Реферат: Методы и средства измерений и контроля
Требуется разработать преобразователь для специализированного средства измерения используемого при автоматическом контроле параллельности направляющей прецизионного станка.
Требуемые характеристики средства измерений:
Длинна измеряемой поверхности:.................. 400 мм.
Измеряемый параметр:........................................ параллельность
Значение измеряемого параметра:................ 2,5 мкм
Проект преобразователя должен содержать:
а) Выбор принципа работы преобразователя и его описание
б) Выбор и обоснование метрологических характеристик преобразователя
в) Расчет метрологических характеристик преобразователя
г) Эскиз механической части
д) Схема электрической части (если присутствует)
2 Выбор принципа работы преобразователя и описание его работы.
2.1 Выбор принципа работы преобразователя.
В нашем случае производится измерение параллельности направляющих.
К отклонениям от параллельности относятся отклонения от параллельности плоскостей, суммарное отклонение от параллельности и плоскостности, отклонения от параллельности оси относительно плоскости или плоскости относительно оси, отклонения от параллельности осей на плоскости и в пространстве.
Наш преобразователь должен измерять отклонения от параллельности плоскостей.
Рисунок 1. - Модель измерения |
Рисунок 2. - Схема измерения |
Под отклонением от параллельности плоскостей понимают разность D наибольшего и наименьшего расстояний между прилегающими плоскостями в пределах нормируемого участка.
Для измерения отклонений от параллельности в нашем случае лучше всего применить преобразователь, основанный на принципе измерения разности емкостей и электрической части преобразователя на основе балансового моста.
2.2 Принцип действия емкостных преобразователей
Емкостные преобразователи основаны на зависимости электрической емкости конденсатора от размеров, расположения его обкладок и от диэлектрической проницаемости среды между ними.
Для плоского конденсатора электрическая емкость определяется выражением:
,
где e0 - диэлектрическая постоянная; e - относительная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками; S - активная площадь обкладок; d - расстояние между обкладками. Из этого выражения следует, что в емкостном преобразователе переменной (входной) величиной может быть либо d, либо S, либо e.
На рис. 3 схематично изображены различные типы емкостных преобразователей.
Преобразователь на рис. 3, а представляет собой конденсатор, одна пластина которого перемещается относительно другой так, что изменяется расстояние между d между пластинами. Функция преобразования С=f(d) нелинейна, причем чувствительность возрастает с изменением расстояния между d между пластинами. Функция преобразования С=f(d) нелинейна, причем чувствительность возрастает с уменьшением d. Минимальное значение d определяется напряжением пробоя конденсатора. Такие преобразователи используются для измерения малых перемещений (менее 1 мм).
На рис. 3, б показан дифференциальный емкостный преобразователь, в котором при перемещении центральной пластины емкость одного конденсатора увеличивается, а другая уменьшается. Дифференциальная конструкция позволяет уменьшить погрешность нелинейности или увеличить рабочий диапазон перемещений.
Преобразователь на рис. 3, в также имеет дифференциальную конструкцию, но в нем происходит изменение активной площади пластин. Он используется для измерения сравнительно больших линейных (более 1 мм) и угловых перемещений. В таком преобразователе можно получить необходимую функцию преобразования путем профилирования пластин.
Рисунок 3. Емкостные преобразователи
Емкостные преобразователи просты по конструкции, имеют высокую чувствительность и относительно малую инерционность. К их недостаткам следует отнести влияние внешних электрических полей, паразитных емкостей, температуры, влажности.
2.3 Описание работы проектируемого преобразователя.
Преобразователь основан на принципе измерения разности двух емкостей, обкладки которых связаны с свободно перемещающимися щупами, которые в свою очередь контактируют с поверхностью. Сам прибор при этом прижимается в базовой поверхности, относительно которой и проводится измерение. Непараллельность присутствует всегда, поэтому расстояние между обкладками емкостей будет разным, соответственно будет наблюдаться разность емкостей, вносит дисбаланс в мостовую схему электрической части и вызывает появление напряжения на выходе мостовой схемы. Далее это напряжение может быть подано в электрический преобразователь или измеряться непосредственно вольтметром. Зависимость между величиной отклонения от параллельности и напряжением нелинейна при плоских прямоугольных обкладках емкостей, однако эту зависимость можно легко привести к линейной путем изменения формы обкладок (профилированием). Либо как вариант подавать сигнал с мостовой схемы на аналого-цифровой преобразователь ЭВМ и выправлять зависимость с помощью программных методов.
Попутно можно отметить, что число емкостей может быть больше двух, точность измерения при этом возрастает, но мостовая схема уже не годится и в качестве анализатора лучше использовать ЭВМ, при этом при отсутствии дополнительных затрат можно также получить измерение плоскостности.
Настройку на 0 балансного моста необходимо будет проводить на образцовой поверхности, параллельной базе от которой производится измерение.