測(cè)試技術(shù)第7章 位移測(cè)量cg

第七章位移測(cè)量位移是物體上某一點(diǎn)在一定方向上的位置變動(dòng)，因此位移是矢量。測(cè)量方向與位移方向重合才能真實(shí)地測(cè)量出位移量的大小。若測(cè)量方向與位移方向不重合，則測(cè)量結(jié)果僅是該位移量在測(cè)量方向上的分量。位移測(cè)量從被測(cè)量來的角度可分為線位移測(cè)量和角位移測(cè)量；從測(cè)量參數(shù)特性的角度可分為靜態(tài)位移測(cè)量和動(dòng)態(tài)位移測(cè)量。許多動(dòng)態(tài)參數(shù)，如力、扭矩、速度、加速度等都是以位移測(cè)量為基礎(chǔ)的。機(jī)械工程中經(jīng)常要求測(cè)量位移。測(cè)量時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的測(cè)量對(duì)象選擇測(cè)量點(diǎn)、測(cè)量方向和測(cè)量系統(tǒng)，其中傳感器對(duì)測(cè)量精度影響很大，必須特別重視。型式滑線式變阻器線位移角位移線位移角位移測(cè)量范圍1～300mm*0～360°1～1000mm*0～60r精確度±0.1%±0.1%±0.5%±0.5%直線性±0.1%±0.1%±0.5%±0.5%特點(diǎn)分辨力較好，可靜態(tài)或動(dòng)態(tài)測(cè)量。機(jī)械結(jié)構(gòu)不牢固結(jié)構(gòu)牢固，壽命長(zhǎng)，但分辨力差，電噪聲大電阻式位移傳感器電阻應(yīng)變式位移傳感器的性能及特點(diǎn)型式非粘貼的粘貼的半導(dǎo)體的測(cè)量范圍±0.15%應(yīng)變±0.3%應(yīng)變±0.25%應(yīng)變精確度±0.1%±2%～3%±2%～3%直線性±1%±1%滿刻度±20%特點(diǎn)不牢固牢固，使用方便，需溫度補(bǔ)償和高絕緣電阻輸出幅值大，溫度靈敏性高

電感式位移傳感器的性能及特點(diǎn)型式自感式差動(dòng)變壓器渦電流式微動(dòng)同步器旋轉(zhuǎn)變壓器變氣隙型螺管型測(cè)量范圍±0.2mm1.5～2mm±0.08～75mm*±2.5～±250mm*±10°±60°精確度±1%±1%±0.5％±1～3%±1%±1%直線性±3%±3%±0.5%＜3%±0.05%±0.1%特點(diǎn)只適用于用于微小位移測(cè)量測(cè)量范圍較寬使用方便可靠，動(dòng)態(tài)性能較差分辨力好，受到磁場(chǎng)干擾時(shí)需屏蔽分辨力好，受被測(cè)物體材料，形狀加工質(zhì)量影響非線性誤差與變壓比和測(cè)量范圍有關(guān)電容式位移傳感器的性能及特點(diǎn)型式變面積變間距測(cè)量范圍10-3～1000mm*10-5～10mm*精確度±0.005%0.1%直線性±1%1%特點(diǎn)受介電常數(shù)因環(huán)境溫度，濕度而變化的影響分辨力很好，但測(cè)量范圍很小，只能在小范圍內(nèi)近似地保存線性

霍爾元件位移傳感器的性能及特點(diǎn)測(cè)量范圍±1.5mm精確度0.5%特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)特性好感應(yīng)同步器式位移傳感器的性能及特點(diǎn)型式直線式旋轉(zhuǎn)式測(cè)量范圍10-3～10000mm*0

～360°精確度2.5μm/250mm±0.5角秒特點(diǎn)模擬和數(shù)字混合測(cè)量系統(tǒng)，數(shù)字顯示(直線式感應(yīng)同步器的分辨力可達(dá)1μm)光柵、磁柵式位移傳感器的性能及特點(diǎn)型式計(jì)量光柵磁柵長(zhǎng)光柵圓光柵長(zhǎng)磁尺圓磁尺測(cè)量范圍10-3～1000mm*0～360°10-3～10000mm*0～360°精確度3μm/1m±0.5角秒5μm/1m±1角秒特點(diǎn)模擬和數(shù)字混合測(cè)量系統(tǒng)，數(shù)字顯示(長(zhǎng)光柵分辨力可達(dá)1μm)測(cè)量時(shí)工作速度可達(dá)12m/min角度編碼器的性能及特點(diǎn)型式接觸式光電式測(cè)量范圍0～360°0～360°精確度10-6r10-6r特點(diǎn)分辨力好，可靠性高滑線變阻式位移傳感器電阻式位移傳感器

YHD型滑線電阻式位移傳感器由精密無感電阻8和滑線電阻2構(gòu)成測(cè)量電橋的兩個(gè)橋臂。測(cè)量時(shí)，將測(cè)量軸1與被測(cè)物體接觸，當(dāng)物體有位移時(shí)，測(cè)量頭隨之移動(dòng)，與之相聯(lián)的觸頭3也就隨著在滑線電阻2上移動(dòng)，從而使電橋失去平衡，輸出一個(gè)相應(yīng)的電壓增量。測(cè)出此電壓值，根據(jù)定度曲線就可換算出位移量其分辨力最小可達(dá)0.01mm。電阻應(yīng)變式位移傳感器

右圖是一種懸臂梁一彈簧組合式位移傳感器。當(dāng)測(cè)點(diǎn)位移傳遞給測(cè)桿5后，測(cè)桿帶動(dòng)位移拉簧4，使彈簧伸長(zhǎng)，并使懸臂梁2產(chǎn)生變形。因此．測(cè)點(diǎn)的位移x為彈簧坤長(zhǎng)量x2和懸臂梁自由端位移量x1之和，即x＝x1十x2。設(shè)懸臂梁的剛度為K1，彈簧剛度為K2，考慮到懸臂梁上的作用力和彈簧力上的作用力相等，應(yīng)有K2x2＝K1x1所以x=（K1+K2）x1/K2電感式位移傳感器測(cè)量范圍數(shù)毫米，分辨力0.1-0.5微米。動(dòng)態(tài)性能差，適于靜態(tài)測(cè)量或準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)量。電渦流位移傳感器優(yōu)點(diǎn)：線性范圍大，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)；非接觸測(cè)量。適合用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)和位移。提升機(jī)制動(dòng)器位移監(jiān)測(cè)也使用該傳感器制動(dòng)功能松閘功能碟簧正壓力液壓油壓力制動(dòng)閘盤摩擦閘瓦差動(dòng)變壓器式位移傳感器差動(dòng)變壓器式位移傳感器采用可變極間距的平板電容器優(yōu)點(diǎn)：非接觸測(cè)量，靈敏度高，分辨力好，能檢測(cè)0.01微米的位移，動(dòng)態(tài)性能好。測(cè)量實(shí)例一：回轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)誤差測(cè)量回轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)誤差是指在回轉(zhuǎn)過程中回轉(zhuǎn)軸線偏離理想位置而出現(xiàn)的附加運(yùn)動(dòng)。軸向運(yùn)動(dòng)徑向運(yùn)動(dòng)傾角運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)誤差使回轉(zhuǎn)軸上任何一點(diǎn)發(fā)生與軸線平行的移動(dòng)和在垂直于軸線的平面內(nèi)的移動(dòng)。前一種移動(dòng)稱為該點(diǎn)的端面誤差運(yùn)動(dòng)．后一種移動(dòng)稱為該點(diǎn)的徑向誤差運(yùn)動(dòng)端面誤差運(yùn)動(dòng)是軸向運(yùn)動(dòng)和傾角運(yùn)動(dòng)合成的結(jié)果，徑向誤差運(yùn)動(dòng)則是純徑向運(yùn)動(dòng)和傾角運(yùn)動(dòng)合成的結(jié)果。端面誤差運(yùn)動(dòng)因測(cè)量點(diǎn)所在半徑位置不同而異，徑向誤差運(yùn)動(dòng)則因測(cè)量點(diǎn)所在的軸向位置不同而異。所以在討論誤差運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)指明測(cè)量點(diǎn)的位置。徑向運(yùn)動(dòng)誤差的測(cè)量方法徑向運(yùn)動(dòng)誤差的測(cè)量方法

在一般情況dx+dy≠r(θ)、而只有當(dāng)Sx(θ)、Sy(θ)趨于零或己確知，由dx、dy才能確定r(θ)。因此，如何消除或分離偏心e和基準(zhǔn)球的形狀誤差S就成為研究測(cè)量方法的重要任務(wù)。目前常采用形狀誤差遠(yuǎn)小于回轉(zhuǎn)誤差運(yùn)動(dòng)的圓球來作為基準(zhǔn)球，力求減小它對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。當(dāng)圓球形狀誤差和誤差運(yùn)動(dòng)大小同屬于一數(shù)量級(jí)，則必需采用誤差分離技術(shù)來消除其影響。

在圓球形狀誤差可忽略的情況下，dx、dy是圓球中心的位移在X，Y兩方向上的分量。換言之，由于偏心e的存在、由dx、dy可以確定的是圓球幾何中心的軌跡而不是回轉(zhuǎn)軸心的軌跡。實(shí)際上，在同一根軸上、以相同條件運(yùn)行(因而r(θ)應(yīng)一樣)，由于偏心e的大小和方位不同．測(cè)得dx、dy亦不同。為了盡量減小偏心對(duì)dx、dy的影響，使得測(cè)量結(jié)果能更真實(shí)地反映r(θ)，就必須盡量減小或消除e值。如果這樣做有困難，那么只有在同一偏心大小和方位的條件下測(cè)定的結(jié)果彼此間才有可比性。圓圖像的處理和分析總誤差運(yùn)動(dòng)圖像反映了誤差運(yùn)動(dòng)的總體情況