Файл: Шульц, Е. Ф. Индуктивные приборы контроля размеров в машиностроении.pdf

вительные выпрямительные схемы, необходимо считаться с этим фазовым сдвигом и для получения максимальной чувствительности применять фазосдвигающие цепи.

Один из возможных способов коррекции фазового сдвига, не вызывающий потери полезного сигнала, при­ веден на рис. 4.

Здесь коррекция осуществляется в цепи питания моста путем введения фазовращателя Rl, С1. В некото­ рых случаях нужного результата можно достигнуть путем включения параллельно вторичной обмотке транс­

поэтому чаще выходят из строя, чем электронные блоки. Взаимозаменяемость датчиков представляет возмож­ ность замены вышедшего из строя датчика на исправный непосредственно на станке без проведения операций уравновешивания и коррекции амплитудно-фазовой ха­ рактеристики, которые обычно необходимы при сопряже­ нии датчика с электронным блоком.

Взаимозаменяемость осуществима в том случае, когда эти операции проведены заранее и при этом амплитудно­ фазовые характеристики датчиков идентифицированы. Практически этот вопрос решается путем применения специального согласующего устройства, конструктивно объединенного со штепсельным разъемом, которым дат­ чик подключается к электронному блоку. На рис. 5 пока­ заны согласующие устройства, применяющиеся в прибо­ рах АНИТИМ. Схема согласующего устройства показа­ на на рис. 4. Согласующее устройство содержит дифференциальный трансформатор Тр1 и балансировоч­

10

180°. Цепь электрической точной настройки включается последовательно со вторичной обмоткой трансформатора Тр1. Для правильной работы схемы входное сопротивле­ ние усилителя должно быть в десятки раз больше сопро­ тивления измерительного моста, приведенного ко вторич­ ной обмотке трансформатора Тр1, и сопротивления цепи точной настройки, э. д. с. которых суммируется. В случае применения усилителя на вакуумных лампах это условие легко выполнимо. С применением транзисторов вопрос усложняется. Появляется необходимость в уменьшении приведенного внутреннего сопротивления измерительно­

го моста путем сокращения числа витков вторичной об­ мотки Тр1 и, следовательно, потери крутизны преобразо­ вания датчика. Входные цепи транзисторных усилителей, обеспечивающих высокое входное сопротивление, должны быть более сложными. Существует более простой и вы­ годный способ введения напряжения точной настройки, который показан на рис. 7. В этом случае цепь точной настройки отделена эмиттерным повторителем от цепи измерительного моста и не оказывает на него влияния.

Теоретически введение электрической точной настрой­ ки должно увеличить погрешность, так как искусственно получаемая точка нуля не соответствует фактическому равновесию моста. Однако отклонение от точки равнове­ сия и возможность появления погрешности невелики, а удобства настройки ощутимы.

В приборах для контроля размеров АНИТИМ решена задача суммирования показаний от двух индуктивных датчиков. Суммирование достигается путем последова­ тельного включения вторичных обмоток трансформато­

12

ров Tpl и Tp2 (рис. 8). В этой схеме требование большо­ го соотношения сопротивлений нагрузки и источников более жесткое. Это обусловливает потери крутизны пре­ образования за счет уменьше­ ния числа витков вторичных

обмоток трансформаторов Tpl и Тр2 даже при наличии лампо­ вого входа. В случае транзис­ торных схем эти потери еще значительнее. Другим услови­ ем суммирования является пол­ ная идентичность характерис­ тик датчиков при высокой сте­ пени линейности характеристи­ ки каждого датчика в отдель­ ности. Область линейного пре­ образования датчика составля­ ет небольшую часть от его на­ чального зазора. Поэтому в точных приборах диапазон пе­ ремещения якоря, в котором возможно суммирование, огра­ ничен ±0,05 мм. При линейной характеристике идентификация датчиков достигается примене­

нием тех же регулировочных элементов, ходимы для их взаимозаменяемости.

2.ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Виндуктивных приборах контроля размеров усили­ тели применяются для увеличения напряжения и мощно­ сти сигнала на выходе индуктивного датчика.

Усилители, работающие в тракте стрелочного указа­ теля, должны иметь погрешность коэффициента усиления не более 1%, а также обеспечивать линейность характе­ ристики в пределах полного отклонения стрелки. Усили­ тельные ступени, предназначенные для повышения точ­

ности и уменьшения гистерезиса исполнительных реле, могут работать в режиме насыщения с погрешностью

до 10%.

В многокомандных приборах активного контроля уси­ литель, общий для всех команд, должен иметь линейную

13

характеристику в рабочей области сигнала в пределах регулировки первой команды.

В тех случаях, когда усилитель применяется в при­ борах, предназначенных для абсолютного отсчета, на­ пример, в приборах для сортировки на размерные груп­ пы, стабильность коэффициента усиления должна быть выше требуемой точности измерения. Высокая стабиль­ ность коэффициента усиления достигается за счет глубо­ кой отрицательной обратной связи. Необходимость уси­ ления в узком диапазоне частот, а чаще только на одной

частоте, упрощает данный измерительный усилитель по сравнению с усилителями милливольтметров переменно­ го тока. На рис. 9 представлена схема усилителя прибора сортировки на группы. Для стабилизации коэффициента усиления в схеме применена последовательная отрица­ тельная обратная связь, при которой нестабильные эле­ менты усилителя также входят в контур, где осуществ­ ляется компенсация входного напряжения UBX компенси­ рующим напряжением UK, получаемым от цепи обратной связи.

Коэффициент усиления усилителя с отрицательной связью определяется

р— коэффициент обратной связи.

Вданной схеме каскады усиления выполнены на три­

одах, поэтому р = RJRz.

14

Так как величина р/С 1, то выражение (2) можно за­ писать так

т. е. коэффициент усиления усилителя с глубокой отрица­ тельной обратной связью определяется коэффициентом обратной связи.

Для возможности регулирования резистор обратной связи R1 выполняется переменным, а для увеличения стабильности его изготовляют из манганина.

Известно, что нестабильность коэффициента усиления при введении отрицательной обратной связи уменьшается в 1 + рК раз. В измерительных трехкаскадных усилите­ лях обычно величина коэффициента усиления достигает

50— 100.

При проектировании усилителя надо знать необходи­ мое выходное напряжение усилителя UH, определяемое индикаторным устройством. А так как входное напряже­ ние UBXизвестно (по заданным пределам измерения), то коэффициент усиления усилителя с обратной связью

можно определить как К' — ^н- ■ . Согласно выражению ^вх

(3) получим

р/С = -£ -= 5 0 ^ 1 0 0 ,

Л

откуда

К = (Ь0~ 100)/С' -

Следовательно, коэффициент усиления усилителя без обратной связи должен быть выбран во столько раз боль­ ше необходимого, во сколько раз должна быть уменьше­ на погрешность усилителя. Каскады усилителя без об­ ратной связи рассчитываются общеизвестными методами.

Погрешность усилителя прибора для сортировки на группы не должна превышать ±0,5%. Суммарная по­ грешность усилителя без обратной связи, выполненного на триодах, может достигать ±10% , поэтому значение р/( ^ 20. В приведенной схеме в зависимости от неста­ бильности параметров ламп значение р/( может коле­ баться в пределах 20—35. Таким образом, глубина об­ ратной связи может изменяться от 26 до 31 дБ, но ос­ тается достаточной, чтобы обеспечить погрешность уси­ лителя не более ±0,5%-

15

Особенность усилителя заключается в том, что между выпрямителем индикаторного устройства и выходом усилителя включен катодный повторитель с согласую­ щим трансформатором. Этим обеспечивается высокая стабильность и линейность шкалы индикаторного уст­ ройства.

Чтобы индикатор не перегружался, на выход усили­ теля подключен ограничитель, выполненный на стабили­ троне Д1 и резисторах R2, R3 и R4. Погрешность усили­ теля не превышает ±0,5% при изменении температуры окружающей среды от + 10° С до +60° С.

Рис. 10. Схема усилителя, управляющего электрон­ ным реле

На рис. 10 представлена схема усилителя, управляю­ щего электронным реле постоянного тока в приборах автоматического контроля. Сигнал с индуктивного дат­ чика усиливается предварительным усилителем У и управляет электронным реле, выдающим команду на из­ менение режима (предварительную) или прекращение процесса обработки детали. При этом в зависимости от требуемой точности и диапазона регулирования предва­ рительной команды предварительный усилитель выпол­ няется одноили двухкаскадным.

Подача в цепь коллектора транзистора Т2 переменно­ го опорного напряжения придает этому каскаду фазо­ чувствительные свойства. Причем, если в цепь эмиттера транзистора Т1 не подается переменное напряжение (сопротивление выведено), то фаза напряжения измере­ ния совпадает в фазой опорного напряжения на коллек­ торе транзистора Т2 при переходе моста переменного тока через положение баланса. Обычно приборы актив­ ного контроля настраиваются так, что в момент, когда весь припуск на обработку детали будет снят, т. е. деталь по размеру совпадает с эталонной, надо прекратить обра­ ботку. При совпадении фаз переменных напряжений на

16

базе и коллекторе транзистор Т2 открывается и выходное напряжение включает электронное реле. Если в цепь эмиттера транзистора 77 подано переменное управляю­ щее напряжение, то транзистор Т2 откроется после того, как напряжение измерения на базе транзистора 77 ста­ нет меньше управляющего, т. е. уменьшится до точки баланса моста переменного тока. При этом электронное реле выдаст команду на изменение режима обработки.

Точность команд в значительной степени зависит от точности фазы и балансировки моста переменного тока по активной составляющей. Поэтому усилитель имеет амплитудный выпрямитель на диодах Д1 и Д2, позволя­ ющий использовать указатель припуска приборов для проверки и регулировки фазы и балансировки моста. При балансировке управляющее напряжение, вводимое ре­ зистором R3, должно быть равно нулю, а сама операция заключается в том, что плавным перемещением якоря Датчика и движка резистора R1 добиваются минималь­ ного отклонения (1—2 деления) стрелки указателя от нуля. При установке точной фазы управляющее напря­ жение резистором R3 устанавливается такой величины, которая соответствует сигналу измерения от припуска 10— 15 мкм. В этом случае плавным перемещением якоря датчика и движка резистора R2 (фазовращателя) надо максимально приблизить стрелку указателя к нулю. Практика показала, что таким способом можно устано­ вить фазу с точностью до 10—5°, что в большинстве слу­ чаев бывает достаточно.

з. ЭЛЕКТРОННЫЕ УКАЗАТЕЛИ

Для визуального отсчета контролируемой величины, индуктивные приборы снабжены стрелочными указате­ лями. В приборах автоматического активного контроля указатель является вспомогательным элементом, кото­ рый служит для настройки прибора на размер и для на­ блюдения за ходом обработки. В приборах для послеопе­ рационного контроля и сортировки указатель является основным элементом, от которого в значительной степени зависит точность измерения. В качестве указателей при­ меняются магнитоэлектрические микроамперметры с фазочувствительными выпрямительными схемами (демо­ дуляторами). Фазочувствительные демодуляторы приме­ няются для того, чтобы различить фазу напряжения на

j__БИБЛИОТЕКА COV-V

индуктивном датчике при смещении его якоря в обе сто­ роны от состояния равновесия. Стрелка указателя при этом отзывается на направление смещения якоря дат­ чика. Фазовый сдвиг между напряжением датчика и коммутирующим напряжением, подаваемым на демоду­ лятор, равен 0 или 180°. Однако в некоторых случаях могут быть другие фазовые сдвиги (гл. V , п. 2).

В приборах АНИТИМ получили применение две схе­ мы фазочувствительных демодуляторов. На рис. 11 изо­ бражен широко известный кольцевой балансный демоду­ лятор, в плечи которого включены стабилизирующие ре­

Рис. 11. Схема кольцево­ го балансного демодуля-

__________ тора_________

Рис. 12. Схема двухполу­ периодного фазочувстви­ тельного демодулятора

зисторы R1 — R4. Эта схема применяется в тех случаях, когда ее нагрузкой служит только магнитоэлектрический указатель. Кольцевой балансный демодулятор отличает­ ся высокой стабильностью. На рис. 12 изображена схема двухполупериодного фазочувствительного демодулятора. Достоинство этой схемы заключается в том, что затра­ ты мощности коммутирующего напряжения в ней в 2 ра­ за ниже, чем в первой при одинаковых максимальных напряжениях сигнала. Кроме того, вторая схема содер­ жит всего два диода, хотя и обеспечивает двухполупериодное выпрямление так же, как и первая. Вторая схема применяется в приборах активного контроля в тех слу­ чаях, когда нагрузкой демодулятора служит не только магнитоэлектрический указатель, но и схемы командных реле, которые требуют более высоких напряжений на вы­ ходе демодулятора.

Для нормальной работы демодулятора величина ком­ мутирующего напряжения должна превышать величину напряжения сигнала. В таком же соотношении должны находиться и токи. Величина коммутирующего тока / к

18

должна превышать величину тока нагрузки в 1,2—2 раза. При таком соотношении токов линейность шкалы ука­ зателя достаточна для приборов активного контроля. В приборах, предназначенных для сортировки, нелиней­ ность шкалы указателя является одной из составляющих систематической погрешности прибора. Поэтому величи­ на нелинейности не должна превышать десятых долей процента. Экспериментами, проведенными в АНИТИМ, установлено, что при указанном соотношении токов тре­ буемая нелинейность шкалы не достигается. Это соотно­

шение необходимо устанавливать равным 10 и более.

4. ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕЛЕ

Схема электронного фазочувствительного реле (рис. 13), управляемая усиленным напряжением измери­ тельного моста, благодаря своей простоте нашла широ­ кое применение в автомати­ ческих измерительных сис­ темах.

Анодный ток в лампе Л проходит только в течение одного полупериода при оди­ наковой фазе напряжений на сетке Uc и на аноде На. Чтобы реле Р не вибрирова­ ло, параллельно его обмотке включают конденсатор С, емкость которого 1 мкФ при

токе срабатывания реле 1— 1,5 мА. При этом постоянная составляющая анодного тока приближенно определяет­ ся выражением

мотки;

Ri и р, — параметры лампы.

Это выражение показывает, что момент срабатывания реле при неизменной контролируемой величине будет изменяться при нестабильном анодном напряжении, по­ этому напряжение питания t/a электронного реле, как и измерительного моста, необходимо стабилизировать. Обычно питание все устройство получает от промышлен­

19