Схемы электроконтактных измерительных устройств.

Условимся называть схемы с электронными элементами, в которых контакты измерителя включаются в цепь управляющей сетки, схемами «сеточного контакта» и под термином «сеточный контакт» понимать контакт в сеточной цепи электронного или ионного прибора, замыкание или размыкание которого приводит к изменению анодного тока.

Схемами «силового контакта» будем называть схемы, в которых контакты измерителя включаются непосредственно в цепь сигнальной лампы, реле или электромагнита и «силовыми контактами» – контакты, работающие в таких цепях. Следует отметить условность последнего термина: «силовыми» контактами в указанном смысле можно было бы назвать и весьма маломощные контакты, работающие, например, в цепи сигнальной неоновой лампы.

Простейшей схемой электроконтактного устройства является схема, изображенная на рис. 72,а. В этой схеме промежуточное устройство отсутствует, и контакты измерителя включаются непосредственно в цепь исполнительного элемента. Нагрузка контактов измерителя здесь определяется мощностью исполнительного органа и напряжением источника питания. Применение такой

Рис. 72. Принципиальные электрические схемы включения электроконтактных устройств

схемы наиболее целесообразно в устройствах для контроля размеров с применением жестких калибров, когда погрешности контактов не сказываются на точности контроля и к контактам предъявляются лишь требования длительной и надежной работы без заметного обгорания и износа. При контроле размеров без применения калибров измерители могут включаться по схеме рис. 72,а лишь в случае маломощного исполнительного органа, например, сигнальной лампы тлеющего разряда.

Стремление разгрузить измерительные контакты заставляет пользоваться схемой 72,б. В этой схеме контакты измерителя замыкают цепь промежуточного реле, а контакты реле включены в цепь исполнительного органа. Разделение цепей измерительных контактов и исполнительного органа дает возможность, подбирать параметры этих цепей таким образом, чтобы получить наивыгоднейший режим работы и контактов измерителя и исполнительного органа.

На схеме 72,в показано использование в качестве промежуточного реле электронной лампы. В этой схеме контакты измерителя включаются в сеточную цепь электронной лампы или тиратрона, а исполнительный орган – в ее анодную цепь. Напряжение отрицательного смещения на сетке лампы, которое, является рабочим напряжением контактов, может бить выбрано порядка 2…20 V, сопротивление сеточной цепи может достигать 0,5…1 М , так что не только дугообразования, но даже и искрения при размыкании и замыкании контактов происходить не может. Другим преимуществом схемы с электронным промежуточным реле является практическая безинерционность такого реле, что позволяет создавать высокопроизводительные контрольные автоматы.

Если исполнительный орган устройства обладает настолько большой мощностью, что мощность анодной цепи электронной лампы оказывается недостаточной, то ее можно заменить тиратроном, пропускающим значительно бòльший ток, либо поставить еще промежуточное реле.

Для уменьшения износа контактов и сохранения их точности желательно уменьшать продолжительность нахождения контактов измерителей под напряжением. Во время установки изделий на измерительные позиции и съема с них контакты измерителей могут неоднократно замыкаться и размыкаться. Если эти процессы могут происходить под напряжением, то эрозия и коррозия контактов будут несравненно больше, чем в случае замыкания и размыкания их при отсутствии напряжения. Поэтому следует подавать напряжение на контакты измерителей лишь на время контроля, когда изделие уже установлено на измерительную позицию и все измерительные органы пришли в состояние покоя.

Такая задача решается установкой прерывателя в цепи контактов. В сигнальных устройствах и приспособлениях целесообразно рукоятке этого приспособления давать дополнительное свободное движение, при котором она замыкала бы контакт прерывателя и размыкала бы его раньше, чем изделие тронется со своего места и контакты измерителей придут в движение. В автоматах прерыватель должен замыкаться с помощью кулачка, находящегося на распределительном валу автомата.

Схемы с силовыми контактами

Простейшая схема с силовыми контактами приведена на рис 73,а. Здесь при контроле бракованного изделия замыкается тот или иной контакт и зажигается лампа соответственно характеру брака. Сигнальные лампы, применяемые в подобных схемах, могут быть как лампами накаливания, так и газоразрядными. Так, например, могут быть применены неоновые лампы типа ПМЗ или ФН2, потребляющие ток 1,0...1,5 mА при напряжении 80...100 V.

В данной схеме при контроле годного изделия обе лампы не горят, что является ее недостатком, так как в случае неисправности схемы или выхода из строя лампы состояние схемы будет таким, как и при контроле годных изделий.

Рис. 73. Схемы с силовыми контактами

В схеме рис. 73,б этот недостаток устранен тем, что при контроле годного изделия обе лампы горят. Лампы окрашены в дополнительные (красный и зеленый) цвета, при смешении которых оператор видит через матовое стекло молочно-белый свет. При выходе размера изделия за допустимые пределы один из контактов размыкается и соответствующая лампа гаснет. Наблюдатель при этом видит свет второй горящей лампы.

При очень большом передаточном отношении измерителей погрешности контроля, вызванные подгоранием контактов, незначительны, что дает возможность применять маломощные лампы накаливания.

На рис. 73,в приведена часто применяющаяся схема с тремя лампами, одна из которых зажигается при контроле годных изделий, другая – при наличии брака по верхнему пределу допуска и третья – в случае брака по нижнему пределу допуска.

Схема представляет собой мост Уитстона, образованный омическими сопротивлениями, в одно из плеч которого через контакты измерителя включены лампы, указывающие наличие брака, а в диагональ включена лампа, зажигающаяся при контроле годных изделий.

Сопротивления, включенные в схему, рассчитываются так, чтобы при замыкании одного из контактов измерителя напряжение на диагонали моста было ниже напряжения зажигания и лампа, включенная в диагональ моста, не горела. При размыкании обоих контактов измерителя (что имеет место при контроле годных изделий) равновесие моста нарушается и лампа в диагонали загорается.

В этой схеме при контроле как годных изделии, так и бракованных горит одна из сигнальных ламп, указывая исправность схемы.

Недостаток схемы рис. 73,в заключается в том, что лампа в диагонали моста при замкнутых контактах измерителя находится под напряжением, близким к напряжению зажигания.

Так как неоновые лампы, выпускаемые заводами имеют отклонения в напряжении зажигания у отдельных экземпляров одного типа, то при замене испорченной лампы необходим индивидуальный подбор ламп или сопротивлений схемы.

Схема, приведенная на рис. 73,г дает возможность снизить напряжение на средней лампе при замкнутых контактах измерителя без снижения ее рабочего напряжения, Схема не требует индивидуального подбора ламп и сопротивлений. При работе на лампах ФН2 сопротивления должны иметь следующие величины: R1= 15000 , R2=100000 , и R3=60000 .

Схемы с сеточным контактом

В схеме сигнального устройства с сеточным контактом (рис. 74,а) сигнальные неоновые лампы включены в анодные цепи сдвоенного триода. Однако применение такой схемы может быть оправдано в редких случаях, например, при частом размыкании контактов головки в процессе контроля (контроль овальности). Ток, потребляемый неоновой лампой, создает столь незначительную нагрузку на контакты измерительной головки, что не вызывает заметного их износа, и поэтому при использовании сигнальных неоновых ламп введение электронной лампы в большинстве случаев излишне усложняет схему.

Схемы с сеточным контактом становятся необходимыми в сортирующих автоматах при использовании измерительных головок с небольшим передаточным отношением.

Одна из возможных схем включения электронных ламп приведена на рис. 74,б. Контакты измерительной головки включены в анодные цепи двух триодов (в отличие от схемы рис. 74,а здесь использованы отдельные лампы).

В отличие от схемы, приведенной на рис. 74,а, здесь при контроле годных изделий обе лампы отперты и оба электромагнита возбуждены, а при наличии брака запирается соответствующая лампа и электромагнит отпускает свой якорь, производя отбраковку детали. Если в схеме рис. 74,а заземляется катод электронной лампы, то в схеме рис. 74,б заземляется (через прерыватель) один из концов обмотки отрицательного смещения. Сетки электронных ламп через сопротивления утечки соединяются с катодом. При замыкании контакта измерителя сетка лампы получает отрицательный потенциал по отношению к катоду в ту часть периода, когда на аноде лампы потенциал положителен. Это вызывает падение анодного тока (запирание лампы) и отпускание якоря браковочного электромагнита.

Чтобы увеличить среднее значение тока, протекающего через обмотки электромагнитов Р1 и Р2, и предотвратить дрожание якорей, обмотки электромагнитов шунтированы конденсаторами.

Часто на сетку одной и той же лампы воздействует несколько измерительных контактов, включенных параллельно. В этих случаях особое внимание следует обратить на уменьшение утечки, появляющейся из-за несовершенства изоляции контактов. Складываясь при параллельном включении контактов, проводимости утечки могут нарушить работу схемы. Во избежание этого необходимо обеспечить хорошую изоляцию между деталями, находящимися под напряжением, и металлическими частями корпуса. Везде, где это возможно, нужно сохранять расстояние между указанными деталями и корпусом по поверхности изолирующей детали не менее 8...10 mm.

Рис. 74. Схемы с сеточным контактом

В тех случаях, когда для управления электромагнитами требуется значительная мощность, могут быть использованы тиратронные схемы. Принципиальная схема включения тиратронов при контроле размеров, применяемая НИЭЛ[1], показана на рис. 74,в. Тиратрон Л1 (в данном случае типа ТГ-212) питается от источника постоянного тока (обычно от кенотронного выпрямителя). Сопротивления R1 и R2 образуют делитель напряжения. На сетку тиратрона подается отрицательное запирающее смещение (около 80 V). При подаче на сетку отрицательного потенциала ток в анодной цепи тиратрона отсутствует и обмотка реле Р1 обесточена.

При контроле бракованного изделия контакт измерительной головки 1Г1 замыкается, напряжение на сетке тиратрона падает до нуля, тиратрон зажигается[2] и реле Р1 срабатывает.

Как известно, тиратрон, питаемый от сети постоянного тока, будучи зажжен, не может потухнуть даже при подаче на era сетку отрицательного потенциала. Чтобы его погасить, необходимо снять напряжение с анода. С этой целью по окончании контроля изделия контакт, управляемый кулачком К1, на короткое время разрывает анодную цепь и тиратрон потухает. Кулачок К2 служит для включения контакта, заземляющего катод тиратрона лишь на время, когда контролируемое изделие находится на измерительной позиции. Сопротивление R3 (около 1,5 M ) служит для ограничения тока в сеточной цепи тиратрона, сопротивление R4 (около 0,5 M ) препятствует искрообразованию между контактами измерительной головки.

Сопоставляя схемы сеточного контакта с электронными и ионными лампами (тиратронами), можно сказать, что тиратроны обладают следующими преимуществами по сравнению с электронными лампами.

а. Анодный ток тиратрона в 10...20 раз превышает анодный ток электронной лампы, что дает возможность использовать более мощные электромагниты, управляющие сортирующими органами.

б. При питании анода тиратрона постоянным током последний, раз зажегшись, не выключается и после исчезновения управляющего потенциала на сетке, «запасая» тем самым измерительный импульс без дополнительных блокирующих устройств.

С другой стороны, тиратрон имеет ряд недостатков по сравнению с электронными лампами, а именно:

а. Тиратрон в настоящее время обладает в 5...10 раз меньшим сроком службы по сравнению с электронной лампой. Правда, разница эта может быть уменьшена путем использования контакта, шунтирующего тиратрон сразу же после его включения.

б. Тиратрон не допускает включения анодного напряжения, прежде чем его катод полностью не нагреется. Несоблюдение этого условия приводит к быстрому разрушению катода. Это свойство тиратрона заставляет либо вводить специальную блокировку с выдержкой времени, либо осуществлять выдержку времени вручную, требуя большей внимательности от обслуживающего персонала.

Этого недостатка лишена схема с применением безнакальных тиратронов (тиратроны с холодным катодом).

В случаях, когда не требуется значительной мощности для приведения в действие электромагнита, использование безнакальных тиратронов значительно упрощает схему.

в. При использовании способности тиратрона запасать импульс необходим источник постоянного напряжения, что приводит к усложнению схемы.

Эти соображения позволяют выбрать тот или иной вид ламп в зависимости от конкретных условий построения контрольного автомата.

Схемы непрерывного контроля размеров электроконтактным методом

Электроконтактный метод контроля размеров наряду с положительными качествами имеет и существенный недостаток, заключающийся в невозможности непрерывного преобразования перемещения измерительного штока в электрическую величину с помощью известных контактных устройств.

Метод вибрирующего контакта позволяет производить непрерывное преобразование механического перемещения в пропорциональную ему электрическую величину. Основанный на этом методе вибрационный измеритель (рис. 75) представляет собой электромагнит 1 с массивным якорем 2, жестко прикрепленным к одному из стержней магнитопровода. На якоре укреплен гибкий наконечник 3. При протекании переменного тока через катушку электромагнита якорь вибрирует. Если к наконечнику якоря поднести контролируемое изделие 4, то отношение периода замкнутого состояния к периоду разомкнутого состояния контакта будет зависеть от положения этого изделия относительно измерителя, а следовательно, и от размера изделия, если последнее опирается на неподвижную относительно измерителя базу.

Рис. 75. Схема непрерывного электроконтактного метода контроля размеров

Наконечник якоря соединяют с сеткой электронной лампы, а контролируемому изделию сообщают отрицательный потенциал. При каждом замыкании контакта электронная лампа запирается. С приближением изделия к наконечнику якоря период замкнутого состояния контакта возрастает и, следовательно, среднее значение ее анодного тока падает, при удалении – период замкнутого состояния контакта уменьшается, а анодный ток возрастает. Таким образом, среднее значение анодного тока электронной лампы может служить мерой расстояния между измерителем и изделием. Гальванометр, включенный в анодную цепь электронной лампы, может быть проградуирован в единицах размера изделия.

Конструкция вибрационного измерителя проста и надежна. Измеритель не имеет ни пружин, ни осей, ни шарниров. Амплитуда колебаний наконечника якоря может быть установлена в пределах от нескольких сотых до нескольких десятых долей миллиметра. Регулировать амплитуду колебаний якоря можно, либо изменяя напряжение, поданное на катушку электромагнита, либо изменяя положение магнитного шунта, создающего путь магнитному потоку помимо якоря. Испытания вибрационного измерителя показали его достаточно стабильную работу при размахе колебаний наконечника якоря от 0,01 до 0,3 mm. Погрешности контроля при размахе колебаний, равном 0,05 mm, не превышают 1 μ, а при размахе 0,3 mm не превосходят 5 μ.