ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МАЛЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ КОНТРОЛИРУЕМОГО ОБЪЕКТА

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для измерения и контроля малых (до 0,5 мм) перемещений контролируемого объекта в системах автоматического регулирования приводов различного оборудования.
Известно устройство для систем гидропневмоавтоматики, содержащее корпус (основание) с неподвижным соплом, заслонку и упругие элементы, выполненные в виде двух металлических лент с жесткой заделкой концов в основании и на заслонке через промежуточные стержни. Устройство преобразует внешнее силовое воздействие (перемещение) контролируемого объекта в выходной сигнал в виде изменения давления рабочей среды на входе в сопло [1].
Недостатком устройства является отсутствие регулирования параметров, что ограничивает его точность и технические возможности.
Известен также гидравлический датчик с сопловым элементом, содержащим корпус с соплом и постоянным дросселем, включенными последовательно. Сопловый элемент размещен радиально по отношению к диску с прорезями, который служит заслонкой и образует с соплом переменный дроссель. Дискретным выходным сигналом датчика является изменение давления рабочей среды в междроссельной камере соплового элемента [2].
Недостатками датчика являются дискретный сигнал, необходимость его преобразования из одного вида энергии в другой, сложность конструкции, низкая точность и ограниченные технические возможности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является пневматический датчик нагрузки, в состав которого входит преобразователь, содержащий корпус, постоянный и переменный дроссели, соединенные последовательно, вход постоянного дросселя подключен к линии подвода рабочей среды, а выход переменного дросселя соединен с линией отвода, между упомянутыми дросселями подключена линия выходного сигнала преобразователя, переменный дроссель выполнен в виде элемента сопло-заслонка, плоская заслонка подпружинена и имеет толкатель, соосный с соплом и находящийся в постоянном контакте с поверхностью рычага, реверсивный механизм перемещения корпуса преобразователя, выполненный в виде неподвижной гайки и винта, связанного с упомянутым корпусом, на винте установлена контргайка [3].
Недостатком рассматриваемого преобразователя является сложность конструкции, низкая точность и ограниченные технические возможности. Толкатель перемещается под действием силы направленной под углом к направлению его движения, что может вызвать заклинивание толкателя в направляющей.
Технической задачей полезной модели является повышение точности измерения малых перемещений контролируемого объекта и расширение технических возможностей преобразователя.
Решение поставленной задачи достигается тем, что ось чувствительности измерительного преобразователя расположена по направлению перемещения контролируемого объекта и параллельна оси гайки, корпус имеет проушину, через отверстие которой проходит гладкий конец винта реверсивного механизма, сопло выполнено с возможностью регулирования его положения в цилиндрической расточке корпуса, толкатель размещен в направляющей втулке, выполненной из упругого антифрикционного материала, гайка реверсивного механизма закреплена на базовой поверхности, относительно которой измеряются малые перемещения контролируемого объекта, на гладком конце винта закреплены упоры, расположенные с обеих сторон проушины корпуса измерительного преобразователя.
Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает, что имеет место наличие новых деталей и функциональных связей между ними.
Новыми деталями являются: корпус с проушиной; винт с гладким концом; подвижное сопло; направляющая втулка из упругого антифрикционного материала; упоры на винте.
Новые функциональные связи: корпус через проушину связан с винтом, что обеспечивает высокую точность установки оси чувствительности измерительного преобразователя по направлению перемещения контролируемого объекта; винт реверсивного механизма обеспечивает установочные перемещения корпуса вдоль оси чувствительности преобразователя и постоянный контакт подпружиненного толкателя с поверхностью контролируемого объекта с заданным усилием, что обеспечивает высокую точность измерения; подвижное сопло позволяет настраивать максимальный зазор между его торцом и заслонкой в исходном положении, что определяет диапазон измерения малых перемещений и расширяет технические возможности преобразователя; направляющая втулка из упругого антифрикционного материала компенсирует возможные перекосы толкателя в процессе работы преобразователя, обеспечивает минимальную силу трения на поверхности контакта с толкателем и служит уплотнением полости в корпусе, соединенной с линией отвода рабочей среды, что повышает чувствительность и точность измерительного преобразователя; упоры на винте обеспечивают возможность реверсирования перемещения корпуса с проушиной при настройке преобразователя, что расширяет его технические возможности.
Новые детали и функциональные связи обеспечивают повышение точности измерения малых перемещений контролируемого объекта и расширение технических возможностей преобразователя.
Конструктивная схема измерительного преобразователя малых перемещений контролируемого объекта показана на фиг. 1.
Измерительный преобразователь малых перемещений контролируемого объекта содержит корпус 1 с постоянным 2 и переменным дросселями, соединенными последовательно. Вход постоянного дросселя подключен к линии 3 подвода рабочей среды, а выход переменного дросселя соединен с линией 4 отвода. Между упомянутыми дросселями подключена линия 5 выходного сигнала преобразователя. Переменный дроссель выполнен в виде элемента сопло-заслонка. Плоская заслонка 6 подпружинена и имеет толкатель 7, соосный с соплом 8 и находящийся в постоянном контакте с поверхностью контролируемого объекта. Реверсивный механизм перемещения корпуса преобразователя выполнен в виде неподвижной гайки 9 и винта 10, связанного с упомянутым корпусом. На винте установлена контргайка 11.
Ось чувствительности измерительного преобразователя расположена по направлению перемещения контролируемого объекта. Корпус имеет проушину 12, через отверстие которой проходит гладкий конец винта реверсивного механизма. Сопло выполнено с возможностью регулирования его положения в цилиндрической расточке корпуса. Толкатель размещен в направляющей втулке13, выполненной из упругого антифрикционного материала, например, полиуретана. Гайка реверсивного механизма закреплена на базовой поверхности 14, относительно которой измеряются малые перемещения контролируемого объекта. На гладком конце винта закреплены упоры 15 и 16, расположенные с обеих сторон проушины корпуса измерительного преобразователя.
Измерительный преобразователь малых перемещений контролируемого объекта  работает следующим образом.
Гайка 9 должна быть предварительно закреплена на базовой поверхности 14 таким образом, чтобы ее ось располагалась по направлению перемещения контролируемого объекта, параллельно оси  чувствительности преобразователя.
Настройка измерительного преобразователя предусматривает установку сопла 8 в корпусе 1 в положение, при котором зазор между торцом сопла и заслонкой 6 будет максимальным для выбранного диапазона измерений. С помощью реверсивного механизма корпус преобразователя перемещают до обеспечения надежного контакта подпружиненного толкателя 7 с поверхностью контролируемого объекта и регистрируют при этом давление рабочей среды в линии 5 выходного сигнала. Это давление принимают за начальное. Контргайкой 11 фиксируют положение винта 10 в гайке и. одновременно, корпуса по отношению к поверхности контролируемого объекта.
При отсутствии перемещения контролируемого объекта вдоль оси  чувствительности преобразователя, рабочая среда из линии 3 подвода поступает через постоянный дроссель 2 к соплу 8 и, пройдя сопротивление в виде зазора между торцом сопла и заслонкой 6, поступает в линию 4 отвода. В линии 5 выходного сигнала поддерживается начальное давление.
При перемещении контролируемого объекта вдоль оси  чувствительности, например, навстречу преобразователю, толкатель с заслонкой, преодолевая усилие пружины, приближается к соплу. Сопротивление течению рабочей среды из сопла увеличивается, что вызывает увеличение давления в линии выходного сигнала на величину пропорциональную перемещению контролируемого объекта.
При перемещении контролируемого объекта от преобразователя, подпружиненный толкатель вместе с заслонкой удаляется от сопла. Сопротивление течению рабочей среды из сопла уменьшается, что вызывает соответствующее уменьшение давления в линии выходного сигнала.
Выходной сигнал может быть зарегистрирован по показаниям контрольного прибора, например, манометра или использован для приведения в действие автоматического регулятора системы управления различным оборудованием.
Повышение точности измерения малых перемещений контролируемого объекта и расширение технических возможностей преобразователя достигается за счет обеспечения точных предварительных настроек его параметров и возможности выбора диапазона изменения этих параметров, а также повышения чувствительности элемента сопло-заслонка.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Авторское свидетельство СССР №840538, кл. F 15 C 3/14, приоритет от 20.10.1979.
2. Патент РФ №2538071, МПК G 01P 3/32, приоритет от 07.06.2013.
3. Авторское свидетельство СССР №1076576, кл. E 01C 27/00, приоритет от 30.07.1982 (прототип).