Механотронные датчики.

В этих датчик в качестве первичного преобразователя линейных перемещений в электрический сигнал используют так называемые механотроны. Механотрон – это вакуумная электронная лампа, в которой измеряемая линейная величина вызывает перемещение электродов, что ведет к значительным изменениям анодного тока лампы.

Рис. 3.8. Блок-схема прибора с механотронным преобразователем

Механотроны обладают высокой чувствительностью, позво­ляют без усилителя получать мощный измерительный сигнал, имеют достаточно линейную характеристику.

В общем виде прибор с механотронным преоб­разователем состоит из первичного преобразователя 1, измерительной схемы 2, которая преобразует сигнал механотрона в удобный для дальнейших измерений параметр, указательного устройства 4, командного устройства 3 и блока питания 6, который поддерживает напряжение питания на заданном уровне.

3.6. Электронные датчики

В электронных датчиках типа механотронов используется зависимость электричес­ких характеристик электронных и ионных ламп от изменения геометрического расположения электродов (катода, анода, сетки) внутри лампы.

Электронный датчик размера представляет собой электровакуумный прибор, в котором управление электронными токами осуществляется механически, путем перемещения элек­тродов. Он преобразует линейное перемещение (изменение размера) непосредственно в изменение анодного тока и одновременно усиливает этот ток. Электронные датчики размеров могут работать без усилителя.

Электронные датчики с механическим управлением электрон­ными и ионными токами впервые были предложены и освоены в СССР. Известны три вида механического управления элек­тронными ионными токами электронно-механических и ионно-механических преобразователей: продольное, зондовое и дифференциальное.

Продольное управление электронным током осно­вано на перемещении анода в направлении электрического поля лампы. Это перемещение сопровождается изменением на­пряженности электрического поля внутри прибора, прямо про­порциональным величине смещения подвижного электрода. Принципиальная схема электронного датчика размера с продольным управлением электронным током показана на рис. 3.9 а.

В датчиках зондового управления (рис. 3.9в) тонкий накаленный катод 3 перемещается относительно плоских электродов 1 и 2.

Чувствительность датчика повышается при использовании холодного катода цилиндрической или конической формы.

Для рассортировки деталей на группы могут быть применены электронно-лучевые распределители с одним подвижным электродом, который отклоняет поток электронов, падающих на одну из ламелей.

Рис. 3.9. Схемы электронных датчиков: а–с продольным управлением; б–сдвоенный диодный датчик; в–датчик с зондовым управлением; г–высокочастотный электромагнитный датчик; д–электроннолучевой распределитель с подвижным электродом; е–датчик с дифференциальным управлением.

Напряжение с этой ламели подается на соответствующую лампу (см. рис. 3.9д). Иногда для непосредственного включения исполнительного механизма подвижный электрод лампы перемещается от электромагнита, питаемого датчиком.

Дифференциальное управление электронными токами основано на том, что управляющий анод 1 скользит в ще­лях холодного катода 2 (рис. 3.9е), который экранизирует его действие на накаленный катод 3. При полном вхождении анода ток равен нулю. При перемещении анода 1 относительно холодного катода экранизирующее действие последнего постепенно ослаб­ляется и появляется быстро нарастающий анодный ток.

3.7. Фотоэлектрические датчики.

Фотоэлектрические датчики размера с промежуточным преобразованием осуществляют непосредственное преобразование изменения размера изделия в изменение лучистой энергиисветового потока с помощью оптической системы; затем лучистая анергия света преобразовывается фотоэлементами в электрический сигнал.

Оптические системы фотоэлектрических датчиков размера основаны на свойстве изделия отражать световой поток или диафрагмировать его. Оптические схемы с отражением светового потока строятся на отражении светового луча непосредственно контролируемым изделием или специальным отражательным зеркалом.

Оптические датчики позволяют преобразовать в электрические сигналы информацию, доставляемую видимым светом или излучением соседних длин волн - инфракрасным и ультрафиолетовым.

3.8. Емкостные датчики

Принцип действия емкостной измерительной системы основан на том, что с измерением размера контролируемой детали изме­няется емкость конденсатора датчика. Измеряя тем или иным путем эту емкость, можно судить о размере изделия.

Емкостный метод контроля может быть как контактным, так и бесконтактным. При бесконтактном методе одной из пластин конденсатора служит само контролируемое изделие; при кон­тактном методе емкостный датчик представляет собой плоский или цилиндрический конденсатор, одна из пластин которого свя­зана с измерительным стержнем. Бесконтактный метод находит ограниченное применение.

3.9. Электроиндуктивные датчики

Принцип действия индуктивных датчиков состоит в преоб­разовании линейного перемещения в изменение и катушки датчика. Индуктивный метод измерения линейных размеров основан на использовании контактных индуктивных датчиков, которые выполняются простыми или дифференциальными.

Простые индуктивные, датчики имеют одну катушку с индук­тивностью L (рис. 3.10а). При увеличении размера контролируе­мой детали 1 измеритель­ный шток 2 датчика, преодолевая усилие пружины 5, оказывает давление на якорь 3, который подвешен на плоской пружине 4 и может поворачиваться. Поворот якоря вызывает изменение воздушного зазора между магнитопроводом 6 катушки и якорем, что приводит к изменению индуктивности катушки.

В дифференциальном индуктивном датчике имеются две катушки с индуктивностями L1 и L<2 (рис. 3.10б). Если при перемещении якоря дифференциального датчика зазор δ между якорем и катушкой увеличивается, то зазор между якорем и второй катушкой уменьшается.

Рис. 3.10. Схемы электроиндуктивных измерений. а – простая, б – дифференциальная

В связи с этим изменяются индуктивности обеих катушек, что приводит к повышению чувствительности измерительной схемы в 2 раза.

3.10. Радиационные измерительные системы

Для контроля и измерения линейных размеров изделий при­меняются радиоактивные изотопы как источники излучения; при этом используются их свойства проникновения излучения сквозь вещество изделия и рассеяние излучения веществом изделия. В последнем случае пучок излучения определенной геометрии направляется на измеряемое изделие. В результате ряда сложных процессов взаимодействия излучения с веществом часть излучения поглощается в веществе, а часть рассеивается. Это взаимодействие, интенсивность излучения, а также проникающая и отражательная способность зависят от природы и плотности вещества изделия и от вида и энергии излучения. С помощью специальной регистрирующей аппаратуры можно измерять интенсивность того потока излучения, который прошел через изделие или рассеялся от него. При этом наблюдается определенная зависимость интенсивности прошедшего или рассеянного потока излучения от размеров изделия. Таким образом, можно измерять ширину и высоту изделия, толщину его стенок, диаметр цилиндрических изделий, толщину материала, толщину покрытий и т. п. В датчиках радиоактивного контроля технических процессов используются альфа-излучение, бета-излучение и гамма-излучение.

Альфа-излучение (а) – поток положительно заряженных ядер гелия. Альфа-излучение обладает небольшой проникающей способностью, но, проходя через газовую среду, вызывает самую интенсивную ионизацию газа, что приводит к повышению проводимости газовой среды и используется для изучения параметров газовых сред.

Бета-излучение (р) – поток электронов (позитронов). Бета-излучение обладает сравнительно большой проникающей способностью и используется, например, для контроля толщины и плотности листовых материалов.

Гамма-излучение (т) – электромагнитное излучение волно­вой (квантовой) природы. Оно обладает большой проникаю­щей способностью и сравнительно малой ионизирующей способностью.

В качестве детекторов излучения обычно применяются счет­чики Гейгера–Мюллера или ионизационные камеры.