浮標式氣動測量儀的工程應用

1、氣動測量儀的工程應用 浮標式氣動測量儀摘 要機械加工中傳統(tǒng)測量尺寸的量具和方法很多，一般常用的有游標卡尺、千分尺、百分表等，這些量具適用于現(xiàn)場測量，但有時測量精度達不到要求。測量精度高的如測長機、三坐標測量機等，對環(huán)境要求較高，不適合作現(xiàn)場測量。一些容易產(chǎn)生變形的工件(如薄壁零件)，用傳統(tǒng)的測量方法，則有可能由于測量人員的人為因素，如測量經(jīng)驗、測力的掌握不勻等，引起工件在測量過程中變形，這樣就使得測量數(shù)據(jù)的可靠性受到影響。氣動測量由于其測量方法比傳統(tǒng)的方法有許多的優(yōu)越性，既適合現(xiàn)場測量，又能達到較高的測量精度，因此在機械加工中的應用日益增加。氣動量儀是機械制造工業(yè)中使用的一種精密測量儀器，用于

2、測量工件的長度、厚度、槽寬、內(nèi)孔直徑、外圓直徑、兩孔中心距、軸心線直線度、圓度、垂直度、平行度等各種參數(shù)。具有測量精度高、結(jié)構(gòu)簡單、使用維護方便、可以實現(xiàn)非接觸式遠距離測量等優(yōu)點。若與各種類型的氣動測量頭配合使用，還可以完成多種測量工作。因此，在各種測量儀器中，氣動測量儀是一種很有發(fā)展前途的測量儀器。 基于氣動量儀的以上優(yōu)點，本文重點討論了氣動量儀中最具代表性的浮標式氣動量儀。本論文的研究具有重要的科學意義和實用價值，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：氣動測量方法廣泛應用于汽車、軸承、內(nèi)燃機、塑料、造紙、機械加工等行業(yè)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，高精度的加工必然要求相應的高精度測量措施，常規(guī)的測量儀器由于精度

3、、測量條件的限制，將難以完成日益復雜的測量任務。利用現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機技術(shù)結(jié)合氣動測量方法研制高精度、智能化、自動化的氣動測量儀適應了現(xiàn)代科技發(fā)展的潮流，必將為我國工業(yè)現(xiàn)代化作出重大的貢獻。關鍵詞：氣動量儀，精密測量，量儀，機械制造engineering application of pneumatic measuring instrument-float type pneumatic measuring instrument abstractconventional machining and method of measuring the size measurement of many

4、 commonly used with caliper, micrometer, dial indicator, etc. these measuring tools for field measurements, but sometimes it is mainly the measurement accuracy. such as high precision measuring machine, cmm, etc. on the environment are higher, and is not suitable for on-site measurements. some easy

5、deformation of the work piece (such as thin-walled parts), the traditional measurement methods, there may be due to human factors measurement personnel, such as measuring experience, measuring mastery of such uneven, causing deformation of the work piece in the measurement process, so that makes the

6、 reliability of measurement data are affected. pneumatic measurement because of its measurement methods than the traditional method has many advantages, both for on-site measurements, while maintaining high precision, and therefore the application of mechanical processing is increasing. pneumatic me

7、asuring instrument is the machinery manufacturing industry in the use of a precision measuring instrument for measuring the work piece length, thickness, width, bore diameter, outer diameter, center distance of two hole, the axis line straightness, roundness, perpendicularity, parallelism, and other

8、 parameters. has high accuracy, simple structure, easy maintenance, you can achieve non-contact distance measurement and so on. if the measuring head with the various types of air with the use of multiple measurements can be done. thus, in a variety of measuring instruments, pneumatic measuring inst

9、rument is a promising measuring instrument.based on the above advantages of pneumatic measuring instrument, which gives the most representative of pneumatic measuring instrument buoy type pneumatic measuring instrument.this study has important scientific significance and practical value, mainly in t

10、he following areas: aerodynamic measurement method is widely used in automobiles, bearings, internal combustion engine, plastics, paper, machinery and processing industries, as technology continues to develop, necessary requirement for high precision machining high-precision measurement of the appro

11、priate measures, the precision of conventional measuring instruments, measurement conditions, it would be difficult to complete increasingly complex measurement tasks. the use of modern electronic technology, computer technology developed high-precision measurement method combined with pneumatic, in

12、telligent, automated pneumatic measuring instrument adapted to the modern trend of technological development, industrial modernization in china will surely make a significant contribution. key words: pneumatic measuring instrument, precision measuring, measuring instrument, machinery 目錄第1章 前 言11.1 氣

13、動測量儀的發(fā)展史11.2 氣動量儀的特點2第2章 氣動量儀的工作原理42.1 氣動測量儀的工作原理42.2 氣動測量儀的分類52.3 流量式氣動測量儀52.3.1 流量式氣動量儀測量原理52.3.2 流量式氣動量儀的工作特性62.3.3 流量式氣動測量儀的主要技術(shù)參數(shù)72.4 壓力式氣動量儀82.4.1 壓力式氣動量儀測量原理82.4.2 壓力式氣動量儀的主要技術(shù)參數(shù)8第3章 氣動量儀的理論基礎103.1 噴嘴擋板機構(gòu)的形成103.2 噴嘴擋板機構(gòu)的壓力特性113.3 噴嘴擋板機構(gòu)的流量特性12第4章 浮標示氣動測量儀的結(jié)構(gòu)和部件144.1 浮標示氣動測量儀的基本氣路144.2 浮標式氣動量儀

14、的結(jié)構(gòu)及材料工藝性154.2.1 浮標式氣動量儀的結(jié)構(gòu)154.2.2 浮標式氣動量儀所用的材料和結(jié)構(gòu)工藝性194.2.3 qfp型浮標式氣動量儀結(jié)構(gòu)的優(yōu)點204.3 浮標式氣動量儀的氣動測量頭和校對規(guī)204.4 浮標式氣動量儀的選用原則22第五章 浮標式氣動量儀的使用方法245.1 操作前的準備工作245.2 調(diào)整255.3 測量265.4 浮標式氣動量儀的注意事項26第6章 浮標式氣動測量儀的誤差分析286.1 氣源壓力波動引起的誤差286.2 示值非線性誤差286.3 浮標的瞬時竄動誤差296.4 長時間不穩(wěn)定誤差29結(jié)論30謝 辭31參考文獻32附錄33第1章 前 言1.1 氣動測量儀的

15、發(fā)展史從第一臺氣動量儀誕生到現(xiàn)在已經(jīng)有八十多年。世界歷史上的第一臺氣動量儀，是第二次世界大戰(zhàn)后，由法國的汽化器公司為了測量他們的汽化器噴射口而制造的，它是一臺背壓型氣動量儀。圖1-1 調(diào)節(jié)閥這種氣動量儀由一個簡單空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)與一個灌滿水帶有刻度的管子（指示器）聯(lián)接組成。當時的設計采用了那個時代最簡單的調(diào)壓閥，如圖1-1所示，前一個調(diào)節(jié)閥將空氣流的壓力調(diào)節(jié)到一個適當?shù)闹?，然后空氣流?jīng)過一個三通的“t”型管，“t”型管的豎直部分開口并且被浸在水中，多余的空氣就通過這個通道變成氣泡回到大氣中。第二個調(diào)節(jié)閥用于零位調(diào)節(jié)，而通過其后與水箱底部相通的壓力指示管的水面高度，操作人員就可以讀出氣動測量頭與第二

16、個調(diào)節(jié)閥之間的背壓變化，測量出工件表面到測量頭噴嘴之間的距離。測量時，氣動塞規(guī)被插入到化油器噴嘴孔中。如果化油器噴嘴孔越大，用于置換的空氣就越多，刻度管中的水被部分的置換。當背壓反映刻度管中水平位置時，氣動塞規(guī)氣孔與工件之間的間距也就被指示出來。這樣，該公司就建立了一套標準的背壓讀數(shù)，并通過篩選 “合格的”零部件、記錄其精確的背壓讀數(shù)，使之與化油器噴嘴孔的尺寸相符。以此標準來檢驗產(chǎn)品是否合格。1943年，一批法國工程師們對這個系統(tǒng)做了進一步的改進并申請了專利，并在重新開發(fā)的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中使用了用表盤讀數(shù)，消除了之前以水為介質(zhì)的測量方法中的蒸發(fā)影響，以此來代替原有的系統(tǒng)，這就是現(xiàn)在意義上的氣動量

17、儀。今天的氣動量儀主要有四種系統(tǒng)：背壓泄流系統(tǒng)、背壓系統(tǒng)、差分系統(tǒng)和流量系統(tǒng)。氣動量儀的發(fā)展方向主要表現(xiàn)在由低壓式(測量壓力為至)測量發(fā)展到高壓式(測量壓力為至)測量；由單氣路測量發(fā)展到多氣路測量；由靜態(tài)測量發(fā)展到動態(tài)測量；氣動量儀由單一的發(fā)展到具有二級放大作用的組合式。如帶氣動放大器的氣動量儀；氣動光學式量儀；氣動機械式量儀；氣動電氣式量儀等。目前，組合式氣動測量儀廣泛的應用在生產(chǎn)自動生產(chǎn)線上，承擔著各種自動測量、自動分檢、自動記錄和自動控制等功能。目前氣動量儀已在各行業(yè)普遍采用，但大多都局限于內(nèi)、外徑等簡單參數(shù)的測量。在自動測量方面，氣動量儀也出現(xiàn)了不少成功的例子，但還很不普遍。隨著我國機

18、械工業(yè)在以提高產(chǎn)品質(zhì)量為中心的技術(shù)改造中不斷發(fā)展，氣動量儀必然會以其獨特的性能，繼續(xù)在精密測量和自動化測量方面做出應有的貢獻。1.2 氣動量儀的特點氣動測量技術(shù)在在線檢測中有許多不可替代的優(yōu)勢，隨著大量程的反射式氣動傳感器和高精度的氣針式傳感器的開發(fā)和應用，尤其是氣電結(jié)合的氣電轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)，使傳統(tǒng)的氣動測量技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的變化，由于它集氣、電兩者的優(yōu)點于一體，使得氣動測量技術(shù)在現(xiàn)代汽車制造業(yè)的工序間檢測中發(fā)揮越來越大的作用。氣動測量與機械測量相比較，有以下特點：1. 氣動量儀的放大倍率高，測量的重復性好，指示穩(wěn)定性好，所以精度高。如放大倍率為5000倍的浮標式氣動量儀的刻度值為。氣動測量頭上的噴

19、嘴擋板機構(gòu)，靈敏度很高，他能分辨這樣微量位移。2. 根據(jù)測量的需要和可能，可以實現(xiàn)接觸式測量，也可以實現(xiàn)非接觸式測量。非接觸式測量，對于易變形的薄壁零件和光潔的軟質(zhì)表面特別適用，因為它無損于加工表面，由于是不接觸測量，也不會出現(xiàn)測量頭的磨損。而用機械式測量工具進行測量時，光潔的表面上可能會因測量力的作用而產(chǎn)生接觸壓痕。3. 可作特殊部位的測量。常用的精密長度計量儀器，對于一般尺寸的測量是比較方便的。但是對于一些特殊零件(如過小過細的零件)和特殊部位尺寸(如深孔、小縫隙等)的測量采用氣動測量尤為方便。4. 測量的結(jié)果不受測量者技術(shù)熟練程度的影響。5. 高壓氣流可以吹掉被測表面的油污和贓物，起到“

20、自潔”作用，使測量數(shù)據(jù)正確可靠。因此，氣動測量適于在較惡劣的環(huán)境下工作。6. 氣動量儀結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，維護方便。與電動量儀相比較，氣動量儀的抗干擾(如抗磁場或雜散電波等)能力強，對環(huán)境的適應性強。但是，氣動測量也有它的不足之處，如下:a. 必須具備氣源。需要連續(xù)供給經(jīng)過處理的潔凈、穩(wěn)壓的壓縮空氣。b. 測量頭的專用性強。對于不同的測量對象和不同的量值范圍都要設計、制造出不同的測量頭和校對規(guī)。c. 儀器反應速度慢，動態(tài)特性較差，儀器長時間工作示值的穩(wěn)定性差，對空氣的清潔、工作壓力和溫度要求較高。 它不僅可以用于緊密測量，也可以用于自動測量。氣動測量在自動測量方面，如小孔磨削主動測量、內(nèi)孔珩磨

21、主動測量、孔類零件的自動分選等都有著高精度、高效率、低成本和易實現(xiàn)的優(yōu)點。第2章 氣動量儀的工作原理2.1 氣動測量儀的工作原理氣動測量方法是以壓縮空氣作為介質(zhì)，利用空氣在管道中的流量或壓力隨管道的幾何尺寸和形狀變化的特性，將尺寸量或位移量轉(zhuǎn)換成流量或壓力的變化量，從而實現(xiàn)測量。由于它可以進行非接觸測量，高壓氣流噴向上件表面具有自潔作用，對環(huán)境要求不高以及結(jié)構(gòu)簡單，操作維護方便、造價低等優(yōu)點，廣泛應用于機械及相關工業(yè)。 氣動測量儀，又稱氣動量儀。氣動量儀是機械制造工業(yè)中使用的一種新型長度測量儀器，它的基本原理就是比較測量法，能將工件尺寸的變化量轉(zhuǎn)換成壓縮空氣流量或壓力的變化，然后由指示裝置指示

22、出來，從而測量出工件尺寸的誤差。氣動測量技術(shù)就是通過空氣流量和壓力來測量工件尺寸的技術(shù)。為了實現(xiàn)精密測量，氣動量儀利用了這樣一個物理原理：如圖2-1所示，流量圖2-1浮動式氣動量儀的工作原理和壓力都與間隙的大小成比例關系，同時壓力和流量相互之間成反比例關系。調(diào)壓后的空氣流通過調(diào)節(jié)閥（針閥、或鑲有紅寶石阻尼孔的調(diào)節(jié)閥等），然后到達噴嘴處，如果噴嘴孔是對著大氣時，最大流量通過噴嘴孔，此時在調(diào)節(jié)閥同噴嘴之間存在一個最小壓力，我們稱之為“背壓”。當我們使一障礙物從遠至近靠近噴嘴孔時，噴出的空氣流量就會因之而逐漸減少，同時背壓值升高，噴嘴孔被完全擋住后，流量將為零，背壓值將同調(diào)壓閥的出口壓力值相等。在這

23、個例子里，空氣流量從最大變到最小，背壓則與之相反，從最小到最大。這個變化過程可以從流量間隙、壓力間隙的曲線圖2-2中看出，除了壓力和流量的初始和飽和階段，這兩條線段的其它部分都是直線，正是這種線形關系，奠定了氣動量儀的測量基礎。圖2-2 流量、壓力間隙特征曲線這就是說，當流量增大或減小時，我們可以準確測量噴嘴孔與障礙物之間的間隙的變化，也就是測頭到被測零件表面的間隙的變化，同樣的，背壓增大表明了測頭噴嘴與工件間間隙值。2.2 氣動測量儀的分類按工作原理，氣動量儀分為流量式和壓力式等。其中，壓力式氣動量儀因易于發(fā)出信號，常用于主動測量；流量式、流速式適宜于靜態(tài)測量，多用作工序間檢測。按工作壓力，

24、氣動量儀分為低壓式氣動量儀和高壓式氣動量儀。低壓式氣動量儀的工作壓力在之間，它是用水柱本身的高度來對工作壓力進行穩(wěn)定的。其優(yōu)點是穩(wěn)壓精度高、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低；但其線性測量范圍小，指示穩(wěn)定時間長，被測工件表面的清潔度要求高。而高壓式是用機械穩(wěn)壓器對工作壓力進行穩(wěn)壓的，工作壓力較大，多用于差動式氣路。2.3 流量式氣動測量儀2.3.1 流量式氣動量儀測量原理流量式氣動量儀是利用噴嘴擋板原理，將被測參數(shù)的變化a轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝饬髁康淖兓?，從而引起錐度玻璃管內(nèi)浮標的位移，并在刻度尺上指示出測量結(jié)果的一種精密量儀。如圖2-3所示，因采用浮子和錐度玻璃管作為轉(zhuǎn)換元件，故流量式氣動量儀又稱浮標式氣動量儀

25、。圖2-4為其配置圖，它與不同的測量頭或測圖2-4 配置圖1.測量單元 2.零位調(diào)節(jié)旋鈕 3.倍率調(diào)節(jié)螺釘 4.浮標 5.調(diào)壓器 6.過濾器圖2-3 轉(zhuǎn)換器量裝置配合，可測量內(nèi)外徑、長度、深度、中心距和槽寬等尺寸，以及直線度、圓度、垂直度、平行度、同軸度等形位誤差，還可以實現(xiàn)多參數(shù)綜合測量。由于這種量儀具有精度高、性能穩(wěn)定、簡單耐用，可采取非接觸測量等一系列優(yōu)點，因而在國內(nèi)外獲得廣泛的應用。2.3.2 流量式氣動量儀的工作特性流量式氣動量儀的放大倍率基本是由測量噴嘴的轉(zhuǎn)換放大倍率和指示部分放大倍率組成，即。根據(jù)流體力學原理和實驗結(jié)果，可以得到放大倍率的公式為 （2-1）式中 測量噴嘴的流量系數(shù)

26、 空氣的膨脹系數(shù) 重力加速度 空氣經(jīng)由測量噴嘴噴出前的靜壓力 大氣壓力 壓力為尸。時的空氣密度 由上式中可以看出，測量噴嘴的轉(zhuǎn)換放大倍率和直徑d成正比。同樣，根據(jù)流體力學的原理及實驗結(jié)果，可以得出指示部分(浮標式氣動量儀由錐度玻璃管和浮標組成)的放大倍率k的公式為 （2-2）式中 浮標和錐度玻璃管間環(huán)形的流量系數(shù) 玻璃管的錐度 浮標在玻璃管的高度 壓力為時的空氣密度 （2-3）式中 浮標的重量， 浮標在垂直氣流方向上的最大截面積 由上式可以看出： 1、放大倍率與玻璃管的錐度和浮標的重量成反比，可以更換不同重量的浮標和不同錐度的錐管來改變儀器的放大倍率。 2、放大倍率與有關。因為是變量，所以也不

27、是常量。為使為常量，從而使流量計的刻度尺為均勻刻度，故將錐管的內(nèi)壁做成二次曲線形狀，以補償流量和浮標高度之間的非線性。2.3.3 流量式氣動測量儀的主要技術(shù)參數(shù) 流量式氣動量儀的主要技術(shù)參數(shù)(以我國中原量儀廠生產(chǎn)的流量式氣動量儀為例)如表2-1所示：表2-1 流量式氣動量儀的主要技術(shù)參數(shù)基本放大倍數(shù)2000500010000示值范圍/1104422全量程內(nèi)示值誤差/11.50.8示值變差/10.50.2示值穩(wěn)定性/氣源壓力波動引起的示值誤差/刻度尺一格值/210.5格寬度/455全刻度格數(shù)5544442.4 壓力式氣動量儀2.4.1 壓力式氣動量儀測量原理圖2-5 壓力式氣動量儀測量原理1.壓

28、力計 2.被測件 3.測量噴嘴 4.氣室 5.進氣噴嘴 壓力式氣動量儀測量原理如圖2-5所示，經(jīng)過濾清，穩(wěn)壓后的壓縮空氣以恒定的壓力通過氣動量儀進氣噴嘴5進入氣室4，再經(jīng)過測量噴嘴3，由測量噴嘴的端面和被測件2表面形成的間隙逸入大氣。當被測尺寸變化時，間隙變大或縮小，從而引起氣室壓力的變化，用壓力計1測出的變化量，即可得到被測尺寸的變化數(shù)值。稱為測量壓力，稱為測量間隙，它們之間的關系可表示為。2.4.2 壓力式氣動量儀的主要技術(shù)參數(shù) 壓力式氣動量儀種類較多，如低壓水柱式氣動量儀、差壓水柱式氣動量儀、差壓水銀柱式氣動量儀、高壓薄膜式氣動量儀、波紋管式氣動量儀。由于低壓水柱式氣動量儀體積較大，差壓

29、水柱式氣動量儀、差壓水銀柱式氣動量儀測量精度較低，目前已很少應用了，這里僅介紹高壓薄膜式氣動量儀的技術(shù)參數(shù)。高壓薄膜式氣動量儀也稱差壓式量儀，以膜片作為感受元件，用帶有刻度的表盤指小被測數(shù)值。這種儀器上作壓力高，靈敏度高，可進行靜態(tài)比較測量，也可以用于動態(tài)主動測量。其主要技術(shù)參數(shù)見表2-2(以成都量具刃具廠生產(chǎn)的為例)。表2-2 qbm型浮標式氣動測量儀的主要技術(shù)參數(shù)參數(shù)項目參數(shù)值放大倍數(shù)/倍1000刻度值/1精刻度示值范圍/50粗刻度示值范圍/350精刻度極限測量誤差/觸頭閉合穩(wěn)定性/示值穩(wěn)定時間/氣源壓力/工作壓力/0.35第3章 氣動量儀的理論基礎3.1 噴嘴擋板機構(gòu)的形成氣動測量技術(shù)的

30、基本原理就是把幾何量（尺寸、形狀和相互位置等）轉(zhuǎn)換成氣動參量（壓力、流量），然后將隨幾何量變化而變化的氣動參量輸入計量指示儀，實現(xiàn)精確的數(shù)值計量。氣動測量頭實際上就是完成幾何量向氣動參數(shù)轉(zhuǎn)換的氣動傳感器，其基本結(jié)構(gòu)為噴嘴擋板機構(gòu)。圖3-1 噴嘴擋板機構(gòu)1.進氣噴嘴 2.氣室 3.測量噴嘴 4.擋板常用的噴嘴擋板機構(gòu)見圖3-1，它由進氣噴嘴1、測量噴嘴3氣室2和擋板4等組成。測量噴嘴3和擋板4之間的距離稱之為測量間隙。用符號z表示。噴嘴擋板機構(gòu)之所以能將幾何量轉(zhuǎn)換成氣動參數(shù)，這是由它的壓力特性和流量特性所決定的。當壓縮空氣從噴嘴孔徑噴嘴端面與擋板之間的間隙逸入大氣時，其流量取決于噴嘴的形狀、大小

31、、和擋板的形狀、大小以及噴嘴端面與擋板之間間隙的大小。噴嘴的形狀一般分為矩形、圓形兩種。上圖所示為圓噴嘴平行擋板機構(gòu)，在實際的生產(chǎn)過程中，圓形噴嘴擋板機構(gòu)的應用最為廣泛，也最為成熟。而矩形噴嘴一般和柱形擋板構(gòu)成矩形擋板機構(gòu)，實際生產(chǎn)中的應用并不是很多。3.2 噴嘴擋板機構(gòu)的壓力特性如圖3-1，經(jīng)過預先處理的潔凈、干燥并且保持恒壓的工作氣流由進氣噴嘴1進入氣室2，再經(jīng)測量噴嘴3逸入大氣中。在沒有擋板4時，氣流是暢通無阻的，當設定了擋板以后，擋板就阻礙著氣流的運動，從而影響氣流的流動狀態(tài)。如果改變擋板與測量賠罪之間的距離，也就是改變測量間隙z的大小，氣流的狀態(tài)參數(shù)量就會發(fā)生變化，引起氣室內(nèi)的壓力發(fā)

32、生變化。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在理想氣流的條件下，噴嘴擋板機構(gòu)的特性方程為： （3-1）它把氣室背壓與工作氣流的壓力、進氣噴嘴直徑和測量噴嘴直徑以及流量系數(shù)聯(lián)系起來了。當上述條件固定時，背壓僅僅隨著測量間隙z的變化而變化，測量間隙z若增大，背壓便下降；反之，測量間隙z減小，背壓便上升。圖3-2 曲線根據(jù)噴嘴擋板機構(gòu)的特性方程，其壓力特性曲線如圖3-2所示：經(jīng)試驗測定和理論分析得知：曲線的陡度是由b值決定的。也就是說，曲線的陡度是由進氣噴嘴直徑和測量噴嘴直徑所決定的，即有： (3-2)經(jīng)過試驗測定和理論分析，曲線的中間部位為線性段。在這個區(qū)域內(nèi)，與呈線性關系。這個線性段就是噴嘴擋板機構(gòu)的工作區(qū)域。經(jīng)

33、過精確計算發(fā)現(xiàn)，該直線段是由若干條斜率不同的直線段組成的。噴嘴擋板機構(gòu)實際上是個位移-壓力轉(zhuǎn)換器，當擋板發(fā)生位移時，也就是改變了測量間隙z，這就使得氣室背壓發(fā)生變化。而且，這個轉(zhuǎn)換器對位移量的變化極為敏感。試驗表明，它能分辨這樣微小的位移量。3.3 噴嘴擋板機構(gòu)的流量特性圖3-1所示的噴嘴擋板機構(gòu)，由于擋板的位移，使測量間隙z發(fā)生變化，引起測量噴嘴-擋板處通氣的變化，那么流經(jīng)整個噴嘴擋板機構(gòu)的流量也將發(fā)生變化。在理論上講，對應于各個不同測量間隙z的流量q可用計算。但是，式中的值也是隨著z的變化而變化的，要由式來確定，計算比較復雜。為了將流量q直接與氣源工作壓力聯(lián)系起來，也可以將噴嘴擋板機構(gòu)的進

34、氣噴嘴作為一個恒節(jié)流控。那么，當知道氣流通過孔前后的壓力以及產(chǎn)生的壓力差時，可以用下面的公式算出通過進氣噴嘴的流量作為流經(jīng)整個噴嘴擋板機構(gòu)的流量。在氣動測量中，氣流速度是小于音速的，因此，進氣噴嘴前后的壓力差并不大，工作氣流的壓力在氣室背壓的倍之間，則有關系式 （3-3）式中： q換算成標準狀態(tài)下的空氣流量； 工作氣流的壓力； 氣室的背壓； 進氣噴嘴的通氣面積； 系數(shù)。表示進氣噴嘴面積為是氣流的流量。在此，。上式為噴嘴擋板機構(gòu)的流量特性方程。它把流量q和工作氣流壓力以及氣室背壓聯(lián)系起來了。在氣動測量中，是個恒值，是隨測量間隙z的變化而變化。測量間隙z怎大，流經(jīng)噴嘴擋板機構(gòu)的流量q便增加。噴嘴擋

35、板機構(gòu)的流量特性（）曲線經(jīng)過試驗測定和理論分析得知：曲線的陡度主要是由測量噴嘴的直徑?jīng)Q定的。即有 （3-4） 當改變測量噴的直徑時，便可以得到不同陡度的曲線。圖3-1中測量噴嘴直徑：大于，所以直徑的曲線更陡些。這就是說，在具有相同的進氣噴嘴直徑和測量間隙z的條件下，測量噴嘴大的噴嘴擋板機構(gòu)的流量更大些。但從上式可以看出：適當提高進氣噴嘴的通氣面積也可以增加一些流量q。圖3-3曲線噴嘴擋板機構(gòu)也可以看成是個位移流量轉(zhuǎn)換器。當擋板發(fā)生位移時，也就改變了測量間隙z，這就使得流經(jīng)整個擋板機構(gòu)的流量q發(fā)生變化。在特性的線性范圍內(nèi)，如果要提高位移流量轉(zhuǎn)換器的靈敏度，可以適當增加測量噴嘴的直徑。但是，在氣體

36、流經(jīng)測量斷面時，從氣體的流動現(xiàn)象來看，可以認為是一個控制流動狀態(tài)的調(diào)節(jié)口，在調(diào)節(jié)口的整個噴嘴管道內(nèi)不存在氣體流動被影響的任何斷面。如果在的變化過程中，氣體流動狀態(tài)受到了在測頭流道中其它截面的影響和控制，這時就失去了測量間隙與氣體參數(shù)之間函數(shù)關系的條件。例如，當因增大而達到測量噴嘴的橫向截面時(對圓柱形噴嘴，其橫向截面等于)再增大氣體流動的受控截面就不再是，而是測量噴嘴的橫向截面。因此，為了確保控制氣流的作用，防止測量截面調(diào)節(jié)口不是流道中的最小截面，就必須使測量截面滿足不等式 。第4章 浮標示氣動測量儀的結(jié)構(gòu)和部件4.1 浮標示氣動測量儀的基本氣路氣動量儀，主要用于測量長度及能轉(zhuǎn)換成長度量的其他

37、幾何量。大多數(shù)氣動量儀的基本氣路方框圖如圖4-1所示。工件被測參數(shù)變化量由氣動量儀的測量部變換成氣體參數(shù)（壓力或流量等）的變化量，通過量儀放大后，在指示部進行指示。壓縮空氣從氣源流出后，經(jīng)過濾附件進入穩(wěn)壓器減壓，穩(wěn)壓后由放大、指示部和測量部流入大氣。圖4-1 氣動量儀的基本氣路方框圖圖4-1中、兩部分構(gòu)成氣動量儀的整體，過濾部分是量儀的附件。一般的氣動量儀、兩部分在結(jié)構(gòu)上是獨立的，常常稱為氣動量儀的本體（習慣上就稱為氣動量儀）。而部分iii則常稱為氣動測量頭（或氣動量頭）。圖4-2 浮動式氣動量儀的基本氣路1.氣源 2.過濾器 3.進氣閥 4.穩(wěn)壓器 5.流量器 6.測頭浮標式氣動量儀的基本氣

38、路如圖4-2所示。由氣源流出的壓縮空氣經(jīng)過過濾和穩(wěn)壓后，以一定的壓力經(jīng)流量計5后由測量頭6（圖示為噴嘴擋板機構(gòu)）流入大氣。由于穩(wěn)壓器與測量頭之間的氣體阻力較小，可以認為流向氣動測量頭的空氣壓力基本上是不變的，氣動測量頭將被測參數(shù)的變化量轉(zhuǎn)換成由氣動測量頭處流入大氣的空氣流量的變化量，如圖示噴嘴擋板結(jié)構(gòu)，噴嘴端面與擋板之間的間隙在一定范圍內(nèi)與噴嘴留出的流量成正比。也即噴嘴擋板將間隙變化量線性地變換成了流出流量的變化量，流量的變化量則在空氣流量計5上進行指示和讀數(shù)。4.2 浮標式氣動量儀的結(jié)構(gòu)及材料工藝性不同工作原理的氣動測量儀，其結(jié)構(gòu)也不同。工作原理相同的氣動量儀，不同的設計，結(jié)構(gòu)也可能有很大的

39、差異。本節(jié)就以我所在公司所產(chǎn)的qfp型浮標式氣動量儀為例，介紹一下單管浮標式氣動量儀的結(jié)構(gòu)，如圖4-3所示，大致可分為下列幾個部件：1. 空氣穩(wěn)壓器部件；2. 殼體部件；3. 指示部件；圖4-3 單管浮標式測量儀1.空氣穩(wěn)壓器部件 2.殼體部件 3.指示部件4.空氣分配室部件4. 空氣分配室部件。4.2.1 浮標式氣動量儀的結(jié)構(gòu)1. 穩(wěn)壓氣部件 如圖4-5所示，穩(wěn)壓器5通過下接頭4上的螺紋固定在支持管3上，支持管3以錐管螺紋與分配管2相連接。進氣閥1則與支持管成90度方向以錐管螺紋zg1/8安裝在分配管1上。 壓縮空氣從進氣閥6進入分配管1后經(jīng)支持管2中孔進入穩(wěn)壓器4，穩(wěn)壓后的空氣由接頭5輸出

40、至空氣分配室。穩(wěn)壓器的原理及其具體結(jié)構(gòu)如圖4-5，穩(wěn)壓器的輸出接頭5一般用（外徑壁厚）的聚氯乙烯軟管作為連接管。 支持管2用黃銅管加工而成，對于雙管以上的浮標量儀，則在分配管上并列幾套支持管和穩(wěn)壓器，相距間隔為.因為穩(wěn)壓器的直徑較大，因此將支持管取不同的長度，使幾個穩(wěn)壓器排列成階梯形，并將各穩(wěn)壓器扭轉(zhuǎn)約45度，如圖4-5所示，這樣才能保證在間隔的條件下并列安裝幾個穩(wěn)壓器。圖4-4 進氣閥1.閥體 2.手柄 3.彈簧 4.閥桿帽5.閥桿 6.墊圈圖4-5 穩(wěn)壓器部件1.進氣閥 2. 分配器3. 支持管4. 下接頭 5.穩(wěn)壓器 6.接頭進氣閥的結(jié)構(gòu)如圖4-4所示。黃銅制閥體1以其左端錐管螺紋kg/

41、8固定于圖4-4所示的分配管上。閥體1與閥桿5以的錐度相配合。當閥桿5上的通孔軸線與閥體1的軸線相平行時，進氣閥處于全開狀態(tài)。2. 殼體部件 殼體部件由鑄鐵制成，有一定的重量以降低量儀的重心，使量儀比較穩(wěn)定。左右量板一般由鋁合金鑄成或薄板沖壓而成，重量要小，又要具有一定的剛度，玻璃管支架固定在側(cè)板上，用以支撐和壓緊玻璃管。前板的剛度對多管量儀的示值變化有很大的影響，一般由加筋的鋼板或較厚的鋁合金制成。前板上部的孔是通過倍率調(diào)整螺釘?shù)模虏靠资侨菁{通向氣動側(cè)頭的接頭的。調(diào)零旋鈕組件安裝在前板上，是用來調(diào)整量儀零位的。螺紋套右端以螺紋m161固定在前板上，其左端開有十字槽，使其具有必要的彈性，開槽

42、部外圓是錐管螺紋kg1/8，擰動調(diào)節(jié)螺母就可調(diào)節(jié)其內(nèi)部變形量，調(diào)零螺釘擰在螺紋套中間螺紋孔m6內(nèi)，調(diào)零螺釘?shù)穆菁y應具有較低的表面粗糙度，并應和螺紋套的配合螺紋互研，使旋轉(zhuǎn)調(diào)零螺釘時比較柔和。通過調(diào)整調(diào)零螺母，消除調(diào)零螺釘和螺紋套之間的空程。套擰在螺紋套的中間外螺紋上，外表鍍鉻以保持良好的外觀和起到防止灰塵進入的作用。3. 指示部浮標式氣動量儀的指示部件是浮標式氣動量儀中最為重要的部件，量儀的主要性能指標都與它有關。(1) 錐度玻璃管錐度玻璃管的內(nèi)腔是帶錐度的，安裝時，小端在下、大端在上。玻璃管錐度的大小取決于量儀的公稱倍率。為了使測量儀具有良好的線性，錐度玻璃管的內(nèi)腔不是純錐孔，而是呈二次曲線

43、的。錐度玻璃管的材料為硬質(zhì)玻璃，并應經(jīng)穩(wěn)定性處理。由于錐度玻璃管的內(nèi)腔形狀十分重要，能否加工出符合設計要求的錐度玻璃管是生產(chǎn)浮標量儀的關鍵。目前采用熱塑成型工藝來加工錐度玻璃管。(2) 浮標圖4-6 2000倍量儀所用的浮標浮標是浮標式氣動量儀中唯一可動的部件，其尺寸、形狀、重量直接影響量儀的倍率和指示的穩(wěn)定性、測量間隙等。在浮標式氣動量儀的使用過程中，浮標自身的穩(wěn)定性是判斷量儀性能好壞的最直觀的項目。如圖4-6為日本電產(chǎn)東測公司生產(chǎn)的公稱倍率為2000的浮標式氣動量儀的浮標圖。其上端部是圓錐面和球面的組合，是“流線型”的，而且浮標的重心在下方，所以浮標穩(wěn)定性較好。實踐證明：在浮標中心鉆一個小

44、孔也對浮標的穩(wěn)定性有很大的改善。浮標的材料一般為鋁合金，機械加工時，保證上端部薄壁部不變形以及內(nèi)腔與外形的同軸度是非常重要的。(3) 上、下緩沖彈簧浮標式氣動量儀在使用過程中，當打開氣源或?qū)鈩訙y量頭從測量工件處退出來時，浮標將以很高的速度運動，固而設置了上、下緩沖彈簧。緩沖彈簧由三部分組成：上部是圓錐彈簧其錐度與玻璃管右端的錐度相同，并以此固定在玻璃管中；中部是圓柱壓縮彈簧，起主要緩沖作用，以吸收浮標的沖擊力；彈簧的下部是一個直桿和一個鉤。緩沖彈簧以鉤部與浮標內(nèi)腔相接觸，直桿有一定的長度，用以保證不使浮標上端面與緩沖彈簧相接觸，因為浮標上部壁很薄，極易被撞壞。緩沖彈簧用磷青銅絲制作，直徑為0

45、.3-0.4。4. 空氣分配室部件(1) 節(jié)流孔圖4-7 空氣分配室1.螺紋接頭 2.壓簧 3.調(diào)零閥桿 4.倍率螺釘 5.o形密封圈 6.分配室 7.導管 8.橡膠墊 9.進氣接頭 10.襯套 11、12.接頭 13.螺紋塞 14.密封墊導管7下端的小孔是節(jié)流孔，浮標式氣動量儀的節(jié)流孔一般較大，為，導管7比較長約,目的是使空氣能穩(wěn)定地進入錐度玻璃管的下端，從而增加指示的穩(wěn)定性。(2) 倍率調(diào)節(jié)閥倍率調(diào)節(jié)閥是由倍率螺釘及其臺肩面與分配室的中孔組成的，倍率螺釘外圓直徑為10mm，而分配室中孔的直徑為9mm。當倍率螺釘?shù)呐_肩面超出分配室中孔右側(cè)母線時，分配室中孔就被完全堵塞，空氣不能流過，也即倍率

46、調(diào)整閥處于關閉狀態(tài)。逆時針轉(zhuǎn)動倍率螺釘打開倍率閥時，空氣通過倍率螺釘臺肩面處的間隙從分配室中孔上端流向下端。倍率螺釘外圓槽內(nèi)有一o形密封圈，一方面起到不使空氣從倍率螺釘外圓間隙處逸入大氣的作用，另一方面還能使倍率螺釘旋轉(zhuǎn)時變得更加柔和。(3) 零位調(diào)節(jié)閥如圖4-7，零位調(diào)節(jié)閥由調(diào)零閥桿3右端的圓錐面與襯套10壁上的小孔組成，空氣通過調(diào)零閥桿錐面與小孔之間的縫隙從小孔流入大氣，軸向移動調(diào)零閥桿3即可改變錐面與小孔之間的縫隙大小，也即改變了調(diào)零閥的開度。調(diào)零閥桿左端大端面與客體部件前板上的調(diào)零旋鈕組件中調(diào)零螺釘右端錐尖相接觸，旋鈕調(diào)零螺釘，使閥桿產(chǎn)生軸向位移，就可以改變調(diào)零閥的開度。閥桿與襯套之間

47、的配合十分重要，要求既不能松動，又能前后柔和地滑動。配合太松，將使調(diào)零時浮標產(chǎn)生不規(guī)則運動，配合太緊，則可能使壓簧2不起作用，即閥桿卡死在襯套孔內(nèi)不能向左移動。4.2.2 浮標式氣動量儀所用的材料和結(jié)構(gòu)工藝性浮標式氣動量儀的各個零件常與壓縮空氣相接觸，在壓縮空氣中不可避免地含有一定的水蒸氣，很容易使之生銹。為此，氣動測量儀一般采用不易生銹的有色金屬、不銹鋼、工程塑料等。例如分配室和穩(wěn)壓器的材料為壓鑄鋅合金，各種接頭、進氣閥、成套等的材料為銅合金，分配管、支撐架、浮標等的材料為鋁合金，倍率螺釘調(diào)零閥桿的材料為不銹鋼。qfp型浮標式氣動量儀結(jié)構(gòu)比較簡單，除了幾個關鍵零件外，沒有很高的精度要求，加工

48、比較容易。影響浮標量儀性能指標的最關鍵零件是錐度玻璃管、浮標、分配室、倍率螺釘和調(diào)零閥桿。錐度玻璃管要求內(nèi)腔呈二次曲線，如上所述，目前均采用熱塑成形方法。浮標的外形、重量以及內(nèi)腔和外腔的同軸度要求較高，一般用成形車刀和專用夾具在臺車上車削加工。調(diào)整刀具時，要將加工的首件在高倍投影儀上檢測外形和尺寸，在高精度天平上稱出重量，并用浮標量儀進行性能檢測，經(jīng)確定全部合格后方可進行批量加工?？諝夥峙涫乙蟀惭b倍率螺釘?shù)目着c分配室中孔軸線相交，壓入分配室的成套中孔的圓柱度誤差小，并具有較低的表面粗糙度。倍率螺釘要求螺紋表面具有較低的粗糙度，最好進行螺紋磨削加工，外圓與螺紋具有良好的同軸度以及外圓、端面有較

49、低的表面粗糙度。一般在熱處理后采用高精磨削加工和精車加工。調(diào)零螺釘主要要保證外圓的圓柱度和直徑尺寸。直徑按襯套的實際尺寸進行配合加工，配合間隙一般為。4.2.3 qfp型浮標式氣動量儀結(jié)構(gòu)的優(yōu)點具有qfp型結(jié)構(gòu)類型的浮標式氣動量儀在國內(nèi)占了很大的市場份額，有效地應用于機械制造的各個行業(yè)。其結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點：1. 結(jié)構(gòu)簡單（約50個零件組成）；2. 裝配、調(diào)試、維修方便；3. 倍率調(diào)整閥與調(diào)零閥處不易堵塞，易清洗；4. 錐度玻璃管采用端面壓裝，密封可靠，裝卸方便；5. 浮標結(jié)構(gòu)合理，穩(wěn)定性好；4.3 浮標式氣動量儀的氣動測量頭和校對規(guī)氣動量儀的指示部和測量部是分開的，其間是以軟管連接起來的。習慣

50、上，常將氣動量儀的指示部稱之為氣動量儀本體或簡稱為氣動量儀，而將測量部稱之為氣動測量頭或氣動測頭。圖4-8 校對規(guī)氣動量儀的本體一般是相對固定不變的，其性能指標是以標準測量頭為基準而規(guī)定的。但氣動測量頭則是根據(jù)被測工件的具體情況而變化的，因此氣動測量頭是多種多樣的。氣動測量屬于相對測量，需要用基準量來調(diào)整氣動量儀，稱之為定標，該基準量即校對規(guī)的工作尺寸。內(nèi)徑氣動測量頭應附有兩個校對規(guī)，其形狀最好與被測件形狀一致，其上作尺寸分別等于被測孔徑的最大和最小極限尺寸，即 (4-1)外徑氣動測量頭應附有兩個校對規(guī)，其形狀最好與被測件形狀一致，其工作尺寸分別等于被測孔徑的最大和最小極限尺寸，即 (4-2)

51、校對規(guī)要求具有耐磨性，尺寸穩(wěn)定，通常采用軸承鋼材料，并經(jīng)過熱處理獲得62hrg以上的硬度，并經(jīng)過多項冷處理。如圖所示。常用氣動測量頭的應用示例如表4-1。表4-1 常用氣動測量頭的應用1、二尺寸之差：兩軸向氣動測量頭與一臺氣動量儀相連接，分別測得a、b的尺寸，量儀即指示出二尺寸之差。2、二尺寸之和：兩軸向氣動測頭與一臺氣動量儀相連接，分別測得a、b的尺寸，量儀即指示出二尺寸之和。 3、槽寬： 對向噴嘴測量頭插入被測件槽內(nèi)，量儀即指示出被測件槽的寬度值。 4、勸深度： 單噴嘴測量頭插入被測件槽內(nèi)，量儀即指示出被測件的深度值。5、厚度： 被測件放入對向噴嘴測量頭內(nèi)，量儀即指示出厚度值。 6、壁厚差

52、： 對向噴嘴測頭測量，上件繞測量頭相對轉(zhuǎn)動一周，量儀指示的最大值和最小值之差即為壁厚差。 7、錐度或錐度差： 測量頭內(nèi)有兩對對向噴嘴，分別接于兩臺量儀，兩量儀示值之差，即為在l長度上的錐度或錐度差。 8、內(nèi)孔軸線直線度：測量頭內(nèi)有四個噴嘴，測頭插入被測孔內(nèi)轉(zhuǎn)動一周，量儀指示的最大和最小值之差的一半為孔軸線的直線度。9、棱圓度：被測件為三棱、五棱，測頭噴嘴分別為三向、五向均布，測量頭插入孔中轉(zhuǎn)動一周，最大和最小值之差為棱圓度。10、垂直度：對向噴嘴測量頭插入被測工件內(nèi)，轉(zhuǎn)動一周，量儀指示的最大值和最小值之差即為孔軸線對端面垂直度誤差的兩倍。11、兩孔中心距：固定距離為l的兩測頭，與兩臺量儀相連，

53、測量頭插入工件內(nèi)，兩量儀示值之差的一半為兩孔實際中心距。4.4 浮標式氣動量儀的選用原則氣動量儀的選用一般分量儀本體的選用和測量裝置的選用兩部分，下面分別加以說明。1. 量儀本體的選用氣動量儀的標稱倍率有2000倍、5000倍和10000倍，其對應刻度值分別為、和。因此氣動測量的精度較高。具體選擇時可根據(jù)被測工件的尺寸公差選擇不同的量儀，公差帶寬的選用較低倍率的量儀，公差帶窄的選用較高倍率的量儀。即精度要求高的選用高倍率，精度要求低的選用低倍率。通常推薦選用值如下：公差帶范圍，選用2000倍量儀；公差帶范圍，選用5000倍量儀；公差帶范圍，選用10000倍量儀。2. 測量裝置的選用 測量裝置一

54、般是根據(jù)被測對象的尺寸和公差帶定制的，根據(jù)被測工件的類型和特點，測量裝置可設計成各種不同的噴嘴，噴嘴越多，測量精度越高。定制測量裝置時還必須同時定制一套與公差帶符合的校對規(guī)。這樣在實際使用時只要先將量儀定標，然后將測量裝置插入或套入被測對象，從浮標的位置就可得出被測工件的尺寸是否超差、超差多少。 需要說明的是，氣動測量屬于比較測量，測出的是與標準值的偏差。尤其需要說明的是，用氣動測量法測量工件的內(nèi)外徑時，測出的是工件的平均尺寸。第五章 浮標式氣動量儀的使用方法5.1 操作前的準備工作在進入測量工作以前，必須做好如下的準備工作：1. 清洗干凈相應的測量頭及校對規(guī)，按管路連接的要求，接在儀器正面的

55、出氣接頭上。2. 供給壓縮空氣從壓縮空氣站出來的壓縮空氣，往往含有一定量的水分和油分，要想解決這一問題，可以采用下列三種措施：(1) 在壓縮空氣管路與空氣過濾器用橡膠管連接之前，先將管路氣閥打開待從管路噴出的壓縮空氣沒有水分之后，再接在空氣過濾器上。(2) 壓縮空氣管路上裝兩個氣閥，先把氣閥1打開，將管路中的水和油放除后，關閉氣閥1，打開氣閥2，送入壓縮空氣如圖5-1。(3) 在空氣過濾器的前面，裝上具有一定容積的貯氣筒如圖5-2，使壓縮空氣管路中的水積存在儲氣筒內(nèi)。圖5-2 去水裝置圖5-1 凈化空氣裝置每天工作之前和工作完畢后，在通入壓縮空氣的情況下，將儲氣筒下部的放水閥打開，將積存的水放出。當空氣過濾器通入壓縮空氣后，打開儀器進氣閥，檢查各連接部分是否有漏氣現(xiàn)象，從測量噴嘴噴出的壓縮空氣是否正常。5.2 調(diào)整量儀調(diào)整得正確與否會直接影響到測量結(jié)果的正確性，所以應給予特別的重視。調(diào)整的具體方法隨著測量類型的不同略有差別，下面主要介紹兩種最基本的調(diào)整方法。對量儀有了充分了解并掌握了這三種方法后，對其它類型測量的調(diào)整可以說沒有什么困難。1. 使