Прибор для измерения параметров шероховатости поверхности, страница 3

         Параметром, влияющим на величину магнитного сопротивления, может служить магнитная проницаемость , которая зависит от величины механических напряжений. Преобразователи, в которых входная механическая величина изменяет магнитную проницаемость ферромагнитного материала, получили название магнитоупругих преобразователей. Магнитоупругие преобразователи могут быть трансформаторными.

         Вторую группу составляют генераторные преобразователи, в основу которых положен закон электромагнитной индукции:

                                       -                                            (2)

Выходная ЭДС e этих преобразователей, называемых индукционными, пропорциональна изменению магнитного потока , сцепляющегося с витками w катушки, движущейся в постоянном магнитном поле. Изменение постоянного магнитного потока может быть достигнуто и при неподвижной обмотке путём изменения магнитного сопротивления цепи тем или иным способом.

         Измерительные преобразователи на основе электромагнитного метода нашли широкое применение в датчиках для измерения параметров шероховатости поверхности.[3]

3.2. Приборы для измерения параметров шероховатости поверхности.

Электрические приборы используют метод ощупывания испытуемой поверхности. Метод ощупывания сводится к перемещению алмазной или сапфировой иглы 1 вдоль металлической поверхности 2. Игла 1 укрепляется в подвижной части 3 преобразователя и вводится в соприкосновение с испытуемой поверхностью под небольшим, по возможности постоянным давлением. При перемещении вдоль поверхности (в направлении стрелки б) игла, следуя за неровностями последней, смещается вдоль своей оси (в направлении стрелки а) на высоту шероховатости.

Рис. 1. Принцип измерения шероховатости методом ощупывания.

         Игла прижимается под действием собственного веса подвижной части преобразователя к испытуемой поверхности детали. Подвижная часть с ощупывающей частью совершает возвратно-поступательное перемещение в направлении стрелки а.

Приборы, основанные на методе ощупывания, называются профилометрами или профилографами. Первые позволяют оценить только визуальную высоту шероховатости, вторые дают возможность получить профилограмму поверхности.

Конструкция подвижной части преобразователя с иглой оказывает большое влияние на точность измерения шероховатости. Чем острее игла и чем больше давление на неё, тем выше точность воспроизведения профиля поверхности осевым перемещением иглы. Однако при этом на конце иглы возникает весьма большое удельное давление, вызывающее смятие испытуемой поверхности. Чем больше радиус закругления конца иглы, тем больше погрешность в определении высоты неровностей поверхности, а следовательно, тем больше искажения результатов.

          К электрическим приборам для измерения шероховатости поверхности относятся пьезоэлектрические, индукционные и индуктивные профилометры. [5]

3.3. Профилометры пьезоэлектрического типа.

         Профилометры пьезоэлектрического типа используют преобразователи из длинных пластинок сегнетовой соли, работающих на изгиб, а также из керамики титаната бария.

Рис. 2. Устройство преобразователя пьезоэлектрического профилометра.

       Ощупывающая алмазная игла 1, имеющая радиус закругления не более 1,5 мкм, укреплена на конце подвижного коромысла 2, который может вращаться вокруг оси 3, укрепленной в агатовых подшипниках. Подвижное коромысло находится внутри подвижной трубки 4, свободный конец которой оканчивается башмаком 5, расположенным непосредственно возле иглы, благодаря чему имеет место неизменное давление иглы на поверхность при её перемещении. Это давление не превышает 0.1 Г/мм², что обеспечивает отсутствие царапин при измерении чистоты поверхности деталей, изготовленных из мягких материалов. Подвижное коромысло на другом своём конце несёт “смычёк” 6, связывающий при помощи эластичной ленточки 7 подвижное коромысло со свободным концом пластинок 8 из сегнетовой соли.

       Таким образом, при перемещении иглы 1 в вертикальном направлении свободный конец пластинок 8 также перемещается, и пластинки сегнетовой соли изгибаются, благодаря чему возникает заряд на поверхностях пластин. Обкладки соединены гибким экранированным проводом 9 с измерительной цепью. Трубка 10 подвижной части шарнирно соединена с приводом преобразователя. Таким образом, подвижная часть преобразователя свободно опирается на исследуемую поверхность через башмак 5, имеющий радиус закругления, не более 1,5 мкм.

       Разность потенциалов, возникающая между обкладками сегнетовой соли и корпусом, усиливается усилителем с общим коэффициентом усиления в несколько десятков тысяч. Входное сопротивление измерительной цепи равно 10 МОм. Учитывая, что частота изменения усилия, действующего на пьезоэлектрик, равна примерно 6 Гц, то утечка возникающего заряда будет незначительна. [5]

3.4. Индукционные профилометры.

Индукционные профилометры предназначены для измерения чистоты поверхности с 5-го по 12-ый класс включительно. Преобразователь профилометра изображён на рисунке 3.

Магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом 1, замыкается через корпус 2 преобразователя, лёгкий подвижный стакан 3 и ярмо 4. Магнитный поток в ярме разветвляется на две части: одна часть потока проходит через сердечник 5 катушки 6, а другая его часть – через сердечник 7 катушки 8. все детали, через которые проходит магнитный поток, выполнены из мягкой стали. Стакан 3 укреплен на алюминиевом штоке 9, заканчивающемся алмазной иглой 10. Шток закреплён на двух плоских пружинах 11. При движении иглы 10 по испытуемой поверхности зазор между концом сердечника 5 и подвижным стаканом 3 меняется, благодаря чему изменяется магнитное сопротивление для потока, сцепленного с рабочей катушкой 6. Вследствие этого распределение магнитного потока в ярме 4 между сердечниками 5 и 7 меняется, и в катушках 6 и 8 появляются переменные ЭДС. [5]