Преобразователь линейных перемещений Советский патент 1993 года по МПК G01B5/02 G01B7/02 

Изобретение относится к технике линейных измерений, а именно к средствам для измерения линейных перемещений, имеющих выход в виде электрического сигнала.

Известны широкодиапазонные измерительные преобразователи линейных перемещений, содержащие корпус, подвижное звено с клиновой передачей и узкопредельный измерительный преобразователь, у которого направляющие подвижного звена выполнены коаксиальными корпусу узкопредельного первичного преобразователя, подвижное звено - в виде втулки с внутренней конической поверхностью, а узкопредельным преобразователем является механотрон.

Основным недостатком этого преобразователя являются сложность конструкции

и пониженная точность в динамических условиях эксплуатации из-за большой массы подвижного звена.

Поставленная цель достигается тем, что штырь механотрона выполнен изогнутым, подвижное звено снабжено призмой, охватывающей штырь механотрона симметрично с двух противоположных сторон, ребра призмы, контактирующие со штырем, образуют угол Ф, равный 60-90°, оси изогнутого штыря механотрона и измерительного наконечника лежат в одной плоскости, являющейся плоскостью симметрии призмы, а плоскость, проходящая через ребра призмы, перпендикулярна оси измерительного наконечника. При этом ось щтыря механотрона может быть прямолинейной или иметь форму плоской дуги, выполненной в соот ю

вететвии с требуемым законом преобразования.

На фиг. 1 схематично изображена конструкция преобразователя; на фиг.2 - призма, вид; на фиг.З - расчетная схема функциони- рования прербразователя.

Преобразователь линейных перемещений состоит из корпуса 1, подвижного звена в виде стержня 2 с измерительным наконечником 3 и призмы 4, крепежной втулки 5, жестко соединенной с корпусом 1, механотрона 6 со штырем 7 и мембраной 8, закрепленного COOCHQ корпусу 1 в кольце втулки 5.

Штырь 7 выполнен изогнутым в плоскости наибольшей чувствительности механот- рона так, что его ось с продольной осью механотрона образует угол @0 в начальном положении подвижного звена, В рабочем состоянии штырь 7 отклонен от продольной оси ме.ханотрона на угол

е ©0+Ј...

При выборе угла Эо следует учитывать, что чем меньше этот угол, тем более широкий диапазон измеряемых перемещений обеспечивается преобразователем. Следует отметить, что выбирать этот .угол более 10° не целесообразно, т.к. при этом существенного расширения диапазона измерений не, обеспечивается. Поэтому этот угол целесообразно выбирать в диапазоне 0-10°, На части измерительного стержня 2, выступающей за корпус 1, установлена пружина 9, создающая вместе с силой веса подвижного зеена усилие, с которым измерительный наконечник 3 воздействует на измеряемую деталь ТО, базируемую на основании 11, жестко связанная с корпусом 1.. .-.

Предлагаемый преобразователь рабо- тает следующим образом.

При перемещении измерительного стержня 2, обусловленном измерением детали 10, происходит отклонение штыря 7 механотрона на угол / . Это отклонение штыря преобразуется в выходной электри- ческий сигнал механотронной измерительной системы.

Функциональная зависимость между углом / отклонения штыря 7 от его начального положения, определяемого углом 0 о, и перемещением х измерительного стержня 2 может быть установлена в соответствии с фиг.З. . .

Как видно из фиг.З, в треугольнике DBE угол BDE - прямой, а угол BED равен 0, так что

DB BEsin 0 BEsin( ) А х sin (00+/ ) .(1).

С другой стороны, в треугольнике OBD прямым является угол QDB, а угол DOB равен /, так что

DB ОВ sin OA

Sin;

COS

Н

sin.

cos 0o

(2)

где Н - начальное расстояние ребер призмы от упругого центра мембраны 8 механотрона 6.

Из равенства левых частей выражений (1) и (2) следует, что

Axslnf во + /3 ) Н

sin/

COS

или

Axfsln 0- cos/3 +COS00 tg/ ) HtgЈ(3)

Разделив левую и правую части формулы (3) на cos /3 , получаем:

Дх (sin 0о +cos0otg/8 ,)

-.H.-JsЈCOS 0 о

или

Ах (sin ©о cos 0o +cos2 ©otg/8 )

. .

Отсюда после преобразования получаем

tg/

Дх sin ©о -cos 0

Н - х cos 2 ©о или, полагая X А X, имеем

о X ©о COS QQ

Н - х cos 2 ©о

Учитывая малость угла /( ), получаем, что угол ft отклонения штыря 7 механотрона 6 связан с перемещением х измерительного стержня 2 зависимостью

. 7

х sin QQ cos 0( Н - х cos 2 ©о

(4)

Используя выражение (4), можно рассчитывать, что при угле ©о 1° и расстоянии Н призмы 4 (фиг.1) от упругого центра мембраны механотрона, равном 30 мм,

пределы измерения преобразователя в-38 раз превосходит пределы измерения меха- нотрона и могут достигать 40 мм (если в качестве механотрона использовать серийный механотрон типа 6МХ5С с диапазоном измерений ± 1 мм).

Ребра призмы 4, контактирующие со штырем 7, образуют угол Ф 60...90°. При угле Ф 60° возникает опасность заклинивания штыря 7 в призме 4, а при Ф 90° возникает неопределенность базирования штыря 7 в призме 4, т.к. начинает сказываться технологически обусловленные уводы оси штыря 7 и динамические воздействия на

0

5

преобразователь в плоскости, перпендикулярной плоскости механотрона 6.

Выше рассмотрен преобразователь, в котором ост изогнутого штыря механотрона прямолинейна. Однако для расширения функциональных возможностей ось изогнутого штыря может иметь форму плоской кривой, соответствующей требуемому закона преобразования, причем эта кривая должна располагаться в плоскости наибольшей чувствительности механотрона. .

Расширение диапазона измерений в предлагаемом преобразователей сочетает ея с простотой конструкции и сохранением точности измерений в динамических условиях эксплуатации.

Изобретение относится к технике линейных измерений, а именно к средствам для измерения линейных перемещений. Целью изобретения является расширение диапазона измерения. Поставленная цель достигается тем, что штырь механотрона выполнен изогнутым под острым углом к оси, а подвижное звено снабжено призмой, охватывающей штырь механотрона симметрично с двух противоположных сторон, ребра призмы, контактирующие со штырем, образуют угол Ф , равный 60-98°, оси изогнутого штыря механотрона и измерительного наконечника лежат в одной плоскости, являющейся плоскостью симметрии призмы, а плоскость, проходящая через ребра призмы, перпендикулярна оси измерительного наконечника. При этом ось штыря механотрона может быть прямолинейной или иметь форму плоской дуги, выполненной в соответствии с требуемым законом преобразования. 3 ил. (Л

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Преобразователь линейных перемещений, содержащий корпус, размещенный в нем механотрон, связанный с механотро- ном стержень и измерительный наконечник, взаимодействующий со стержнем, о т- л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения, механотрон соединен с корпусом посредством мембраны, стержень расположен под острым углом к оси механотрона, прёобразовз- тель снабжен размещенной на измерительном наконечнике призмой, а оси стержня и измерительного наконечника расположены в плоскости симметрии призмы.

Фие.2