Емкостный датчик для контроля размеров и формы отверстий Советский патент 1993 года по МПК G01B7/12 

И

обретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении расстояний до криволинейных

ностей, например при контроле диа- глубоких отверстий или внутреннего ра труб, а также при определении

повер: метра диаме разме ов отверстий овальной формы.

И;

НИИ,

вестей емкостный датчик перёмещекоторый содержит неподвижные ци- линд ические внешние электроды с различной площадью поверхности и внутренний цилиндрический сплошной электрод, между которыми коаксиально размерены два секционированных экрана, выполненных идентично, но один из них подвихен и сочленяется в процессе измерения с контролируемым объектом, а другой неподнижно закреплен через изоляторы на поверхности внутреннего электрода. Наличие сослененного с контролируемым объектом подвижного экрана усложняет конструкцию и снижает точность устройства.

Наиболее близким техническим решением к данйому изобретению является датчик для контроля размеров и формы отверстий, содержащий два идентичных соосно расположенных и аксиально разнесенных кольцевых измерительных электрода, коаксиально размещенный в них и электрически от них изолированный электропроводный экран с кольцевым наружным выступом, выполненным в его Центральной части и установленным в зазоре между измерительными электродами, и два предохранительных электрода, закрепленных на концах экрана.

Однако это устройство имеет узкий диапазон измерений, значительную погрешность при измерении овальных отверстий.

4 ЧЭ

СА

Ч 00

отсутствует взаимозаменяемость узлов, снижена производительность измерений.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Для достижения поставленной цели в емкостном датчике для контроля размеров и формы отверстий, содержащем два идентичных соосно расположенных и аксиально разнесенных кольцевых измерительных электрода, краксиально размещенный в них и электрически от них изолиррваквый электропроводный экран с кольцевым наружным выступом, выполненным в его центральной части и установленным в зазр- ре между измерительными электродами, и два предохранительных электрода, закреплённых на концах экрана, измерительные электроды выполнены в виде не менее, чем двух пар изолированных одна от другой сегментных частей, длина которых превышает ширину кольцевогб выступа экрана, дизг метр предохранительных электродов пре- вышает диаметр измерительных электродов, в экране выполнено сквозное аксиальное отверстие, закрытое с обоих концов пробками с выполненными в них аксиальными направляющими отверстиями, а датчик снабжен установочной струной, размещенной в направляющих отверстиях

пробок; ,:; :(;JV .

На фиг. 1 изображен общий вид датчика, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг.З - схема электрических соединений датчика,

Датчик для контроля размеров и формы отверстий состоит из двух измерительных электродов 1 и 2, электропроводного заземленного экрана 3, двух изоляционных втулок 4, а также двух предохранительных электродов 5 в виде колец. Каждый измери- тельный электрод (1 иди 2) набран из четырех идентичных сегментных полосок 6-9, выполненных в виде 1/4 части поверхности кольцеобразного цилиндра.

Электропроводный экран 3 выполнен в виде цилиндра с кольцеобразным цилиндрическим экранирующим выступом Юпосе- редине. По обеим краям экран 3 имеет участки 11 с резьбой для установки предохранительных электродов 5 и прижимных гаек 12, а в выступе 10 - отверстие 13 под штифт. По продольной оси экран 3 имеет сквозное отверстие 14, предназначенное для пропускания проводов 15 электрического соединения и центрирующей струны 16. К измерительным электродам 1 и 2 провода 15 подведены по каналам 17 в теле экрана 3 и втулок 4. Эти втулки имеют цилиндрическую поверхность с выступами 18 по краям. Они соосно расположены и аксиально разнесены по обе стороны от выступа 10 электропроводного экрана 3. Точное взаимное расположение втулок 4 на экране 3 обеспечивается штифтом 19.

В каждом выступе 18 соосно выполнено по четыре сквозных ступенчатых отверстия 20 для фиксации сегментных полосок 6-9 на втулке 4 посредством, например, винтов 10. С этой целью в обоих торцах полосок 6-9 по продольной оси и среднему радиусу сегмента имеется по одному глухому отверстию 21 с резьбой. ,.;.;; .

Обе предохранительных электрода 5 выполнены в форме цилиндра малой высоты с резьбовым отверстием по центру и каждый из них имеет наружный диаметр незначительно больше, чем наружный диаметр измерительных электродов, что позволяет предотвращать паразитное замыкание измерительного поля датчика при контакте с электропроводной поверхностью объекта 22 контроля, а также способствует быстрому Центрированию датчика в измеряемом отверстии./; :,,.- v- :

При измерении глубоких отверстий, например проходного сечения прямых труб, целесообразно использовать центрирующую струну 16, которая располагается в калибровочном отверстии 23 пробок 24, закрепленных с обоих торцов экрана 3 гайками 12. /;- :;; Ч :-. :-- : -.:

Если измерение производят с использованием центрирующей струны 16, то вначале ее пропускают через гайку 12, калибровочное отверстие 23 в пробке 24 и сквозное отверстие 14, затем через другое калибровочное отверстие 23 в пробке 24 и гайку 12, после чего пробки 24 прижимают гайками 12 к торцам экрана 3.

Емкостный Датчик работает следующим образом.

Датчик помещают в измеряемое отверстие, закрепляют неподвижно и подключают к источнику питания напряжения переменного тока с помощью коммутационного устройства, организуют подачу напря- .жения к двум противоположным сегментным полоскам, например полоскам 6 и 7, измерительных электродов 1 и 2 высокого и низкого потенциала. При этом другая пара (полосок 8 и 9). а также экран 3, предохранительные электроды 5 и электропроводный объект 22 контроля заземлены (фиг.З). В зависимости от расстояния (зазора) между наружной поверхностью измерительных электродов датчика и электропроводной поверхностью объекта 22 контроля изменяется величина емкости между электродами 1 и 2. По величине этой емкости судят об измеряемом диаметре в

плоскости, проходящей по оси датчика или контролируемого отверстия через середину полосок 6 и 7. Величину емкости регистрируют, после чего напряжение подводят к полоскам 8 и 9 обоих измерительных электродов, а полоски 6 и 7 заземляют и определяют величину ёмкости, по которой судят о диаметре отверстия в плоскости, проходяще и через середину полосок 8 и 9. Таким образом определяют диаметр в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, по кото- рьм судят о форме отверстия, т.к. при ра зенстве диаметров отверстие имеет форму

круглую, а при существенном отличии

овальную. При измерении глубоких отвер- CTI 1й (внутреннего диаметра труб) используют центрирующую струну 16, которую предварительно пропускают через датчик и ус ювный центр контролируемого отверстия. Если на измеряемой поверхности имеются отложения (накипь), то с помощью дагчика определяют проходное сечение.

Не менее чем пятикратное превышение дл лны сегментных полосок над шириной эк0

5

0

5

рэнирующего кольцевого наружного выступа экрана между измерительными электродами обеспечивает отсутствие влияния колебаний длины сегментных полосок на величину номинальной емкости датчика (погрешность не превышает 0,08%), что позволяет практически исключить требование к точному обеспечению заданных геометрических параметров сегментных полосок (измерительных электродов). Это существенно упрощает производство датчиков и снижает их себестоимость при надежном обеспечении номинальной функции преобразования при массовом производстве датчиков.

Использование предохранительных (охранных) колец с диаметром, превышающим наружный диаметр экранирующего выступа и незначительно меньшим наименьшего диаметра контролируемого отверстия, позволяет значительно ускорить центрирование датчика в измеряемом отверстии, а следовательно, повысить производительность измерений.

I/1 зобретение относится к измерительной т хнике. Цель - повышение точности емкостного датчика для контроля размеров и фор идент мы отверстий. Датчик содержит два ичных кольцевых измерительных электрода, которые расположёны соосно. Электрически Изолированный от них электропроводный экран с кольцевым наружным выступом, выполненным в его центральной части, установлен в зазоре между измерительными электродами. Два предохранительных электрода закреплены на концах экрана. Измерительные электроды выполнены в виде хотя бы двух пар изолированных одна от другой сегментных частей, длина которых превышает ширину кольцевого выступа экрана. Диаметр предохранительных электродов превышает диаметр измерительных электродов. В экране выполнено сквозное аксиальное отверстие, закрытое с обоих концов пробками с выполненными в них аксиальными направляющими отверстиями. Установочная струна размещена в направляющих отверстиях пробок. 3 ил. ел с

Формула изо бретени я Емкостный датчик для контроля размерен и формы отверстий, содержащий два идентичных соосных, аксиально разнесен- ны с кольцевых измерительных электрода, коексиально размещенный в них и электрически от них изолированный электропровод- ны i экран с кольцевым наружным выступом, выполненным в его центральной части и ус- тa овленным в зазоре между измерительными электродами, и два предохранительных эле ктрода, закрепленных на концах экрана, отличающийся тем, что, с целью

повышения точности, измерительные электроды выполнены в виде не менее двух пар изолированных одна от другой сегментных частей, длина которых превышает ширину кольцевого выступа экрана, диаметр предохранительных электродов превышает диаметр измерительных электродов, в экране выполнено сквозное аксиальное отверстие, закрытое с обоих концов пробками с выполненными в них аксиальными направляющими отверстиями, а датчик снабжен установочной струной, размещенной в направляющих отверстиях пробок.