Действие размерных датчиков или измерительных головок основа­но на измерении линейного размера детали (диаметра, длины, вы­соты, толщины) контактным и бесконтактным методами. В раз­мерных датчиках определяется расстояние между фиксированной поверхностью или точкой и поверхностью датчика, находящейся в определенном положении по отношению к датчику.

Наибольшее применение нашли электроконтактные, индуктив­ные, емкостные, пневматические, пневмо- и фотоэлектрические дат­чики. Когда требуется определить овальность, эксцентриситет и другие отклонения от заданной формы, применяют амплитудные датчики.

 Контрольное устройство по команде датчика может автомати­чески сортировать детали по группам или изменять ход технологи­ческого процесса.

Электроконтактные размерные датчики. Они являются датчи­ками перемещений, как и путевые, но в отличие от них размерные должны улавливать очень малые перемещения из мерительных штоков и обладать очень высокой чувствительностью. Поэтому в конструкциях размерных датчиков широко используют рычажно-пружинные передачи взамен шарнирных или рычажно-зубчатых передач. В рычажно-пружинных передачах нет зазоров и трения в соединениях деталей, не происходит изменение размеров в та­ких парах вследствие износа и потому не изменяются первоначаль­ные сопряжения поверхностей деталей передачи. Плоские пружины выполняют функции шарниров и осей. Все это приводит к повыше­нию надежности и точности работы в процессе эксплуатации.

Все движущиеся части рычага подвешивают на плоских пружинах, закрепленных иногда крестообразно. Изготовление крестообраз­ных подвесов трудоемко, но они надежны в работе. В большинстве конструкций датчиков предусмотрено посадочное гнездо для при­соединения шкального прибора визуального контроля. Пределы измерений 0—2,5 мм, предельная погрешность до ±0,3 мкм.

Рис. 7.9. Электроконтактные датчики

Двухпредельный электроконтактный датчик рычажного типа показан на рис. 7.9, а. Измерительный шток 2 перемещается в ци­линдрических втулках, запрессованных в корпусе 1. На шток на­девают наконечник 4 для контактирования с измеряемой деталью. Сверху в корпусе имеется отверстие и винт для зажима отсчетной головки, наконечник которой упирается в верхний конец измери­тельного штока 2. Для перемещения штока при настройке датчи­ка по отсчетной головке имеется гайка микроподачи 3. Изме­рительное усилие на штоке в 2,5—3,5 Н создается пружиной 6, на­детой на винт хомутика 7. Второй хомутик 5, также закрепленный на штоке, имеет паз, где располагается запрессованный в корпус 1 штифт 16, служащий для предохранения штока от поворотов. На стенке 8 располагается передаточный и настроечный механизм датчика. К колодке 14 на крестообразном пружинном шарнире подвешен рычаг 13 с плечами 511, несущий подвижные контакты. В рычаге 13 запрессован корундовый штифт 12, на который воз­действует твердосплавный конец хомутика 7. Нижний подвижный контакт подвешен к рычагу 13 на плоской пружине 15. Настроеч­ные контакты запрессованы в концы регулируемых микрометриче­ских винтов 9, несущих барабаны 10 с ценой деления 0,002 мм. Кон­такты датчика имеют независимые выводы к штырям, служащие для присоединения тс розетке 11. Корпус закрыт с двух сторон крышками из органического стекла. При движении штока 2 вниз размыкается верхний контакт. Когда шток 2 опустится на опреде­ленный размер, то замкнется нижний контакт. Предел измерения датчика I мм, свободный ход измерительного штока 4 мм, предель­ная погрешность ± 1 мкм.

Для контроля погрешностей геометрической формы детали при­меняют электроконтактные амплитудные датчики (рис. 7.9, б). В корпусе перемещается шток 2, оснащенный съемным наконеч­ником. Сверху в корпусе имеется отверстие и зажим для крепления отсчетной головки, наконечник которой упирается в верхний конец штока. Пружина 3 создает натяжение штока усилием в 1,2—1.4 Н. 

На штоке 2 закреплена опорная часть кронштейна с насаженной фрикционной планкой 1. При движении штока вниз планка 1 пере­мещается около сектора 5 без скольжения, пока подвижный кон­такт, закрепленный на передаточном рычаге 5, не упрется в кон­такт 4. При дальнейшем опускании штока планка 1 проскальзыва­ет по сектору 5, рычаг 6 остается неподвижным. Когда шток прой­дет одно из экстремальных расстояний относительно измеряемой поверхности, он начнет обратное движение, увлекая за собой ры­чаг 6 с контактами. Если колебания размера (погрешность фор­мы) превысят допустимую величину, то второй контакт рычага 6 коснется второго неподвижного контакта 7, подавая сигнал о браке. Положение контактов регулируется по лимбу настроечного ба­рабана с ценой деления 0,002 мм. Настройка датчики на предельную величину амплитуды колебаний (0—0,2 мм) производится по отсчетной головке либо по эталонной детали. Свободный ход што­ка до 3 мм, предельная погрешность ±0,5 мкм. Планка 1 и сектор 5 выполнены из бронзы. Рычаг 6 подношен не плоских крестообразных пружинах. Такая фрикционная система отличается постоянст­вом передаточного отношения на всем пределе измерения и поэто­му не снижает точности работы датчиков, аналогичных описанно­му, при изменениях размеров детали в пределах до 1 мм.

Электроконтактные датчики включают по схемам «С силовым контактом» или «С сетевым контактом». По первой схеме контак­ты датчика подключают непосредственно к исполнительному звену или реле, по второй—датчик включают в цепь сетки радиолампы, а исполнительный орган или реле в анодную цепь лампы. Такое включение дает возможность подобрать параметры цепей так, что­бы получить наивыгоднейший режим работы как контактов дат­чика, так и контактов исполнительного звена.

 Индуктивные размерные датчики. Они работают по принципу изменения индуктивности при изменении размера или формы изме­ряемой детали. Индуктивный метод измерения аналогичен методу измерения в путевых датчиках. При измерении размера детали шток, соприкасающийся с ней, изменяет свое положение, это при­водит к смещению якоря и изменению индуктивности катушек. Но возможно измерение без непосредственного контакта штока с деталью, которое применяют только для ферро­магнитных деталей. Датчик с катушкой помещают вблизи детали, так что она сама образует участок магнитопровода, влияя тем са­мым на индуктивность всей системы. В последнее время разработа­ны конструкции виброконтактных датчиков, шток которых не вхо­дит в постоянный контакт с заготовкой.

                                                     рис.7.12

Если размер детали 7 превзойдет расчетное значение, то давление в правой части камеры станет больше, чем в левой, и мембрана прогнется, замыкая контакты 4 и 5. Клапан 5 служит для регули­ровки давления при настройке датчика.

Фотоэлектрические размерные датчики. Основаны на использовании световой энергии луча света, который, попадая на цезиевый или сурьмяно-цезиевый экран фотоэлемента 4, выбивает из него  электроны (рис. 7.13,а). В стеклянной колбе с цоколями 1 и 3 по­мещен анод 2 в виде кольца. 

рис.7.13

Электроны, выбиваемые из экрана 4, притягиваются к аноду, в цепи которого возникает ток, усиливающийся в усилителе и направляемый к исполнительному звену.

В настоящее время созданы полупроводниковые фотосопротивления на основе германия, сернистого серебра, сульфида кадмия,  селенида кадмия и других, обладающие большой чувствительно­стью, значительной допустимой мощностью рассеяния при малых габаритах и позволяющие управлять электроцепями мощностью в несколько ватт.

В фотоэлектрическом размерном датчике, показанном на рис. 7.13, б, световой поток от источника света 1 через щель перегородки падает на фотоэлемент 2. Измерительный шток 3, переме­щаясь, полностью или частично перекрывает световую щель. При изменении интенсивности освещенности фотоэлемента изменяется и величина тока в нем, и при достижении тока определенной величины подается команда исполнительному механизму.

Фотоэлементы могут быть включены в электросхему «на свет­лую», когда анодный ток усилительной электронной лампы возра­стает при увеличении светового потока, и «на темную», когда уве­личение анодного тока соответствует уменьшению светового пото­ка. К недостаткам фотоэлектрических устройств относится: необхо­димость в усилителях из-за малой мощности фотоэлементов; умень­шение чувствительности (старение) фотоэлемента при эксплуата­ции вследствие повышения температуры свыше 40° С, неравномер­ности освещенности и др.

Рис   Дифференциальный сильфонный пневмоэлектроконтактный датчик

Принцип действия пневмоэлектроконтактного датчика осно­ван на измерении давления воздуха, выходящего в зазор между калибром и поверхностью контролируемой детали. Измерения производят чаще всего по дифференциальной схеме, которую удобно рассмотреть на примере широко распространенного диф­ференциального сильфонного датчика (рис. 62). Контроль от­верстия и обрабатываемой детали 14 осуществляется с помощью пневматического калибра пробки 15. Сжатый воздух полается от компрессора через фильтр 11 и стабилизатор давления 12 в полости левого 2 и правого 8 сильфонов (замкнутых латунных сосудов с гофрированными стенками). Одновременно воздух поступает к калибру-пробке 15 и дросселю 10. Расход воздуха через дроссель 10 при определенной его настройке будет по­стоянным,  неизменным будет и давление  в левом  сильфоне.

Расход воздуха через сопла 16 пробки и давление в правом сильфоне будут зависеть от фактической величины зазора между контролируемым отверстием и пробкой, т.е. от фактического размера отверстия. Если размер отверстия находится в преде­лах поля допуска, давление воздуха в правом и левом коленах датчика будет примерно одинаковым и датчик не подает управ­ляющих команд. Если диаметр отверстия меньше заданного, зазор между пробкой и отверстием будет маленьким, давление I правом колене датчика возрастает, правый сильфов растя­нется, а левый — сожмется. Рамка 3, подвешенная к корпусу датчика на плоских пружинах 4 и 7, сместится вправо и вызовет замыкание регулируемого контакта 9. Последует сигнал «Раз­мер занижен». Если же отверстие получилось больше ладанного, давление в правом колене датчика станет меньше, чем в левом и после­дует замыкание контакта 1 — «Размер завышен». Датчик реа­гирует на изменение разности давлений воздуха, потому его и называют дифференциальным. Применение дифференциаль­ной схемы повышает чувствительность датчика и снижает тре­бования к точности стабилизации давления подводимого воздуха (давление контролируется ма­нометром 13). Поэтому упро­щается конструкция стабили­затора. Датчик оснащен пока­зывающим прибором. Рамка 3 своим вырезом поворачивает за рычажок зубчатый сектор 6, сцепленный с прибом 5. Триб поворачивается вместе со стрелкой показывающего при­бора.

3). Силовые датчики

Силовые датчики различных конструкций подают команду в тот мо­мент, когда нагрузка в электросистеме, пневмосистеме, гндросистеме или в узле станка достигнет определенной, заранее заданной величины. На рис. 7.14 показан силовой датчик-реле переменного тока с электромагнитной системой. Катушка 3 с сердечником после­довательно включена с обмоткой исполнительного звена на токи 5—600 А и с регулировкой тока срабатывания реле в пределах 110—350% от номинального. При значении силы тока в заданных пределах якорь 2 реле пружиной 1 отводится от сердечника и замыкает контакты, включенные последовательно с исполнительным механизмом. При перегрузке системы выше определенной величины сила тока возрастает, сердечник притягивает якорь, преодолевая действие пружины, и размыкает контакты, обесточивая исполнительное звено.

Для достижения высокой чувствительности при работе на малых давлениях применяют пневматические датчики с сильфонами, Сильфон — это гофрированная металлическая трубка, способная упруго изменять свои размеры и форму вследствие разности наруж­ного и внутреннего давления. В применяемых конструкциях существует прямая зависимость между разностью давлений и длиной сильфона, Это свойство позволяет получать очень чувствительный силовой датчик. Наибольший ход силь­фона 5—10 мм, диаметр 20— 120 мм.

Рис. 7.15. Схема пневматического сильфонного датчика (а) и 

гидропневматического копировального устройства с сильфонами (б)

     

Рис. 7.16 Схема датчика типа РКС

СОДЕРЖАНИЕ