哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ) 大作業(yè) 傳感器

HarbinInstituteofTechnology課程大作業(yè)說明書課程名稱：機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)院系：班級：設(shè)計(jì)者：學(xué)號：指導(dǎo)教師：李躍峰設(shè)計(jì)時(shí)間：2014、5、5哈爾濱工業(yè)大學(xué)

一、題目如圖所示工件為一個(gè)箱體，體積較大，不適合于搬動(dòng)，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(nèi)放置o形密封圈，現(xiàn)在要現(xiàn)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(nèi)。88作業(yè)要求（1）學(xué)生選題可以多人選一題，但是要求獨(dú)立完成作業(yè)內(nèi)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(jù)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(yīng)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(wù)的測量精度，并根據(jù)精度指標(biāo)初選適合該精度的傳感器系列；測量精度一般根據(jù)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(dá)到10呵時(shí)測量精度一般應(yīng)達(dá)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(yīng)變式傳感器，電感式傳感器等，但考慮精度的同時(shí)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(xué)生要根據(jù)被測量的特點(diǎn)及題目要求，綜合考慮測量方便，適合于批量測量的特點(diǎn)，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(yīng)達(dá)到公差帶的五分之一，即測量精度應(yīng)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(dòng)變壓器式電感傳感器，其精確度高達(dá)0?l“m,線性范圍大，穩(wěn)定度好,使用方便，被廣泛應(yīng)用于直線位移的測量。三、差動(dòng)變壓式電感傳感器原理簡介:把被測的非電量變化轉(zhuǎn)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(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級繞組都用差動(dòng)形式連接，故稱差動(dòng)變壓差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)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(yīng)用最多的是螺線管式差動(dòng)變壓器，它可以測量1?100mm范圍內(nèi)的機(jī)械位移，并具有測量精度高，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。差動(dòng)變壓器是一種線圈互感隨銜鐵位移而變化的轉(zhuǎn)換器。差動(dòng)變壓器等效電路如圖1所示。其磁路是開放的，次級的2個(gè)線圈連接成差動(dòng)結(jié)構(gòu)。根據(jù)圖1可以推算差動(dòng)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(lì)電壓。差動(dòng)變壓器的互感量與其內(nèi)部的磁場變化相關(guān)聯(lián)，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(nèi),只要銜鐵位移，差動(dòng)變壓器的輸出電壓就產(chǎn)生相應(yīng)的變化，近似線性關(guān)系,輸出電壓Uo是銜鐵位移量x的單值函數(shù)。銜鐵在差動(dòng)變壓器的幾何中心位置時(shí)，如次級的2個(gè)線圈的參數(shù)和磁路尺寸相等，則M1=M2,參照式（1）運(yùn)算，此時(shí)，差動(dòng)變壓器的輸出電壓為零。但實(shí)際制作時(shí)，次級2個(gè)線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸存在一定的差異，所以,當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，定有不平衡輸出,即存在零點(diǎn)殘余電壓。零點(diǎn)殘余電壓包含基波和高次諧波。基波的正交分量使輸出信號產(chǎn)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(fù)面效應(yīng),使傳感器在零點(diǎn)附近測量時(shí)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(gè)線圈的電氣參數(shù)和幾何尺寸的一致性和磁路的對稱性。在此基礎(chǔ)上,選擇適宜的補(bǔ)償電路亦是至關(guān)重要的，可進(jìn)一步減小零殘電壓。本方案使用圖2的補(bǔ)償電路，電路中增加了反饋支路。一、亠罔2差動(dòng)變壓器零殘電壓補(bǔ)償電路四、測量方案由于工件較大，不適合搬動(dòng)，可設(shè)計(jì)專用量具。量具圖如下：最外層兩個(gè)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(gè)傳感器，使三個(gè)傳感器均勻分布在環(huán)槽的三個(gè)位置，只要旋轉(zhuǎn)夾具，即可測量不同位置的深度。該結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點(diǎn)：一次測量可以獲得均勻分布的三點(diǎn)的槽深，旋轉(zhuǎn)一定角度即可再測得另外三點(diǎn)的槽深，多次測量即可獲得足夠多位置的槽深。采用差動(dòng)式測量，用兩傳感器測量結(jié)果之差來計(jì)算槽深，可減少誤