Измерение неэлектрических и электрических величин с помощью ИП. Структурная схема чувствительного элемента электронного уровня.

При измерениях прямолинейности преобразователь устанавливается на основание микронивелира с соответствующим расстоянием между опорами. Чувствительным элементом преобразователя (рисунок 4.5) является пузырьковая ампула 1, на которой наклеены полоски фольги 4, образующие дифференциальный конденсатор. Ампула подвешена на торсионной пружине 8 и может изменять свое угловое положение относительно основания в отличие от обычного брускового уровня, где ампула закреплена неподвижно. На концах ампулы приклеены катушки 3, которые с постоянными магнитами 2, закрепленными на корпусе, образуют электромагнитную систему.

Рисунок 4.5 – Чувствительный элемент электронного уровня "Микрад"

Емкости дифференциального конденсатора 4 подключены к катушкам индуктивности 5 и 6, образуя колебательные контуры, питаемые от генератора тока 7 частотой 5 МГц. Амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) контуров идентичны и настроены таким образом, что частота генератора совпадает с одним из скатов АЧХ (сплошная кривая на рис. 4.6). При равенстве емкостей дифференциального конденсатора, т.е. при симметричном расположении пузырька в ампуле, напряжения, снимаемые с катушек 5 и 6 равны (U_f).

При наклоне ампулы на некоторый угол пузырек перемещается вдоль ампулы, что вызывает изменение диэлектрической проницаемости и, следовательно, емкости одного конденсатора сторону увеличения, а другого в сторону уменьшения. При этом АЧХ контуров разойдутся (пунктирные линии нарисунке 4.6) и напряжения, снимаемые с катушек (U_f1,U_f2)перестанут быть равными. Напряжения U_f1,U_f2 поступают в амплитудные детекторы 9 и фильтры низкой частоты 10, 11 (где выделяетсяогибающая электрического сигнала U_f1,U_f2), азатем в операционный усилитель (ОУ) 12. Выходной сигнал ОУ поступает в блок преобразователя, где усиливается усилителем мощности 16 и подается в катушки электромагнитныхсистем преобразователя, что приводит к возврату ампулыв состояние, близкое к исходному.

Основные направления автоматизации приборов для измерения геометрических величин. Кругломеры с управлением от ЭВМ.

Кругломеры предназначены для определения отклонений формы цилиндрической поверхности. Уже первые модели кругломеров относились к полуавтоматическим приборам. Принцип работы их заключается в том, что деталь и измерительный наконечник индуктивного преобразователя находятся в относительном движении по правильной окружности, создаваемом шпинделем образцового вращения. Отклонения профиля детали в радиальном направлении преобразуются в электрический сигнал, который после обработки в аналоговой форме в электронном блоке записывается самописцем в полярной системе координат в виде круглограммы с выбранным увеличением. Числовое значение отклонения от круглости определяется оператором по круглограмме. Дальнейшее развитие этой группы приборов и оснащение их микроЭВМ позволили перейти к цифровой форме обработки измерительного сигнала, что существенно расширило функциональные возможности приборов.

Программно-математическое обеспечение позволяет: проводить базовую среднюю окружность на круглограмме, вычислять отклонение от круглости относительно нее и прилегающей окружности; выполнять центрирование детали относительна оси вращения шпинделя; собирать и хранить массив данных, характеризующих контур детали; исключать из массива данных систематические погрешности биения шпинделя и остаточного эксцентриситета установки детали; выполнять гармонический анализ контура детали с нахождением амплитуд и фаз гармоник; регистрировать сигнал полярным самописцем с исключением некоторых гармоник и без их исключения; вычислять длину опорной линии на заданной высоте профиля (tp), максимальную и среднюю арифметическую крутизну профиля; выполнять аттестацию точности вращения шпинделя; выполнять тест-проверки некоторых характеристик прибора и др.

На рисунке 4.8, а представлена схема кругломера. На столе 4 устанавливается деталь 5 и центрируется посредством винтов 3. Индуктивный преобразователь 6 преобразует колебания щупа на неровностях поверхности в сигнал, модулированный по амплитуде.

Рисунок 4.8 – Структурная схема кругломера

Сигнал после усиления в блоке 8 преобразуется в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем 9 и поступает в память микроЭВМ 13 по командам, которые формируются с помощью импульсов от преобразователя угла 2. Например, если преобразователь выдает 512 импульсов за один оборот (шаг 360°·60/512 = 42'), то 512 значений измерительного сигнала запишутся в массив данных ЭВМ. По программам, введенным в память ЭВМ, обрабатываемая измерительная информация и результаты выводятся на дисплей 11 пульта управления 10 по командам оператора. Команды, а также цифровую информацию оператор вводит с клавиатуры 12. Для графической записи круглограммы на самописец 15 подается сигнал в аналоговом виде, сформированный цифроаналоговым преобразователем 14 в соответствии с программой, заложенной в микроЭВМ. При этом может вноситься коррекция коэффициента увеличения, устраняться систематическая погрешность биения шпинделя 1, производиться цифровая фильтрация измерительного сигнала (т.е. исключение неравномерности заданной частоты вращения). Синхронизация вращения шпинделя и самописца осуществляется блоком управления 16.

Рисунок 4.9 – Круглограмма с числовыми значениями отклонений от окружности

Кругломеры, оснащенные ЭВМ, работают в диалоговом режиме с оператором. Оператор включает прибор, устанавливает деталь на столе прибора, центрирует ее, далее нажимает клавишу «List» на клавиатуре. На экране появляется перечень возможных операций, например, выбор базовой окружности. Сам компьютер выбирает среднюю окружность и метрические единицы измерения. Если оператор согласен с этим, он выбирает вид поверхности измерения: - наружняя поверхность, - внутренняя поверхность, и нажимает соответствующую клавишу. Если шпиндель включен, то сразу начинается измерение, если же нет - то на экране появляется указание: «установите шпиндель на 6 об/мин, нажмите клавишу ПУСК. По окончании измерений на экране появляется круглограмма с числовым значением отклонения от окружности, средняя окружность и координаты ее центра относительно оси вращения шпинделя (рисунок 4.9).