помещают измеряемую проволоку и производят процесс измерения отклонений. Практически проволоку, предназначенную для калибровки чувствительности устройства, получают гальваническим покрытием с последующим измерением на образцовых средствах. В этом случае относительная погрешность устройства снижается примерно в три раза, конденсатор переменной емкости выполняет функции под- строечного конденсатора, имеет простую конструкцию и поэтому стоимость устройства при измерении небольшой номенклатуры проволок по диаметру снижается примерно в два раза.

Однако для некоторых видов выпускаемых проволок номенклатура очень велика. Например, выпускается 146 номинальных значений диаметров молибденовой проволоки, а для вольфрамовой проволоки эта цифра увеличивается до 209. Поэтому для калибровки чувствительности устройства необходимо изготовить и измерить такое же количество образцов проволок, отличающихся от номинальных примерно на величину технологического допуска, например на 5% и, кроме того, несколько раз помещать в первичный преобразователь и удалять из него проволоки, что снижает производительность устройства при проведении измерений.

Целью изобретения является повышение производительности устройства при проведении измерений.

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения отклонений диаметра проволоки, содержащее емкостный преобразователь с высокопотенциальным электродом, низкопотенциальным электродом которого в процессе измерения является контролируемая проволока, переменную емкость с высокопотенциальным статором и низкопотенциальным ротором, трансформаторный мост с заземленным и высокопотенциальным экранами, в смежные плечи которого включены емкостный преобразователь и переменная емкость, дополнительно снабжено параллельно соединенными постоянной емкостью и тумблером, включенными между низкопотенциальным ротором переменной емкости и заземленным экраном.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения отклонений диаметра проволоки,

Устройство для измерения отклонений диаметра проволоки содержит высокопотенциальный электрод 1, образующий электрическую ёмкость с проволокой 2, конденсатор 3 переменной емкости с высокопотенциальным статором и низкопотенциальным ротором, к которому подключены параллельно соединенные конденсатор 4 и тумблер 5, трансформаторный мост, состоя щий из генератора 6, трансформатора 7 и

фазочувствительного усилителя 8, с которого снимается выходной сигнал, пропорциональный отклонению диаметра проволоки.

Для исключения паразитных емкостей и электрических наводок мост защищен высокопотенциальным 9 и заземленным 10 экранами.

Устройство работает следующим образом.

В высокопотенциальный электрод 1 вводят измеряемую проволоку 2, диаметр которой соответствует номинальному значению, тумблер 5 устанавливают в положе- ние Выключено. Конденсатором 3 переменной емкости уравновешивают мост. Затем тумблер 5 устанавливают в положение Включено и регулируют усиление фазочувствительного усилителя 8 так, чтобы выходной сигнал моста соответствовал верхнему пределу измерения диаметра проволоки с1Макс. Тумблер 5 устанавливают снова в положение Выключено и производят измерение. Емкость конденсатора 4 подбирают по известному значению диаметра проволоки, соответствующему верхнему пределу измерения Ьмакс, или с помощью значения, рассчитанного ниже.

При размещении в преобразователе измеряемой проволоки с номинальным значением диаметра do тумблер 5 отключен, конденсаторы 3 и 4 включены последовательно и их суммарная (компенсационная) емкость Ск определяется по формуле

Ск1

Сз -С4

СЗ + С4

О)

где Сз и С4 - емкости конденсаторов 3 и 4 соответственно.

Так как Сз/C/i 1. выражение (1) без учета членов, содержащих величины Сз /С/г и величины более высоких порядков, имеет вид

СЗ -С4

С4(1+-§-)

«Сз(1

Сз .

-с7} сь3.

С4

(2)

При калибровке чувствительности тумблер 5 включается и компенсационная емкость Ск2 определяется выражением

Ск2 Сз (3)

Изменение емкости А Ск от указанного переключения тумблера 5 находится из соотношения

AG СК2 - CKI Сз - Сз +-4- .(4)

u u

Если, например, высокопотенциаль- ный электрод 1 выбран в виде полого цилиндра, коаксиально крторому размещена измеряемая проволока 2, то при одинаковом количестве витков в измерительной и компенсационной обмотках трансформато- ра 7 величины СК1 и А Ск будут соответственно равны величинам емкости Со первичного преобразователя и ее приращения А С от изменения диаметра от номинального значения на величину Ad/do, соответствующе- го верхнему пределу измерения, т.е.

CKI Со; ДСК АС (5)

(6)

Емкость С4 не зависит от номинального значения диаметра.

Таким образом, в широком диапазоне значений номинальных диаметров измеряе5 мой проволоки для калибровки чувствительности необходим лишь один конденсатор С4, причем к емкости конденсатора С4 практически не предъявляется требований к стабильности.

0 Для исключения различного рода систематических погрешностей подбор емкости конденсатора С4 целесообразно производить по известному значению диаметра dinaKc проволоки, соответствующему верх5 нему пределу измерения, т.е. для рассматриваемого примера dMaKc 0,105 мм.

Если отношение витков трансформатора 7 измерительной обмотки к компенсационной равно h, то

0

2jrel h

С4

Ad

ЭГ

(7)

Такую же величину емкость С4 имеет и для преобразователя с электродом прямоугольной формы сечения.

При использовании первичного преоб- разователя 20 мм, 20 мм, диапазоне номинальных значений диаметров do 10- 305 мкм, диапазоне измерения A d/do - ±5% и , значение емкости конденсатора С4 составляет 60 пФ. При калибровке чувствительности для d0 300 мкм и dMaKc 315 мкм абсолютная погрешность измерений возрастает по мере уменьшения номинального значения диаметра do и при do 10 мкм абсолютная погрешность калибровки при неизменной емкости конденсатора СА не превышает 0,15%.

Такая же точность достигается, если использовать дополнительные проволоки с известными значениями диаметра, предназначенными для калибровки чувствительности.

Таким образом, введение в устройство для измерения отклонения диаметра заземленной проволоки, параллельно соединенных конденсатора и тумблера, включенных в разрыв между ротором конденсатора переменной емкости и заземленным экраном, позволяет исключить десятки дополнительно изготовленных образцов проволок, предназначенных для калибровки чувствительности устройства, а также заменить операции по введению и удалению проволок на процесс подключения или отключения постоянной емкости с помощью тумблера, что повышает производительность устройства при проведении измерений.

Формула изобретения

Устройство для измерения отклонений диаметра проволоки, содержащее емкостный преобразователь с высокопотенциальным электродом, низкопотенциальным электродом которого в процессе измерения является контролируемая проволока, переменную емкость с высокопотенциальным

статором и низкопотенциальным ротором, трансформаторный мост с заземленным и высокопотенциальным экранами, в смежные плечи которого включены емкостный преобразователь и переменная емкость, о тличающееся тем, что, с целью повышения производительности при проведении измерений, оно снабжено параллельно соединенными постоянной емкостью и тумблером, включенными между низкопотенциальным ротором переменной емкости и заземленным экраном.