Реостатный датчик линейных перемещений Советский патент 1992 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в механизмах перемещения различных устройств для повышения качества обратной связи при автоматизации технологических процессов, в частности для автоматизации роста кристаллов на установках с механизмом перемещения тигля.

Известен преобразователь линейных перемещений на отснове реохорда с длиной, соответствующей ожидаемому перемещению, и скользящего контакта, связанного с объектом перемещения 1.

Недостатком данного преобразователя является низкая точность контроля малых перемещений при измерении в большом диапазоне, нестабильность контроля и большие габариты.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является рэ- остатный датчик линейных перемещений, содержащий корпус,катушку, установленную в корпусе с возможностью вращения, реохорд, намотанный на катушку и соединенный с объектом перемещения, и контакт, скользящий по реохорду и закрепленный неподвижно на катушке 2.

Недостатком данного датчика является низкая точность, не лучше ± 0,3 мм, контроля малых перемещений вследствие ограниченного участка реохорда, на котором необходимо контролировать изменения его электросопротивления, и нестабильность точности контроля на всем диапазоне изме рений перемещения объекта, а также требование увеличения габаритов датчика при

VJ XJ 00 СЛ О Os

повышении точности. При этом датчик позволяет проводить контроль перемещения только в одном направлении.

Целью изобретения является повышение точности контроля малых перемещений в большом диапазоне измерений.

Поставленная цеЛь достигается тем, что реостатный датчик линейных перемещений, содержащий корпус, катушку, установленную в корпусе с возможностью вращения, реохорд, намотанный на катушку и соединенный с объектом перемещения, и контакт, скользящий по реохорду, закрепленный неподвижно на корпусе, дополнительно снабжен диском, установленным в корпусе с возможностью принудительного вращения, разомкнутым кольцевым реохордом, неподвижно закрепленным на диске, и дополнительным контактом, скользящим по кольцевому реохорду, закрепленным неподвижно на корпусе и электрически соединенным с первым контактом, при этом катушка снабжена возвратной пружиной.

Реохорд может быть выполнен в виде ленточного печатного провода (шлейфа) с не менее чем двумя контактными дорожками, диск может быть выполнен в виде печатной платы с кольцевой контактной дорожкой, а кольцевой реохорд состоит не менее чем из двух секторов.

На фиг. 1 изображен реостатный датчик линейных перемещений; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1.

Датчик состоит из корпуса 1, выполненного из диэлектрического материала, имеющего ось, катушки 2, установленной в корпусе 1 на ось с возможностью вращения, реохорда 3, намотанного на катушку 2 и соединяемого с объектом свободным концом А. Другим концом реохорд закреплен неподвижно на катушке 2 и соединяется электрически с одним из выводов 13 датчика. Скользящий по реохорду контакт 5 закреплен неподвижно на корпусе 1. С целью повышения точности контроля линейных перемещений датчик снабжен дополнительным реохордом, для чего на ось корпуса 1 посредством ось-гайки 7 устанавливается диск 6, для принудительного вращения которого ось-гайка 7 выведена наружу корпуса 1 и имеет, например, квадратное отверстие, На диске б неподвижно закреплен разомкнутый кольцевой реохорд 8, скользящий контакт 9 которого закреплен неподвижно на корпусе 1 и соединен электрически с контактом 5 основного реохорда 3. При этом один конец кольцевого реохорда 3. При этом один конец кольцевого реохорда 8 соединен электрически с выводом 12 датчика. Натяжение

основного реохорда 3 осуществляется за счет установки в корпусе катушки 2 возвратной пружины 10, один конец которой неподвижно закрепляется на корпусе катушки, а

другой на оси корпуса 1 датчика, таким образом, обеспечивается контроль перемещений объекта в двух направлениях.

Реостатный датчик линейных перемещений работает следующим образом.

Корпус 1 датчика жестко закрепляется посредством установочных отверстий на основании механизма перемещения, точность которого необходимо контролировать. Свободный конец 4 основного реохорда 3, вытянутого из корпуса 1 на контролируемую величину диапазона перемещения, соединяется с объектом перемещения, например с ходовой гайкой. Диск 6 посредством квадратного отверстия на оси-гайке 7 соединяют

с устройством принудительного вращения, например с ходовым винтом. Электрические выводы 12 и 13 датчика соединяются с блоком регистрации и преобразования, в который входят запоминающее устройство

с накопителем и цифровой индикатор. При этом скорость вращения диска б, т.е. кольцевого реохорда 8, подбирается таким образом, чтобы один его оборот осуществлялся в течение времени, равного времени перемещения объекта на заданную единицу измерения.

Выбирают диапазон контролируемого датчиком перемещения, например, равный 400 мм. Датчик устанавливают, например,

на механизме с ходовым винтом, имеющим шаг равный 4 мм. Включение механизма перемещения приводит во вращательное движение ходовой винт, посредством которого перемещается гайка (объекта контроля)

и одновременно вращается диск датчика, вследствие чего основной реохорд 3 за счет возвратной пружины 10 втягивается в корпус 1 датчика, скользя по контакту 5, и одновременно вращается кольцевой реохорд 8,

скользя по контакту 9. В пределах измеряемой единицы перемещения объекта, в данном случае равной шагу винта, блок регистрации и преобразования фиксируют изменение сопротивления датчика Рд, равное согласно формуле:

Rfl A Rp + A R

(D.

где Rp - приращение сопротивления рео- хорда, a A R - приращение сопротивления кольцевого реохорда, которое затем преобразуется в цифровую величину перемещения и индицируется на экране. Заданная единица перемещения равная 4 мм фиксируется в момент перехода контакта 9 разомкнутого участка кольцевого реохорда 8. при этом A R равна нулю, но сопротивление Яд датчика, контролируемое преобразователем, остается равным измеренному согласно (1) за счет запоминающего устройства, При этом запоминается величина сопротивления R, равная величине полного сопротивления кольцевого реохорда. В процессе дальнейшего перемещения объекта происходит постоянное накопление величины контролируемого сопротивления Яд. Таким образом, при контроле перемещения в диапазоне до 400 мм суммарное сопротивление Рд в конечной точке перемещения будет равно:

Е Rfl RP + x-R + Д R

(2)

где Rp - величина сопротивления основного реохорда на длине 400 мм, х - количество оборотов кольцевого реохорда, равное количеству фиксаций запоминающим устройством величины сопротивления R. Отсюда следует, что датчик имеет существенно большую длину контролируемого проводника при измерении малых величин перемещения объекта, что повышает его чувствительность, а следовательно, повышает точность контроля малых перемеще- ний. Возможность накопления памяти преобразователя позволяет сохранить высокую точность контроля малых перемещений в большом диапазоне перемещений. Переключение механизма на реверс приво- дит к вращению ходового винта в обратную сторону, а следовательно, и движение объекта в другую сторону. При этом основной реохорд 3 вытягивается из корпуса 1 датчика, а диск 6 вращается в обратную сторону. Сопротивление датчика постоянно уменьшается. Возвратная пружина 10 создает также постоянное натяжение основного реохорда 3 при возвратно-поступательном движении объекта. Предложенная конст- рукция датчика дает возможность осуществлять съем контролируемого сопротивления внутри корпуса.

Снабжение датчика диском дает возможность установки дополнительного рео- хорда для увеличения сопротивления при измерении малого участка основного реохорда. Установка диска в корпусе с возмож- ностью принудительного вращения позволяет осуществлять вращение допол- нительного реохорда в зависимости от измеряемого в данный момент отрезка основного реохорда. Разомкнутый кольцевой реохорд, неподвижно закрепленный на

диске, при его вращении осуществляет роль добавочного сопротивления при измерении сопротивления малого участка основного реохорда. Разомкнутый кольцевой реохорд позволяет также осуществлять подбор точности измерения малых перемещений. Таким образом, при согласовании оборота вращения кольцевого реохорда с измеряемым в данный момент шагом основного реохорда, равным единице измеряемого перемещения, увеличивается суммарная длина контролируемой контактной дорожки, вследствие чего повышается точность контроля малых перемещений.

Наличие дополнительного контакта, скользящего по кольцевому реохорду, позволяет проводить съем контролируемого сопротивления кольцевого реохорда. Закрепление дополнительного контакта неподвижно на корпусе датчика обеспечивает возможность уменьшения сопротивления переходных контактов. Электрическое соединение дополнительного контакта с основным контактом дает возможность уменьшить до минимума электросопротивление в цепи контактов, Таким образом, ста- билизируетсясопротивление

электрической цепи датчика, а следовательно, повышается точность контроля малых перемещений. Наличие подпружинивающей катушку возвратной пружины обеспечивает постоянное натяжение основного реохорда и намотку его на катушку при обратном движении объекта, что стабилизирует перемещение реохорда по скользящему контакту. Все это позволяет создать электрическую цепь датчика внутри корпуса и поддерживать высокий уровень точности контроля малых перемещений в большом диапазоне измерений.

Выполнение реохорда в виде ленточного печатного провода (шлейфа) с не менее чем двумя контактными дорожками увеличивает чувствительность датчика, позволяет использовать диэлектрическое основание шлейфа для электроизоляции при намотке реохорда на катушлку и создании выходных контактов, а также пари вытяжке реохорда из корпуса, что стабилизирует измеряемое сопротивление реохорда.

Выполнение диска с кольцевым реохордом в виде печатной платы с кольцевой кон- тактной дорожкой обеспечивает стабильность сопротивление малых частей реохорда при их измерении

Выполнение кольцевого реохорда не менее чем из двух секторов позволяет проводить подбор точности измерения малых перемещений за счет повышения точности согласования с измеряемым шагом основного реохорда при определенной единице перемещения объекта.

Применение данного реостатного датчика линейных перемещений при контроле малых перемещений объекта, в частности перемещения тягл я при помощи механизма с ходовым винтом и гайкой со скоростью 1-5 мм/ч, что требует большой точности отсчета, позволило контролировать перемещение объекта, как показали испытания, с точностью не хуже 0,01 мм, поддерживать стабильность точности отсчета в большом диапазоне измерений перемещения объекта.

Реостатный датчик может найти широ- кое применение при развитии автоматизации технологических процессов для повышения точности обратной связи. В кристаллографии, например, большое развитие получает рост кристаллов в автоматическом режиме. Высокая точность контроля линейных перемещений и положения тигля требуется при выращивании кристаллов многокомпонентных химических соединений, для которых необходима стабильность условий роста при малых скоростях перемещения тигля. Этот датчик может использоваться в производственных технологических линиях, в станках с ЧПУ и других процессах, имеющих объектов перемещения. Сущест- венно, что датчик позволяет контролировать возвратно-поступательное движение объекта и сохраняет точность отсчета в большом диапазоне перемещения, а

также дает возможность подбирать точность контроля.

Формула изобретения

1.Реостатный датчик линейных перемещений, содержащий корпус, установленную в нем с возможностью вращения катушку, размещенный на катушке реохорд, один конец которого предназначен для связи с объ- ектом контроля, и закрепленный неподвижно на корпусе скользящий контакт, отличающийся тем . что , с целью повышения точности контроля малых перемещений в широком диапазоне измерений, он снабжен установленным в корпусе с возможностью принудительного вращения диском, закрепленным на диске дополнительном реохордом, который выполнен в виде разомкнутого кольца, закрепленным на корпусе вторым скользящим контактом, который электрически соединен с первым скользящим контактом, и установленной в корпусе для подпружинивания катушки возвратной пружиной.

2.Датчик по п. 1,отличающийся тем, что основной реохорд выполнен в виде ленточного печатного проводника, имеющего хотя бы две контактные дорожки.

3.Датчик по п. 1,отличающийся тем, что диск с дополнительным реохордом выполнен в виде печатной платы с кольцевой контактной дорожкой.

4.Датчик по п. 1,отличающийся тем, что дополнительный реохорд выполнен не менее чем из двух секторных участков.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и имеет целью повышения точности контроля малых перемещений в большом диапазоне измерений. Реостатный датчик линейных перемещений снабжен дополнительным кольцевым реохордом, закрепленным на диске, который установлен в корпусе датчика с возможностью принудительного вращения, и скользящим по нему контактом, неподвижно закрепленным на корпусе. Дополнительный контакт электрически соединен с контактом, кользящим по основному реохорду, который намотан на катушку, подпружиненную возвратной пружиной. В вариантах исполнения основной реохорд может быть выполнен в виде ленточного печатного проводника, имеющего хотя бы две контактные дорожки. Диск с дополнительным реохордом может быть выполнен в виде печатной платы с одной кольцевой контактной дорожкой и состоять не менее чем из двух секторных участков. 3 з.п. ф-лы, 2 ил. СО

W/5

ЫА

Фиг. г