Существенные свойства любого электронного устройства отражает его вольтамперная характеристика, т. е. зависимость силы тока от разности потенциалов на клеммах этого устройства. Чем выше напряжение между анодом и катодом, тем больше сила тока в лампе. Изменять это напряжение можно, перемещая анод или катод в работающем диоде, что и происходит в механотронных преобразователях, используемых для измерительных систем. Наибольшее применение получили механотронные преобразователи, выполненные в виде сдвоенного диода (рис. 44). Механотрон содержит вакуумный корпус-баллон /, аноды 2 и 5, которые закреплены в изоляторе 3, и накаленный катод 4. Перемещение анодов внутри колбы под влиянием измерительного стержня осуществляется через мембраны или гофрированные трубки 6.
В промышленности также находят применение пьезоэлектрические преобразователи, у которых перемещение измерительного стержня приводит к появлению на поверхности кристаллов, находящихся внутри преобразователя, противоположных электростатических зарядов; емкостные преобразователи, преобразующие изменение входной величины в изменение электрической емкости; радиоизотопные и рентгеновские, основанные на использовании свойств радиоактивных и рентгеновских излучений проникать через вещество или отражаться от него и другие преобразователи, основанные на различных принципах преобразования измерительной информации.
Ознакомившись с основными видами преобразователей, обратимся к средствам автоматического контроля, в которых и применяются различные датчики.
В отраслях машиностроения с крупносерийным и массовым производством находят применение контрольно-сортировочные автоматы. Современная конструкция автомата должна обеспечивать высокую производительность, оптимальную точность, надежность, эргономичность и простоту обслуживания. На станине автомата установлены основные узлы: загрузочное, транспортирующее, сортировочное и запоминающее устройства, измерительные станции, пульт управления. Станина автомата обычно выполнена литой или сварной и достаточно жесткой. Внутри станины, как в технологических машинах и станках, располагаются привод автомата, сортировочные отсеки. Электрооборудование частично располагают в станине, частично — в специальном электрическом шкафу. Измерительную станцию контрольного автомата в некоторых случаях монтируют на виброизолирующей прокладке и защищают от пыли специальным кожухом. Кожух, выполненный из прозрачного материала, должен иметь дверцы для доступа к переналаживаемым узлам и элементам настройки. Конструкция автоматов для приемочного контроля и сортировки должна обеспечивать удобный подход к загрузочному бункеру, сортировочным отсекам и пульту управления. Автоматы выполняют невысокими (1,5—1,9 м), нижние сортировочные отсеки расположены на высоте 0,5 м от основания станины. На пульте управления размещены кнопки, тумблеры для управления автоматом, а также светосигнальные лампочки в цветной арматуре для настройки измерительных преобразователей, сигнализации о принадлежности деталей к той или иной сортировочной группе и определения режима работы автомата. Во многих автоматах на самой верхней точке установлена светофорная лампа, которая хорошо видна с любого места помещения, где эксплуатируются автоматы. Лампа горит в полнакала, а при аварийной остановке автомата загорается полным светом. Наиболее значительную помощь контролерам качества в процессе производства деталей машин в цехах механической обработки оказывают средства активного контроля. Системы автоматического активного контроля являются системами с обратной связью. Выходными параметрами у этих систем являются: размер обрабатываемой детали, положение режущей кромки инструмента, положение исполнительных органов станка. Входные параметры систем активного контроля: приводные органы станка — двигатели приводов исполнительных органов, электромагниты, воздействующие на храповые или золотниковые устройства механизмов подачи станков, и другие элементы. Рассмотрим некоторые из применяемых в машиностроении средств активного контроля, сконструированных на базе описанных выше преобразователей — датчиков. На рис. 45 приведена схема трех контактной скобы с электро-контактным датчиком (датчик — см. рис. 37). Скобы такого типа используют в качестве средств активного контроля при наружном шлифовании цилиндрических деталей на шлифовальных станках. Измерительный наконечник, рычаг 2, контакты 3, шток 4 и индикатор 5 являются элементами электро-контактного датчика. В устройствах активного контроля типа скоб датчики являются основной частью измерительной системы. В начале шлифования шток датчика поднят. Угловой рычаг оттягивается пружиной влево, замыкая подвижный контакт с неподвижным левым. Эта пара контактов замыкает цепь, включающую черновую подачу шлифовального станка. По мере снятия припуска шток датчика постепенно опускается. Когда основной припуск снят и нужно переходить на чистовое шлифование, шток своим выступом поворачивает рычаг, который отводит подвижный контакт вправо, размыкая цепь черновой подачи и автоматически включая режим чистового шлифования. Когда деталь получит заданный размер, рычаг контакта коснется правого контакта и станок автоматически выключится. На размеры, соответствующие окончанию чернового и чистового шлифования, датчик настраивают по эталонным деталям.
Для активного контроля в процессе шлифования применяют скобы с индуктивными, пневмоэлектроконтактными и другими датчиками. При этом сохраняется общий принцип: обеспечение технологических режимов черновой и чистовой обработки, контроль и обеспечение конечного размера детали. Средства активного контроля применяют и при обработке металлов давлением. Например, такая важная задача, как обеспечение заданной толщины стальной ленты при прокатке, возлагается на устройство активного контроля с радиоактивным преобразователем. На рис. 46 приведена схема устройства. Источник радиоактивного излучения 7 помещен по одну сторону от контролируемого объекта (готовой стальной ленты) 6. С противоположной стороны расположена ионизационная камера 5. Прошедшее через ленту радиоактивное излучение вызывает в ионизационной камере ток. Вместо ионизационной камеры может быть использован счетчик радиоактивных частиц. От усилителя 4 ток подается на серводвигатель 2, через который происходит управление положением прокатного валика, определяющим толщину ленты при прокатке. Прибор 3 служит для визуального контроля толщины прокатанной ленты.
В некоторых случаях обработки заготовок деталей машин непосредственное измерение в процессе обработки затруднено; например, при сверлении, разворачивании, зенкеровании отверстий обрабатываемая поверхность закрывается режущими инструментами — сверлами, развертками, зенкерами; при чистовом точении деталь вращается с большой скоростью, в результате чего измерительные наконечники средств активного контроля быстро изнашиваются, нагреваются; на токарных станках при обточке деталей образующаяся стружка может сбить настройку прибора и даже повредить сам прибор, поэтому на оборудовании такого типа широкое применение нашли специальные приборы — подналадчики. При использовании подналадчиков измерение деталей производится после их обработки. Если контролируемый размер находится в пределах допусков, прибор не подаст команд и станок продолжает работать, как работал ранее. Если размер очередной детали достигает предельных значений, то прибор подает команду на подналадку, т. е. на такое перемещение режущего инструмента, которое обеспечит смещение размеров последующих деталей к середине поля допуска. На токарных и расточных станках подналадка производится перед обработкой следующей детали, на плоско-и бесцентрово-шлифовальных станках — в процессе обработки последующих-деталей. Принципиальная схема подналадочной системы приведена на рис. 47. После выхода из зоны обработки отшлифованная деталь поступает на измерительную позицию подналадчика 3. По мере износа шлифовального круга размеры деталей увеличиваются.
