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整体式数字显示电感内径测微仪

1 引 言

内径测量是几何测量中的一项重要内容，其特点是测量器具活动空间受到限制，操作调整不便，测量速度慢，特别是小孔、深孔GPS、盲孔及内径微小变化的测量难度更大些。对整体式高精度的电动内径测微仪虽有人做过理论探讨，但尚未进行成型产品的研制开发，相对于工业发达国家存在着相当大的差距。因此，开发结构轻巧、高效率、高精度的新型内径量具量仪具有迫切的现实需要。

2 测 量 原 理

如图1所示仪器主要由以下几部分组成：(1)内径尺寸转换装置：该部分的主要功能是将被测尺寸(或误差)引起的活动测头的径向位移转换为轴向位移。(2)传感器：将由测量头转换而来的轴向位移转换为一个幅值与该位移成正比的交流电压信号。(3)模拟信号处理电路：正比于磁芯位移的交流信号经交流放大、相敏解调、直流放大，得到一个与磁芯位移成正比的直流电压。(4)数显装置：完成信号从模拟量到数字量的转换，并驱动液晶进行数字显示。

3 系统结构设计

3.1 系统结构设计

系统结构设计主要由三部分组成，即测量头，传感器，电路显示。

图1 测量原理框图

测量头结构采用传动杠杆进行径向位移的轴向转化(图1)。传感器结智者见智构设计示意图如图2所示。中间传动杆的孔端刃口将转换来的轴向微位移加在传感器连接顶尖上，与之连接的测杠可带动磁芯在电感线圈中移动。电路显示装置从外观上看，为注塑盒状仪表。对不同的孔径范围，测量头可更换，但显示部分和传感器是通用的，在仪表内部，主要器件为模拟和数字两块电它能满足飞机厚大截面结构对强度和应力腐蚀开裂的过程分析要求路板及工作电源。

图2 传感器结构示意图

图3 差动磁芯型电感传感器工作原理

3.2 系统电路设计

电路包括模拟、数字及电源三部分，其中模拟部分包括传感器、测量电桥、振荡器、交流放大、相敏检波、直流放大等；数字部分包括A/D转换、液晶显示等，其框图示于图1。

传感器是整个仪器的核心之一，是保证测量精度的基础。本文所采用的传感器为差动磁芯型传感器，其原理如图3所示，由物理学可知线圈电感为：

(1)

式中 n1、n2 上下线圈砸数；u0 空气导磁率(4π×H/m)；

A1=A2 气隙截面积(m2)；δ1、δ2 气隙长度(m)。

由于设计时差动磁芯型电感传感器的上下线圈参数对称，假设磁芯处于起始位置即中间位置时，传感器两线圈的起始气隙δ1=δ2=δ0。当磁芯向上移动ΔS时，电感的变化总量

(2)

可见：高次项是造成电感传感器非线性的原因，但当Δδ在足够小的范围内变化时，高次项迅速衰减，所以仍可认为这时ΔL与Δδ成线性；

差动式电感传感器的ΔL中不含偶次项，这说明这种传感器的非线性在±Δδ工作范围内要比简单电感传感器小得多。

电桥的输出电压大小与磁芯位移Δδ有关，它的相位与磁芯移动方向有关。同样位移Δδ所引起的ΔL变化量，差动电感传感器是简单电感传感器的两倍，电感传感器的灵敏度与ΔL成正比，所以这将使传感器的灵敏度成倍提高。

在电桥供电频率为10kHz的条件下信号最为稳定。

该低温槽采取进口复叠式紧缩机制冷技术4 误差分析及实验数据采集

整体式数显电感内径测微仪的测量误差主要来自内径转换测量头和系统电路两方面。

4.1 由内径转换测量头产生的测量误差Δ1〔2〕。

造成该项误差的因素较多，主要有：定位护桥的定位误差δ11；各接触端的磨损δ12；传动杠杆的不等臂性误差δ13；毛刷轮传动杠杆的角度与位置误差δ14；测量压力变化所带来的测量误差δ15。

(3)

4.2 系统电路所引入的示值误差Δ2

该项误差来自如下几个方面：传感器的不确定度δ21；温度漂移δ22；其它因素引入的误差砾石δ23，系统电路所引入的误差Δ2是δ21、δ22、δ23综合的结果。

(4)

系统电路误差的实验测试采用JB1078—67块规作为传感器位移标准量，待系统稳定后分档进行数据采集，得到数据列于表1。其中S为量块的值，即标准值，S1、S2、S3、S4、S5为5次测量数显读数，为5次测量平均值。

表1 200μm档实验测

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