СХЕМЫ РАБОТЫ СТАНКА СОВМЕСТНО С ПРИБОРОМ АКТИВНОГО КОНТРОЛЯ 2 страница
/80 220 г, мкм |
Размер d должен быть таким же, как и в остальной части воздухопровода, а именно 4 мм для всех приборов, кроме приборов высокого давления с диаметром отверстия входного сопла d1 <1,2 мм, где рекомендуется d = 3 мм. При длине канала не более 50—100 мм допускается по конструктивным соображениям уменьшение d до 1,5 d2, но не менее 2 мм. Назначение d более указанных величин (4 и 3 мм) приводит к ухудшению динамических свойств преобразователя вследствие возрастания объема измерительной камеры.
Рис. 38. Расходные характеристики измерительного канала в виде щелевого сопла 0,5X8 мм с плоской заслонкой
![]() |
Диаметр плоской заслонки, устанавливаемой перед рабочим торцом измерительного сопла, должен быть больше наружного диаметра D на 1—1,5 мм. Изготовление и монтаж измерительной оснастки должны обеспечить непараллельность торцов сопла и заслонки не более 0.05Z в пределах D, где Z — наименьший измерительный зазор перед соплом. На рис. 39 внизу представлена конструкции рабочей части щелевого сопла. Требования к диаметру воздухопровода такие же, как для цилиндрических сопл.
Для пневматических измерительных устройств, предназначенных для измерения линейных и угловых размеров, изготовляются два типа входных сопл. В сочетании с нормализованными диаметрами отверстий
12. Размеры рабочей части цилиндрического измерительного сопла, мм (см. рис. 39. а)
|
![]() |
Рис. 40. Входное сопло: а — тип I, для установки в распределителях; б — тип II, для установки в гибких соединительных шлангах |
S\0,l\A | ....... | ||||
---------- iff —30° | t?- - | Ш | 1 V | |
У/Ш, | \ V | |||
У4-^........... ±1 rna | и | И | ||
1. зо-м, |
В)
измерительных сопл (1; 1,5 и 2 мм) ряд диаметров входных сопл обеспечивает достаточно широкий диапазон характеристик пневматических систем, перекрывающих друг друга по пределам измерения. Эти сопла обеспечивают нормальную работу прн давлении воздуха перед соплом не более 2 кгс/см2.
Входные сопла типа I предназначены для установки в распределителях пневматических отсчетных и командных устройств. Конструкция такого сопла показана на рис. 40, а, а обозначения и исполнительные размеры приведены в табл. 13. Прн ввинчивании сопла в распределитель под его головку устанавливается уплотнительная прокладка. В головке сопла предусмотрена левая резьба, предназначенная для извлечения сопла из канала распределителя. В некоторых случаях целесообразна установка входных сопл в гибкие соединительные шланги. Конструкция такого сопла типа 11 показана на рис. 40, б, а исполнительные размеры и обозначения приведены в табл. 14.
Установленные допуски на внутренний диаметр сопл обеспечивают разброс чувствительности преобразователей для диаметров до 0,5 мм — 3%, от 0,6 до 1 мм — 2% и свыше 1 мм — 1,5%. Входные сопла изготовляют из латуни ЛС 59-1 ГОСТ 2060 — 73.
При изготовлении входных сопл должны быть выполнены следующие технические требования: неуказанные предельные отклонения размеров отверстий по А7, валов по В7, остальных размеров по СМ7;
допуски резьб по ГОСТ 16093—70*;
у парных сопл, предназначенных для дифференциальных измерений, отверстие d1 должно быть выполнено но А^,
13. Размеры входных сопл тнпа I, мм
|
14. Размеры входных сопл типа II, мм
|
![]() |
на сопловом отверстии, фаске 0,3X60° и переходной фаске в сопловое отверстие не должно быть выбоин, заусенцев и других дефектов;
на соплах следует маркировать значение номинального диаметра отверстия dj,
Дроссель но-эжек торные преобразователи. К этому классу относятся преобразователи с чувствительным элементом в виде дросселирующего канала, минимальная проходная площадь которого прямо или косвенно зависит от контролируемой линейной величины, а преобразование расхода газа через этот элемент в давление осуществляется с помощью струйного аппарата—эжектора.
Эти преобразователи имеют существенно больший диапазон измерения, более высокую производительность, имеют меньшую погрешность, вызванную колебанием давления питания.
Принципиально дроссельно-эжекторпые преобразователи можно разделить на две группы:
1) преобразователи, дросселирующий измерительный элемент которых, воспринимающий линейные перемещения, является неотъемлемой частью эжектора; такие преобразователи будем называть дрос- селыю-эжекториыми.
2) преобразователи, дросселирующий элемент которых является самостоятельным узлом и лишь с помощью трубопровода связан с эжектором; эти преобразователи будем называть дроссельно-эжекторными с выносным соплом.
На рис. 41, а представлен дроссельно-эжекторный преобразователь, относящийся к первой группе. Сжатый воздух под постоянным давлением питания Н истекает из входного сопла 1 непосредственно в сопло дросселирующего элемента 2. Данная пара сопл и образует струйный а ппарат—эжектор.
В зависимости от зазора Z, т. е. от величины расхода воздуха через дросселирующий элемент, в измерительной камере устанавливается определенное Измерительное давление h, которое используется как носитель измерительной информации линейного размера детали 3 и измеряется манометром 4, лроградуированным в единицах длины.
На рис. 41,6 показана принципиальная схема преобразователя с выносным соплом 3, образующим с поверхностью контролируемой детали дросселирующий канал. В зависимости от величины зазора Z в камере эжектора, образованного соплами 1 и 2, устанавливается определенное измерительное давление Л, измеряемое манометром 4.
Зависимость h= f (Z) (рис. 41, в) является характеристикой преобразователя. Прямолинейный участок характеристики дроссельно- эжекторного преобразователя (кривая 2) значительно больше, чем у дроссельного преобразователя (кривая /) при одинаковой чувствительности. При больших зазорах за счет явления эжекции измерительное давление данного преобразователя может достигать даже отрицательных значений, что отмечено кривой 2.
Дроссельно-эжекторные преобразователи позволяют более гибко решать различные метрологические задачи. На рис. 42 приведены примеры построения типовых измерительных устройств с помощью данных преобразователей. Толщину детали измеряют контактным или бесконтактным способом от неподвижной базы преобразователями с заслонками (рис. 42, а). Схема измерения диаметра D преобразователем с двумя выносными соплами, показанная на рис. 42, б, исключает в определенных пределах из результатов измерения случайные перемещения детали по линии измерения.
Схема косвенного измерения диаметра D прутка, проволоки или площади проходного сечения отверстия показана на рис. 42, в. При автоматизации контроля диаметра проволоки в процессе ее волочения важным является обеспечение относительно большой кольцевой щели между проволокой и внутренней поверхностью сопл с одновременно высокой чувствительностью преобразователя. Это условие наиболее полно удовлетворяется с помощью дроссельно-эжекторных преобразователей с выносным соплом.
Схема измерительного средства для автоматической комплексной сборки или комплексной обработки с использованием дроссельно-эжек-
![]() |
![]() |
Рис. 43. К выбору параметров дроссельно-эжекторных преобразователей: а — характеристика преобразователя при большом плоском торце измерительного сопла; б — конструктивная схема эжекторного сопла |
торного преобразователя с выносными соплами показана на рис. 42, г. При правильно выбранных параметрах измерительное средство обеспечивает получение D2 — Dt = const при одном и том же показании прибора (h = const) независимо от номинальных размеров контролируемых деталей.
Автоматическое исключение из результатов контроля толщины детали (размер Ь) случайных перемещений базовой поверхности осуществляется двумя преобразователями (рис. 42, д), измерительные камеры которых включены в противоположные ветви дифференциального манометра. Аналогичная схема, предназначенная для контроля разности двух размеров Dj и Z)2, показана на рис. 42, е.
1. Расчет дроссельно-эжекторных преобразователей 1-й группы (см. рис. 42, а). Форма торца измерительного сопла (рис. 43) влияет на характер зависимости измерительного давления h от зазора Z. При исполнении измерительного сопла (рис. 43, а, б) с большим плоским торцом D—d2 ^ I мм на рабочем участке характеристики возникают скачки давлений (точка А). Экспериментальные исследования с эжекторными соплами показали, что при ширине плоского торца 0,5 (D—d3) 0,5 мм скачок давления на кривой h= f (Z) не наблюдается. Поэтому ширину плоского торца сопла выполняют не более 0,5 мм.
Проходное сечение измерительного сопла длиной I (рис. 43, б), как дополнительное сопротивление истечению воздушного потока, а главное, как звено выравнивания поля скоростей и давлений потока, может оказать влияние на характер кривой h = f (Z). Оптимальная длина проходного сечения измерительного сопла, при которой обеспечивается максимально прямолинейный участок характеристики, может быть принята / 10d2, где d3 — диаметр отверстия измерительного сопла.
Расстояние /2 (см. рис. 43, б) между входным и измерительным соплом также оказывает существенное влияние на зависимость h = f (Z), так как струя воздуха, истекающая из входного сопла, по мере удаления от него расширяется и в зависимости от величины /2 входит в измерительное сопло с большей или меньшей площадью поперечного сечения. Если расстояние ^достаточно велико, то сечение свободной струи У входа в измерительное сопло может быть больше его проходного сечения. В результате этого входная кромка измерительного сопла оказывает дополнительное Сопротивление струе, поэтому расстояние /а между входным и измерительным соплами определяется из следующего условия: конечное сечение свободной струи, вытекающей из входного сопла, должно быть равно или меньше площади проходного сечения измерительного сопла. Это условие выполняется при
(2-10)
где йг —- диаметр входного сопла.
Длина калиброванной части входного сопла слабо влияет на ха< рактеристику преобразователя, поэтому эта длина принимается частй из технологических соображений 2-J-4 dv Характеристика дроссельно- sjKCKTopnoro преобразователя приближенно описывается следующим выражением:
где ph = h ра — абсолютное измерительное давление; ра — атмосферное давление; е = —; pj и р2 — соответственно плотность soaps
духа, истекающего из входного и измерительного сопл.
Экспериментально найдена эмпирическая формула этой зависимости
где k = — коэффициент пропорциональности; рн = II -j- ра —
абсолютное давление питания, МПа; Рл — ird2Z — проходная площадь дросселирующей кольцевой щели, образованной торцом измерительного сопла с диаметром d2 и плоской заслонкой; Ft = ----------------------------------- про»
ходная площадь входного сопла.
Чувствительность дроссельпо-эжекторного преобразователя
г . V; * , (2.12)
[»(£-)-№) J
где Н — избыточное давление питания.
В табл. 15 приведены экспериментальные характеристики наиболее широко используемых дроссельно-эжекторных преобразователей.
(5. Характеристики дроссельно-эжекторных преобразователей
(эжектор — плоская заслонка, рис. 43, а)
Диаметры сопл эжектора d2X dlt мм | а £ | Н, МПа | А | zcp | S „ к » S о " С •« ? | Диаметры сопл эжектора d2Xdlt мм | Я я | « С S 1; | А | zcp | Я . к | |
мкм | мкм | |||||||||||
1,0X0,6 | 0,05 0,10 0,15 0,20 | 70 70 85 85 | 55 75 95 80 | 4,4 7,6 11,0 14,0 | 1,5Х 1,2 | 0,15 0,20 | 170 170 | 245 255 | 4,5 6,4 | |||
1,5Х 1,4 | 0,05 0,10 0,15 0,20 | 230 180 160 180 | 265 290 320 320 | 0,8 2,2 2,8 3.6 | ||||||||
1,0Х 0,8 | 0,05 0,10 0,15 0,20 | 95 105 112 116 | 87 107 112 | 2,9 5,1 7,0 9,3 | ||||||||
2,ОХ 1,5 | 0,05 0,10 0,15 0,20 | 320 200 160 120 | 280 380 380 380 | 1,2 2.6 4,6 5.2 | ||||||||
1,5Х 1,0 | 0,05 0,10 0,15 0,20 | 160 170 140 110 | 195 230 275 | 1,8 3,7 6,3 8,5 | ||||||||
2,0Х 1,75 | 0,10 0,15 0,20 | 350 320 320 | 410 420 420 | 2,0 3,0 4,0 | ||||||||
1,5Х 1,2 | 0,05 0,10 | 175 170 | 200 235 | 1.4 3.1 |
Примечание. Расстояние между соплами эжектора 12 составляет 1,(№0,7 мм.
Обоаначення: Н — давление питания преобразователя; t — длина проходного сечения измерительного сопла; А — прямолинейный участок характеристики при нелинейности 3%; Zc — измерительный зазор в середине прямолинейного участка} кг — чувствительность преобразователя.
![]() |
Рис. 44. Конструктивная схема дроссельио-эжекторно- го преобразователя с выносным соплом: I — подводящий канал входного сопла 2 с проходной площадью /V. 3 —- измерительное сопло эжектора с проходной площадью F,, 4 — выносное сопло с проходной площадью Рд, торец которого образует кольцевой зазор Z с контролируемой деталью 5 |
носного сопла позволяют получить множество характеристик с различными диапазонами измерения и чувствительностью. Наиболее хорошими характеристиками обладают преобразователи, у которых отношение площадей сопл эжектора
для плоских эжекторов
(2.13) |
Fi |
1,18 + 1,3;
для эжекторов с цилиндрическими соплами
Ix.
1,4+1,5, |
(2.14) |
Fx
где F2, Fi — соответственно площадь выходного и входного сопл эжектора.
Характеристика дроссельно-эжекторного преобразователя с выносным соплом приближенно описывается следующим уравнением:
(2.15) |
Ph = |
у + (4г)[1]
Л. F'{ |
где А ■■ |
Л. Fx |
И-1)
конструктивный параметр эжектора; рн, рн, ра —
соответственно абсолютное измерительное, рабочее, атмосферное давление; F1, F2 — соответственно площадь входного и выходного сопл эжектора; FR — площадь кольцевого зазора, образованного выносным цилиндрическим соплом и заслонкой (Fд = ndsZ) или контролируемым отверстием, кольцевой щелью площадью Fn.
Используя уравнение статической характеристики преобразователя (2.15), можно иайти его чувствительность: по зазору
Ъг = —Щ--Г—, 1 * (2-1С>
по площади
m |
(2.17) |
kF*~ т:
Приведенные формулы (2.15)—(2.17) можно использовать для ориентировочных расчетов всех дроссельно-эжекторных преобразователей с выносным соплом. Можно более точно произвести выбор параметров преобразователей, если использовать экспериментальные данные.
3. Расчет дроссельно-эжекторных преобразователей с выносным измерительным каналом в виде отверстий, кольцевых щелей. Ниже рассмотрена методика расчета преобразователей, используемых при построении измерительных устройств, приведенных на рис. 42, в. Расчет данных преобразователей можно выполнить также с помощью безразмерных характеристик, которые использовались при расчете дроссельных преобразователей.
Для преобразователей, эжекторы которых образованы цилиндрическими соплами, а их конструктивные элементы выполнены согласно приведенным выше рекомендациям [см. (2.10)—(2.14)], экспериментально найдена зависимость между безразмерным рабочим давлением еа и безразмерной средней площадью истечения фср через измерительный выносной канал
фср= 1,6-0,9еа, (2.18)
р
где фср = ^с-; Рд, Ср— площадь истечения измерительного выносного
канала, соответствующая середине линейного участка статической характеристики; Fx — площадь истечения входного сопла эжектора;
8а — -тгт--------- безразмерное рабочее давление.
" ~г Ра
Изменение безразмерной чувствительности в зависимости от величины безразмерного давления питания показано на рис. 45.
Экспериментально также найдена зависимость безразмерного диапазона измерения £>ф от безразмерного давления питания еа (рис. 46). Необходимо иметь в виду, что указанные диапазоны измерения обеспечивают получение характеристики h = f (F^) с нелинейностью не более 3%. Уменьшение безразмерного диапазона измерения ведет к уменьшению нелинейности характеристики.
в* 1.1 1.0 0.9 0,8 0J |
п*р„ |
![]() |
. Ра
Ц* цв Ofie*=,
0,4 Ц5 0.6 Са
Рис. 45. Изменение безразмерной чувствительности дроссельно-эжекторного преобразователя к^ в зависимости от величины безразмерного давления питания еа
Рис. 46. Изменение безразмерного диапазона измерения D^ в зависимости от величины безразмерного давления питания еа (нелинейность характеристики 8%)
Пример расчета дроссельно-эжекторного преобразователя с выносным соплом.
Выбираем параметры дроссельно-эжекторного преобразователя д^1я контроля цилиндрического отверстия 0 1,5+">'мм. Давление питания 0,1 МЦа.
Определяем по формуле (2.18) безразмерную среднюю площадь <рСр для заданного давления питания, предварительно найдя безразмерное давление питания £а:
____ 0,1
• о.1 + оТ^°-5:
<Р, |
1,6 — 0,9-0,5= 1,15.
СР
Используя формулу перехода (2.4), определяем днаметр входного сопла эжектора
я-1.55"
д. ср |
1.15 |
fi |
СР |
1,64 мм2;
л d? |
.] г |
1,64 ммг; откуда dt = 1,45 мм.
Используя рекомендацию (2.14), найдем диаметр выходного сопла эжектора d2
dl ____________
Pi |
.1,4=^|-; d,= ^1,4-1,45' да 1,72.
"f
Принимаем = 1,75 мм.
По графику ыа рис. 43 определяем безразмерную чувствительность преобразователя при еа = 0,5
*„ = 0,66.
Используя формулу перехода (2.8), найдем размерную чувствительность преобразователя к изменению площади контролируемого отверстия
k„ = -Д. *_ = -А* 0,66 = 0.04 «Ц-.
К с4 „ К = .
'д Ф 1.Й
Определяем безразмерный диапазон измерения и предполагаемую нелинейность характеристики на данном диапазоне
я^тах "dmin я-1,6» я-1.6» 4 4 4 4 £,ч> = (Ршах-ч)ют F, = ~ТЬ5 Мб-"""0,16*
Согласно кривой = / (еа) (см. рис. 46) для 8а = 0,5 безразмерный диапазои измерения используется неполно, поэтому нелинейность характеристики на данном диапазоне измерения существенно меньше 3%.
16. Характеристики дроссельно-эжекторных преобразователей
с выносным соплом и плоской заслонкой
(эжектор с цилиндрическими соплами, см. рнс. 44)
Диаметры сопл эжектора d2x dx, мм | Диаметр выносного сопла, мм | 1, мм | Я, МПа | А | ^ср | ft .10S МПа/мкм |
мкм | ||||||
1,25 | 0,10 0,15 0,20 | 108 125 150 | 116 140 158 | 4,4 6,9 8.4 | ||
1,0X0,8 | 1,5 | 0,10 0,15 0,20 | 80 105 120 | 96 110 140 | 6,0 9,0 11,3 | |
2.0 | 0,10 0,15 0,20 | 50 80 70 | 100 100 110 | 9,7 13,7 16,5 | ||
1,5Х 1,25 | 1.5 2,0 | 0,10 0,15 0,20 0,10 0,15 0,20 | 240 240 240 230 260 185 | 280 300 320 300 340 340 | 1,40 2,00 2,65 2,00 4.0 5,15 | |
2,0X1.7 | 2,0 2,4 | 0,10 0,15 0,20 0,10 0,15 0,20 | 280 320 280 300 320 320 | 320 360 380 320 360 400 | 1,1 1,85 2,40 1,85 3,15 4,45 | |
2,0X1,7 | Два сопла 2,0 | 0,10 0,15 | 200 160 | 240 240 | 2,8 5,0 |
Примечания: 1. Расстояние между соплами эжектора 0,5 мм. 2. ОСЪзначения см. в табл. 15. |
17. Характеристики дроссельно-эжекторных преобразователей с выносным соплом и плоской заслонкой (плоские эжектора, см. рис. 47)
|
Примечание. Обозначения см. в табл. 13. |