測試技術(shù)第7章 位移測量cg

第七章位移測量位移是物體上某一點在一定方向上的位置變動，因此位移是矢量。測量方向與位移方向重合才能真實地測量出位移量的大小。若測量方向與位移方向不重合，則測量結(jié)果僅是該位移量在測量方向上的分量。位移測量從被測量來的角度可分為線位移測量和角位移測量；從測量參數(shù)特性的角度可分為靜態(tài)位移測量和動態(tài)位移測量。許多動態(tài)參數(shù)，如力、扭矩、速度、加速度等都是以位移測量為基礎(chǔ)的。機械工程中經(jīng)常要求測量位移。測量時應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的測量對象選擇測量點、測量方向和測量系統(tǒng)，其中傳感器對測量精度影響很大，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%特點分辨力較好，可靜態(tài)或動態(tài)測量。機械結(jié)構(gòu)不牢固結(jié)構(gòu)牢固，壽命長，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型式非粘貼的粘貼的半導(dǎo)體的測量范圍±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%特點不牢固牢固，使用方便，需溫度補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型式自感式差動變壓器渦電流式微動同步器旋轉(zhuǎn)變壓器變氣隙型螺管型測量范圍±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%特點只適用于用于微小位移測量測量范圍較寬使用方便可靠，動態(tài)性能較差分辨力好，受到磁場干擾時需屏蔽分辨力好，受被測物體材料，形狀加工質(zhì)量影響非線性誤差與變壓比和測量范圍有關(guān)電容式位移傳感器的性能及特點型式變面積變間距測量范圍10-3～1000mm*10-5～10mm*精確度±0.005%0.1%直線性±1%1%特點受介電常數(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測量范圍±1.5mm精確度0.5%特點結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)特性好感應(yīng)同步器式位移傳感器的性能及特點型式直線式旋轉(zhuǎn)式測量范圍10-3～10000mm*0

～360°精確度2.5μm/250mm±0.5角秒特點模擬和數(shù)字混合測量系統(tǒng)，數(shù)字顯示(直線式感應(yīng)同步器的分辨力可達1μm)光柵、磁柵式位移傳感器的性能及特點型式計量光柵磁柵長光柵圓光柵長磁尺圓磁尺測量范圍10-3～1000mm*0～360°10-3～10000mm*0～360°精確度3μm/1m±0.5角秒5μm/1m±1角秒特點模擬和數(shù)字混合測量系統(tǒng)，數(shù)字顯示(長光柵分辨力可達1μm)測量時工作速度可達12m/min角度編碼器的性能及特點型式接觸式光電式測量范圍0～360°0～360°精確度10-6r10-6r特點分辨力好，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)成測量電橋的兩個橋臂。測量時，將測量軸1與被測物體接觸，當(dāng)物體有位移時，測量頭隨之移動，與之相聯(lián)的觸頭3也就隨著在滑線電阻2上移動，從而使電橋失去平衡，輸出一個相應(yīng)的電壓增量。測出此電壓值，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)測點位移傳遞給測桿5后，測桿帶動位移拉簧4，使彈簧伸長，并使懸臂梁2產(chǎn)生變形。因此．測點的位移x為彈簧坤長量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量范圍數(shù)毫米，分辨力0.1-0.5微米。動態(tài)性能差，適于靜態(tài)測量或準(zhǔn)靜態(tài)測量。電渦流位移傳感器優(yōu)點：線性范圍大，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強；非接觸測量。適合用于測量旋轉(zhuǎn)軸的振動和位移。提升機制動器位移監(jiān)測也使用該傳感器制動功能松閘功能碟簧正壓力液壓油壓力制動閘盤摩擦閘瓦差動變壓器式位移傳感器差動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：非接觸測量，靈敏度高，分辨力好，能檢測0.01微米的位移，動態(tài)性能好。測量實例一：回轉(zhuǎn)軸運動誤差測量回轉(zhuǎn)軸運動誤差是指在回轉(zhuǎn)過程中回轉(zhuǎn)軸線偏離理想位置而出現(xiàn)的附加運動。軸向運動徑向運動傾角運動運動誤差使回轉(zhuǎn)軸上任何一點發(fā)生與軸線平行的移動和在垂直于軸線的平面內(nèi)的移動。前一種移動稱為該點的端面誤差運動．后一種移動稱為該點的徑向誤差運動端面誤差運動是軸向運動和傾角運動合成的結(jié)果，徑向誤差運動則是純徑向運動和傾角運動合成的結(jié)果。端面誤差運動因測量點所在半徑位置不同而異，徑向誤差運動則因測量點所在的軸向位置不同而異。所以在討論誤差運動時，應(yīng)指明測量點的位置。徑向運動誤差的測量方法徑向運動誤差的測量方法

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就成為研究測量方法的重要任務(wù)。目前常采用形狀誤差遠小于回轉(zhuǎn)誤差運動的圓球來作為基準(zhǔn)球，力求減小它對測量結(jié)果的影響。當(dāng)圓球形狀誤差和誤差運動大小同屬于一數(shù)量級，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。實際上，在同一根軸上、以相同條件運行(因而r(θ)應(yīng)一樣)，由于偏心e的大小和方位不同．測得dx、dy亦不同。為了盡量減小偏心對dx、dy的影響，使得測量結(jié)果能更真實地反映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動圖像反映了誤差運動的總體情況