недостатки механических приборов

Радиоактивные излучения

Велико желание избавиться от такого недостатка механических приборов, как контакт измерительного стержня с проверяемой деталью: ведь износ стержня и его перекосы в результате зазоров — источник ошибок измерения. Не плохо было бы устранить и чувствительность некоторых электрических приборов к изменениям внешних условий. На быстродействие это не должно влиять. Приборы, основанные на свойствах радиоактивных излучений, удовлетворяют всем этим требованиям и работают во многих отраслях промышленности.

Устройство их несложно: источник радиоактивного излучения (например, изотоп стронций-90) и ионизационная камера, расположенные по разным сторонам измеряемого предмета, а также усилительная электросхема. Интенсивностью излучения на пути от источника к ионизационной камере «командует» сам предмет, вернее его толщина: чем он толще, тем слабее излучение, и наоборот. В зависимости от этого в цепи ионизационной камеры появляется различной силы электрический ток, который и является мерой толщины предмета. Необходимое количество радиоактивных изотопов в приборах невелико и при определенной защите совершенно безопасно для окружающих. Простота устройства помогает использовать эти приборы для автоматизации контроля многих производственных процессов.

Но у них есть два недостатка, которые пока не позволяют во всю силу развернуться в машиностроении — небольшие пределы измерения и сравнительно невысокая точность. Первый вызван тем, что при прохождении через измеряемый предмет часть лучей поглощается и выходной сигнал быстро ослабевает (поэтому толщина стальной детали не должна превышать 10 мм). Причина второго недостатка — нестабильность источника излучения (постепенный распад радиоактивного вещества), а также неодинаковость числа распадов в единицу времени. Чтобы устранить эти недостатки, нужно значительно увеличить мощность источника. Но здесь появляются другие проблемы, связанные уже с защитой обслуживающего персонала. Чтобы, например, в сто раз ослабить интенсивность излучения, необходим свинцовый экран толщиной 90 мм, но это, в свою очередь, сильно утяжелит аппаратуру.

Свободные струи

До недавнего времени пневматические контрольные устройства были немыслимы без подвижных механических частей. Считалось, что для преобразования, например, входной величины (давления) в выходную (перемещение стрелки или исполнительного органа) необходим чувствительный элемент (мембрана, сильфон и т. п.). Пока устройства были «просты, т. е. состояли из небольшого числа отдельных элементов, они вполне удовлетворяли требованиям точности и надежности. Но вот стали появляться устройства, состоящие из сотен и тысяч «ячеек». Подвижные механические части со своим недостатком — недолговечностью, мешали развитию контрольных приборов.

Так возникла новая отрасль автоматики — пневмоника или струйная техника. Оказалось, что пневматические устройства контроля и управления могут работать без чувствительных элементов не хуже, а даже намного лучше прежних. Некоторые датчики давления, действующие на свободных струях, могут улавливать разность давлений до миллионных долей атмосферы. Не менее, чем чувствительность, возросло и быстродействие новой техники: скорость доходит до нескольких тысяч периодов в секунду.

Представим себе принцип действия такого измерительного прибора. Через одно из сопел — сопло питания — вытекает струя воздуха под постоянным давлением. Вблизи сопла питания под углом к нему расположено другое сопло — управляющее,  из  которого  вытекает  воздух под давлением, зависящим от измеряемого размера. Напротив сопла питания параллельно ему стоит приемное сопло. Чем больше размер детали, тем больше величина давления в управляющем сопле и тем больше отклоняется струя питания. И наоборот, небольшой размер детали создает в управляющем сопле меньшее давление, и струя питания отклоняется не так сильно, а от нее зависят давление в приемном сопле и в конечном итоге величина поворота стрелки относительно шкалы.

Наибольший эффект пневмоника обещает дать в сложных контрольных и управляющих системах. Например, струйные элементы могут длительное время (отсутствие подвижных частей делает срок их службы почти неограниченным) надежно измерять детали, запоминать результаты измерений и выполнять разбраковку в многопозиционных контрольных автоматах. Не менее точно и надежно они смогут работать и в устройствах управляющего контроля. Любопытно, что эти «всемогущие» создания имеют более чем скромные размеры: десяток элементов без труда помещается в обычной спичечной коробке.

Вот как действует такой элемент в контрольном автомате или устройстве управляющего контроля. На вход поступает давление, которое, как мы уже знаем, зависит от измеряемого размера. Если размер в допуске, то струя воздуха из сопла питания проходит в нижний канал, если же граница допуска (или настройки) нарушена — воздух идет через верхний канал. Когда после измерения деталь снимают, струя воздуха продолжает свой путь через тот же канал, что и при измерении, — в этот момент элемент запоминает результаты измерения. После этого в зависимости от результатов исполнительное устройство направит детали в нужный бункер контрольного автомата или изменит режим работы станка, если оно — часть устройства активного контроля.