ВИБРОКОНТАКТНОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Предложение относится к измерительной технике в технологии машиностроения и предназначено для использования в качестве первичного преобразователя линейных размеров в электрические сигналы в контрольных и контрольно-управляющих системах при измерении размерных параметров деталей при металлообработке.
Виброконтактные измерительные устройства известны, например, из а.с. СССР №1348633 G01B 7/00, 1987; а.с. СССР №1245865 G01B 7/14, 1986; патента РФ на полезную модель №59236 G01B 7/12, 2006 - прототип.
Устройство по прототипу содержит корпус, в частности, цилиндрический, измерительный шток с наконечником, вибратор в виде электромагнита возбуждения, якорь которого жестко связан с измерительным штоком, блок измерения амплитуды виброколебаний с катушкой индуктивности, постоянным магнитом и якорем-сердечником 4, жестко связанным с измерительным штоком, и упругие подвески. Постоянный магнит находится внутри якоря-сердечника, который расположен в центральном отверстии магнитопровода катушки индуктивности, запрессован в измерительный шток и является его продолжением. Катушка индуктивности блока измерения амплитуды виброколебаний имеет две обмотки с противоположными намотками.
При подаче питающего напряжения на катушку электромагнита возбуждения вибратора возникают виброколебания его якоря и всего измерительного штока, расположенного в упругих подвесках. Возбуждаемые виброколебания сообщают измерительному штоку, а, следовательно, якорю-сердечнику возвратно-поступательные
перемещения. В катушке индуктивности блока измерения амплитуды виброколебаний индуцируется ЭДС.
Однако известное виброконтактное измерительное устройство не обеспечивает необходимую точность измерения размеров деталей, в виду малого уровня выходного сигнала, поскольку расположение якоря-сердечника в центральном отверстии магнитопровода катушки индуктивности и приводящая к увеличению диаметра измерительного штока запрессовка в него постоянного магнита уменьшают рабочее сечение катушки индуктивности и сокращают число витков ее обмоток. Увеличение массы постоянного магнита не приводит к увеличению уровня выходного сигнала без изменения размеров самого устройства.
Кроме того, запрессовка постоянного магнита в измерительный шток является довольно сложной трудоемкой операцией.
Другой недостаток прототипа состоит в наличии двух обмоток с противоположными намотками катушки индуктивности блока измерения амплитуды виброколебаний для увеличения магнитного потока. Однако такое изготовление являясь сложным, приводит к уменьшению числа витков обмоток катушки, что уменьшает уровень выходного сигнала.
Предложение направлено на создание виброконтактного измерительного устройства с высокой точностью и чувствительностью измерения размеров деталей и менее трудоемкого в изготовлении.
Технический результат, который достигается от использования предложения, состоит в увеличении уровня выходного сигнала путем увеличения значений индуцируемой ЭДС за счет увеличения массы постоянного магнита без изменения размеров самого устройства и увеличения числа витков катушки индуктивности, а также упрощения и снижения трудоемкости изготовления устройства.
Для обеспечения этого, согласно п.1 формулы, постоянный магнит блока измерения амплитуды виброколебаний выполнен в виде неподвижного полого тела, например цилиндра, размещенного между
корпусом устройства и катушкой индуктивности, а якорь этого блока выполнен в виде расположенной вне магнитопровода катушки индуктивности пластины, например в форме диска.
Указанное выполнение постоянного магнита и якоря и их расположение вне центрального отверстия магнитопровода катушки индуктивности исключают необходимость увеличения диаметра измерительного штока и центрального отверстия магнитопровода и позволяют увеличить рабочее сечение катушки индуктивности и число витков ее обмотки, позволяет увеличить массу постоянного магнита. Отмеченное способствует увеличению значений ЭДС, а, следовательно, увеличению уровня выходного сигнала.
Исключение запрессовки постоянного магнита в измерительный шток упрощает технологию изготовления патентуемого устройства. На это же направлены отличия п.2 формулы: катушка индуктивности блока измерения амплитуды виброколебаний имеет одну обмотку. Этому способствовало расположение постоянного магнита на периферии блока измерения амплитуды виброколебаний, стационарность и возможность увеличения массы постоянного магнита.
Выполнение катушки индуктивности с одной обмоткой обеспечивает также увеличение значений индуцируемой ЭДС и уровня выходного сигнала за счет увеличения количества витков в обмотке этой катушки.
Существо предложения не изменится, если корпус будет не цилиндрической формы, а с поперечным сечением на основе квадрата, прямоугольника, ромба и т.д., если постоянный магнит будет не полым цилиндром, а с поперечным сечением на основе квадрата, прямоугольника, ромба и т.д., если пластина якоря будет не диск, а соответствующий форме корпуса квадрат, прямоугольник, ромб и т.д.
Патентуемое виброконтактное измерительное устройство поясняется примером выполнения, на фиг. чертежа показан его общий вид.
Виброконтактное измерительное устройство содержит цилиндрический корпус 1, в котором расположены измерительный шток 2 с наконечником 3, вибратор в виде электромагнита возбуждения, включающего катушку 4 и якорь 5 в форме диска, и блок измерения амплитуды виброколебаний, включающий катушку индуктивности 6, постоянный магнит 7 в виде неподвижно установленного полого цилиндра и расположенный вне магнитопровода 8 катушки 6 якорь 9 в форме диска.
Измерительный шток 2 установлен в корпусе при помощи упругих подвесок 10. Якорь 5 вибратора и якорь 9 блока измерения амплитуды виброколебаний жестко прикреплены к измерительному штоку. Постоянный магнит 7 (полый цилиндр) размещен между корпусом 1 и катушкой индуктивности 6, то есть постоянный магнит, располагаясь на периферии корпуса устройства, охватывает катушку индуктивности. Его масса больше, чем в прототипе.
Нами установлено, что изготовление постоянного магнита 7 из спеченного материала состава неодим-железо-бор повышает значение энергетического произведения (ВН)max до 64 МГсЭ, что способствует увеличению индуцируемой ЭДС, увеличению уровня выходного сигнала, повышению чувствительности и точности измерения виброконтактного измерительного устройства.
Якорь 9 блока измерения амплитуды виброколебаний, жестко связанный с измерительным штоком 2, перпендикулярен последнему и расположен со стороны торцевых поверхностей постоянного магнита 7 (полого цилиндра) и катушки индуктивности 6, образуя с ними воздушный зазор.
Катушка индуктивности 6 имеет одну обмотку. Число витков катушки увеличено по сравнению с прототипом за счет уменьшения диаметра центрального отверстия ее магнитопровода и наличия одной обмотки.
Виброконтактное измерительное устройство работает следующим образом. При подаче питающего напряжения на катушку 4 электромагнита
возбуждения вибратора возникают возвратно-поступательные перемещения измерительного штока 2 и жестко с ним связанных якоря 5 вибратора и якоря 9 блока измерения амплитуды виброколебаний. При этих колебаниях изменяется воздушный зазор между якорем 9, катушкой индуктивности 6 и постоянным магнитом 7. В катушке индуктивности 6 блока измерения амплитуды виброколебаний индуцируется ЭДС, пропорциональная изменению скорости магнитного потока, создаваемого цилиндрическим постоянным магнитом 7.
В процессе измерений размеров обрабатываемых деталей наконечник 3 измерительного штока 2 контактирует с измеряемой поверхностью. При этом в зависимости от изменения размеров деталей изменяется амплитуда виброколебаний измерительного штока 2, в том числе якоря 9. Изменение амплитуды виброколебаний якоря 9 приводит к изменению ЭДС, что регистрируется измерительным прибором с последующей выдачей показаний измерений в удобочитаемой форме.
Таким образом, разработано виброконтактное измерительное устройство, в котором повышена точность измерений и чувствительность, увеличен уровень выходного сигнала, устранена технологично трудновыполнимая сборочная единица измерительный шток - постоянный магнит, снижена себестоимость изготовления всего виброконтактного измерительного устройства.