哈爾濱工業(yè)大學機械工程測試技術基礎 大作業(yè) 傳感器

HarbinInstituteofTechnology課程大作業(yè)說明書課程名稱：機械工程測試技術基礎院系：班級：設計者：學號：指導教師：李躍峰設計時間：2014、5、5哈爾濱工業(yè)大學

一、題目如圖所示工件為一個箱體，體積較大，不適合于搬動，箱體上有法蘭盤需要與外管路連接，連接后需要密封，A處為密封用的環(huán)槽，槽內放置o形密封圈，現在要現場測量密封槽的深度尺寸8mm，要求在圓周方向上深度一致性公差在0.1mm之內。88作業(yè)要求（1）學生選題可以多人選一題，但是要求獨立完成作業(yè)內容。同一測量對象，可以有多種測量方法，可以用不同傳感器。（2）根據被測物理量選用適合的傳感器系列；例如尺寸量測量傳感器，電阻應變式傳感器，電感式傳感器，電容傳感器，磁電傳感器、CCD圖像傳感器等等。（3）分析所給任務的測量精度，并根據精度指標初選適合該精度的傳感器系列；測量精度一般根據被測量的公差帶利用的是誤差不等式來確定，例如公差帶達到10呵時測量精度一般應達到公差帶的1/5,即小于2呵。滿足此精度的傳感器有電阻應變式傳感器，電感式傳感器等，但考慮精度的同時還要考慮量程等其它方面的因素，參考第3章傳感器的選用原則一節(jié)。（4）測量方法是確定成敗的，好的測量方法可以充分發(fā)揮傳感器的性能。學生要根據被測量的特點及題目要求，綜合考慮測量方便，適合于批量測量的特點，確定合理的測量方案，并畫出測量方案簡圖，可以配必要的文字說明。二、傳感器選擇：考慮到公差小于0.1mm，測量精度應達到公差帶的五分之一，即測量精度應小于20“m。由于電位器式傳感器的分辨力為0.025-0.05mm，不滿足要求，可選用差動變壓器式電感傳感器，其精確度高達0?l“m,線性范圍大，穩(wěn)定度好,使用方便，被廣泛應用于直線位移的測量。三、差動變壓式電感傳感器原理簡介:把被測的非電量變化轉換為線圈互感量變化的傳感器稱為互感式傳感器。這種傳感器是根據變壓器的基本原理制成的，并且次級繞組都用差動形式連接，故稱差動變壓差動變壓器結構形式較多，有變隙式、變面積式和螺線管式等，但其工作原理基本一樣。非電量測量中，應用最多的是螺線管式差動變壓器，它可以測量1?100mm范圍內的機械位移，并具有測量精度高，靈敏度高，結構簡單，性能可靠等優(yōu)點。差動變壓器是一種線圈互感隨銜鐵位移而變化的轉換器。差動變壓器等效電路如圖1所示。其磁路是開放的，次級的2個線圈連接成差動結構。根據圖1可以推算差動變壓器輸出電壓的有效值為：°J丘：+3］）'P式中M1,M2分別為初級線圈L1與次級線圈L21,L22的互感,R1為初級線圈的電阻；Ui為初級線圈的激勵電壓。差動變壓器的互感量與其內部的磁場變化相關聯，而磁場的變化又取決于銜鐵在開磁路中的位置。因此，在一定范圍內,只要銜鐵位移，差動變壓器的輸出電壓就產生相應的變化，近似線性關系,輸出電壓Uo是銜鐵位移量x的單值函數。銜鐵在差動變壓器的幾何中心位置時，如次級的2個線圈的參數和磁路尺寸相等，則M1=M2,參照式（1）運算，此時，差動變壓器的輸出電壓為零。但實際制作時，次級2個線圈的電氣參數和幾何尺寸存在一定的差異，所以,當銜鐵處于中間位置時，定有不平衡輸出,即存在零點殘余電壓。零點殘余電壓包含基波和高次諧波?；ǖ恼环至渴馆敵鲂盘柈a生相移,相移跟隨輸出信號的大小而變化。高次諧波分量是磁性材料磁化曲線的非線性引起的。零殘電壓的存在造成極大的負面效應,使傳感器在零點附近測量時靈敏度大大降低，分辨力變差，測量誤差增大。為了最大限度地消除零殘電壓,首要條件是保證次級2個線圈的電氣參數和幾何尺寸的一致性和磁路的對稱性。在此基礎上,選擇適宜的補償電路亦是至關重要的，可進一步減小零殘電壓。本方案使用圖2的補償電路，電路中增加了反饋支路。一、亠罔2差動變壓器零殘電壓補償電路四、測量方案由于工件較大，不適合搬動，可設計專用量具。量具圖如下：最外層兩個同心大圓表示被測量的環(huán)槽，制作如圖所示的夾具，夾持三個傳感器，使三個傳感器均勻分布在環(huán)槽的三個位置，只要旋轉夾具，即可測量不同位置的深度。該結構有以下優(yōu)點：一次測量可以獲得均勻分布的三點的槽深，旋轉一定角度即可再測得另外三點的槽深，多次測量即可獲得足夠多位置的槽深。采用差動式測量，用兩傳感器測量結果之差來計算槽深，可減少誤