Электроконтактный датчик микроперемещений Советский патент 1982 года по МПК G01B7/00 G01M3/16 

(54) ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть Использовано, в частности, для измерения монотонно изменяющихся микроперемещений, обусловленных, например, силовыми или температурными деформациями объекта, или для обнаружения изменения геометрических раз меров объектов при контроле их герметичности , в частности при контроле герметичности интегргшьных микросхем в металлокерамических корпусах или герметичности часов в водонепроницаемых корпусах и т.п. Известны многопредельные электроконтактные преобразователи линейных перемещений в электрический сигнал, содержащие подпружиненный измеритель ный шток, перемещающийся в шариковых направляющих, узел передачи, электро проводящую стрелку с пленкой из магнитомягкого материала, электромагнит и шкалу с электрическими контактами 1 . Недостатком .его является сужение диапазона измерений при необходимост увеличения чувствительности к микропе ремещ ен и ям. Наиболее близким техническим решением к иг обретению является электр контактный датчик микроперемещений, содержащий корпус, подпружиненный измерительный шток, подвижный относительно корпуса элемент и два электроконтакта, размещенных вдоль хода измерительного штока, первый из которых закреплен на измерительном штоке, а второй - на подвижном элементе (2J. Недостатком датчика является ограниченная чувствительность и диапазон перемещений, определяемые интервалом установки электроконтактов, который соответствует двум предельньм значениям контролируемого микроперемещения (минимальному и максимальному) , вследствие чего датчик не позволяет определять величину микроперемещений, находящихся внутри этого интервала. Цель изобретения - обеспечение высокой чувствительности в широком диапазоне измерений монотонно изменяющихся микроперемещений. Для достижения поставленной цели электроконтактный датчик микроперемещений снабжен неподвижно закрепленным на корпусе электромагнитом с двумя парами полюсов, формирователем сигнала, усилителем мощности и счетчиком импульсов, подвижный элемент выполнен из магнитного материала в виде стержневого сердечника, установленного между полюсами электромагнита и подпружиненного вдоль хода иэмерительн,ого штока, первый электро контакт заземлен, а второй электроконтакт соединен с входом формирователя сигнала, выход которого соединен с входом счетчика импульсов и через последовательно соединенные усилитель мощности и выключат;ель с обмоткой электромагнита. Кроме того, плоскости полюсов электромагнита, обращенные к стержнеfeoMy сердечнику, скошены под углом 60-120°. На фиг. 1 приведена принципиальная схема электроконтактного датчика микроперемещений; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1. Датчик имеет корпус 1, в котором размещены подвижный измерительный шток 2, подвешенный и подпружиненный на упругих мембранах 3, и электромаг нит 4 с обмоткой 5 возбуждения и дву мя парами полюсов, плоскости которых обращенные к стержневому сердечнику 6, Скошены под углем 60-120°. Этот сердечник выполняет функции якоря электромагнита 4 и является подвижным элементом датчика, подпружиненным посредством пружины 7 вдоль хода измерительного штока 2. Датчик содер жит также два электроконтакта 8 и 9, один из которых- закреплен на конце измерительного штока 2, а другой - н конце стержневого сердечника 6 элект ромагнита 4. Постоянный магнит 10, размещенный в корпусе 1 датчика, слу жит для удерживания сердечника 6 электромагнита 4 у его полюсов в нерабочем состоянии датчика. Датчик со держит также формирователь И импуль сного сигнала, усилитель 12 мощности выключатель 13 и счетчик 14 импульсо который может быть подключен как к выходу формирователя 11, так и к выходу усилителя. алектроконтактный датчик микроперемещений работает следующим .образом При поступлении контролируемого объекта на измерительную позицию к нему подводят измерительный шток 2 датчика, установленного так, чтобы его электроконтакты 8 и 9 были замкнуты, вследствие чего вход формирователя 11 импульсных сигналов замыкается на землю, и на выходе его фор мируется напряжение постоянного тока усиливаемое усилителем 12. Это положение датчика является исходным. Для измерения перемещений контролируемого объекта необходимо вручную или автоматически замкнуть выключатель 13. В результате с выхода формирователя 11 сигнала на обмотку 5 возбуждения электромагнита 4 поступает усиленное напряжение постоянного тока. Возникающий при этом магнитный поток, проходящий через полюса и сердечник 6 электромагнита 4, обеспечивает фиксацию сердечника 6 в положении, при котором электроконтакты 8 и 9 замкнуты. При перемещении контролируемого объекта в направлении X, например при уменьшении его размеров, электроконтакт 8 отходит от зафиксированного электроконтакта 9, вследствие чего вход формирователя 11 сигнала отсоединяется от точки нулевого потенциала, напряжение на его выходе усилителя 12 пропадает, а напряжен 1е на обмотке 5 электромагнита резко уменьшается. При этом усилие притяжения сердечника 6 к полюсам электромагнита 4 уменьшается, и сердечник под действием 7 проскальзывает вдоль скошенных поверхностей полюсов вниз до положения замыкания электроконтактов 9 и 8. В момент замыкания этих контактов вход формирователя 11 вновь замыкается на землю, а на его выходе формируется напряжение постоянного тока, возбуждающее электромагнит 4, который вновь обеспечивает фиксацию сердечника 6 с электроконтактом 9, замкнувшимся с электроконтактом 8 и в их новом положении. Если контролируемая поверхность продолжает перемещаться в направлении X, электромагниты 8 и 9 (ВНОВЬ размыкаются, и вышеуказанный процесс повторяется несколько раз в пределах хода измерительного штока 2. При этом электроконтакт 9 периодически догоняет электроконтакт 8 и неподвижно фиксируется. Каждый перепад напряжения на выходе формирователя 11 регистрируется счетчиком 14 импульсов. Одному импульсу, поступающему в счетчик 14, соответствует дискретное микроперемещение измерительного штока 2, равное расстоянию между электроконтактами 8 и 9, при котором происходит механический и электрический разрыв металлического мостика, возникающего между замкнутыми электроконтактами при их медленном размыкании. Длина такого металлического мостика, т.е. величина единичного дискретного перемещения, а следовательно, и чувствительность датчика, зависят от материала электроконтактов, величины приложенного к ним напряжения и тока, протекающего через них, от величины контактирующего усилителя и т.п. В опытном образце достигнутая чувствительность составляет 0,2+0,1 мк на диапазоне измерения 1 мм. Для обеспечения высокой чувствительности к каждому единичному микроперемещению контролируквдее усилие между электроконтактами 8 и 9 должно быть выполнено минимально возможным, например не более 51C, а жесткость

механической системы датчика - максимально возможной. Контактное усилие между электроконтактами 8 и 9 определяется жесткостью пружины 7 и весом сердечника 6. Измерительное усилие, создаваемое измерительным штоком 2, создается упругими мембранами 3. Для сведения к минимуму мостикрвой эррозии между электроконтактами 8 и 9 и исключения возможности электроискрового разряда между ними необходимо ограничить ток и напряжение из этой пары контактов, т.е. на выходе формирователя 11, на уровне, не превышающем 30 мкА и 1В соответственно. Угол 60120 скоса поверхностей полюсов электромагнита 4, обращенных к сердечнику 6, выбирается из условия обеспечения безлюфтового проскальзывания этого сердечника.

Благодаря тому, что процесс измерения микроперемещений является дискретным, при каждом микроперемещении одного из контактов второй догоняет его, и неподвижно фиксируется общий диапазон измерения микроперемещений, которой может быть выбран достаточно широким и не зависит от дополнительной чувствительности датчика, которая сохраняется практически неизменной и высокой во всем диапазоне измерения.

Формула изобретения

и два электроконтакта, размещенных вдоль хода измерительного штока, первый из которых закреплен на измерительном штоке, а второй - на подвижном элементе, отличающийс я тем, что, с целью обеспечения высокой чувствительности в широком (Циапазоне измерений монотонно изменяющихся микроперемещений, он снабжен неподвижно закрепленным на корпусе электромагнитом с двумя парами полюсов, формирователем сигнала, усилителем мощности и счетчиком импульсов подвижный элемент выполнен из магнитомягкого материала в виде стержневого сердечника, установленного между полюсами электромагнита и подпружиненного вдоль хода измерительного штока, первый электроконтакт заземлен, а второй электроконтакт соедине с входом формирователя сигнала, выход которого соединен с входом счетчика импульсов и через последовательно соединенные усилитель мощности и выключатель - с обмоткой электромаг нита.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № 391383, кл. G 01 В 7/00, 1967 (прототип).