科學、公正、準確、高效!SCIENTIFIC,FAIR,ACCURATE,EFFICIENT!
全國咨詢熱線:400-8898-589
您的位置:首頁>>校準知識>>校準動態

精密電容測微儀進行自校正的可行性

作者: 時間:2020-09-05622 次瀏覽

信息摘要:

對于不同的測微系統,其標定的方法原理和所用的裝置以及校正的基準都會有著不同的要求。為了對精密電容測微系統進行精確的儀器校正,必須對其工作原理、傳感器的結構特點和安裝方式進行全面的分析研究;尋找適合其工作特點的標定原理和方法,設計完整的校正裝置滿足校正精度的需要。因此,下面首先進行精密電容測微系統的工作原理的分析研究。

1、精密電容測微儀的工作原理

隨著精密加工技術的誕生發展和天文、國防、航天工業等對零件精度要求的提高,加工設備和工件的測量精度要求也就愈來愈高。因此,近幾年來各行各業紛紛推出了高分辨力、高精度的測量儀器。精密測微儀是七十年代初期,航天部為了解決《慣性導航系統陀螺的動態測試》問題首次提出的,這是因為陀螺的動態測量對提高陀螺的精度和氣體軸承的研究是非常重要的。其測量主要包括軸向、徑向、角剛度、軸承壓力的分布、不穩定性以及振動等各個參數。由于被測對象是高速旋轉體,在測量時必須采用非接觸式的方法;同時由于測量的是很小氣膜(約為0.2~0.3微米),因此要求測量設備必須有很高的靈敏度和精確度,只有這樣才能滿足被測對象的要求。

精密電容測微儀,是一種非接觸式精確測量微小相對位移、微小尺寸和微振動的儀器。它具有靈敏度高、動態響應好、結構簡單、穩定可靠、使用方便、并能實現無接觸測量等一系列優點,因此在科研、儀器計量及工業生產加工行業中都得到了廣泛的應用。電容測微儀主要應用的方面有:各種介質的薄膜厚度、金屬微變、微小相對位移、微小孔徑及各種截面的形狀誤差等,在精密機械工業測量方面取得了重要地位,成為納米測試技術和慣導系統不可缺少的測試設備之一。所以,目前世界各發達國家對電容式精密測微的發展給予了足夠的重視,并相繼研制出適用于各種場合的電容檢測設備。

 電容測微儀一個最關鍵的技術問題,就是如何用合適的電路把電容傳感器容量的變化準確地轉化為所測參量的變化,目前常用的電容轉化電路有諧振法、流橋法、調頻法、調幅法。由于電容傳感器本身與被所測對象構成的有效電容值很小,很容易受外界的干擾,因此無論采用那一種轉換電路都必須很好的解決漂移和雜散電容對測量的影響。下面給出一些國際上比較典型和成熟的電容式精密測微系統的生產廠家和技術指標(見表2-1)。為了對各種工作原理的電容測微系統進行精確的自校正,就必須對其轉化電路的基本工作原理和傳感器的結構特點進行分析討論,以便采用相應、合理的自校正裝置對其進行準確的校正。

 1.png

2、精密電容測微儀自校正的實現

 儀器校正方法中位移比例杠桿放大結構是其基本工作原理(即經常采用的正弦尺原理)的核心,它是通過比例放大裝置將被校傳感器測量的位移按比例放大之后,與基準傳感器所測量的結果進行比較,并將二者所測得的結果按照一定的方法進行數據處理最終確定其線性誤差,從而提高被校正傳感器的測量精度。我們只得到了自校正方法的理論基礎,但不同的傳感器的結構形式和不同測量原理的測試設備,采用的自校正的方法和校正的裝置都不可能完全相同。這是因為杠桿比例放大結構在測量原理上存在兩大缺陷,一是杠桿結構自身的缺點:杠桿支點的位置不確定性對位移的放大比例產生直接的影響;另外杠桿支點的轉角剛度對杠桿的撓曲變形起著決定性的作用,而且這些影響非常復雜很難用簡單的函數關系表達出來。而這種復雜的影響關系對自校正的準確性的影響也很復雜,不易于修正;二是比例杠桿應用在有效面積型傳感器中的缺點:比例杠桿在彎曲變形時,對于被校正具有有效測量截面的傳感器而言,其位移變化存在著正弦尺的原理誤差,在對這類傳感器進行儀器校正時必須充分考慮其對儀器校正精度的影響。對于任何形式的精密電容測微儀,由于其所使用的電容傳感器都具有一定的有效測量面積,采用自校正方法進行校正時,上述杠桿比例放大結構的兩種影響都是不容忽視的。根據上述儀器校正基本工作原理,對具有有效測量面積類型的傳感器進行自校正時,必須對其自校正裝置進行合理的設計,具體實驗裝置如圖2-8所示。該自校正實驗裝置采用了兩個坡度相同的比例斜塊,當二者發生相對運動時,即可放大(或縮小)在其相互垂直方向上的位移,以此實現自校正過程中被測傳感器測量距離放大(或縮小)的目的。采用這種位移比例放大(或縮小)裝置,在接個運動過程中既沒有支點的位置精度的影響也沒有撓曲變形的比例非線性,從原理上解決了比例杠桿結構對有效面積類型傳感器自校正精度的影響。

 

 

根據電容測微儀傳感器的結構形式特點和安裝方法的特殊要求,采用斜面位移比例放大結構非常適合。因為斜面式位移比例放大裝置,其比例放大倍數是由兩相互接觸斜面的坡度來決定,只要改變斜面坡度值的大小,就可以實現任意比例放大倍數。另外,采用這種結構位移比例放大系數在整個測量過程中非常穩定,因此可以大大的提高傳感器自校正的準確度和穩定性。在圖2-8的自校正裝置原理圖中,以直徑為由3mm的單極板電容傳感器A和B為例進行自校正。傳感器A可以通過調整裝置改變其與被測面之間的距離,以便對傳感器不同的測量范圍段進行校正。具體的校正過程是壓電驅動器推動比例斜面位移使基準傳感器由測量的初始位置變化到滿量程,與此同時計算機采集傳感器A和B的變化量,實現校正過程的自動數據采集。由于比例斜面的放大作用被校正傳感器只能校正其滿量程的l/n。之后壓電驅動器返回到基準傳感器的初始位置,同時調整被校正傳感器到剛才校正的最后一點的位置,進行下一個1/n量程的儀器校正,依次進行n次即可完成一個校正循環。另外從2-l節的推導可以看出,n值取的愈大在校正的過程中基準傳感器對被測傳感器誤差的放大作用愈大,校正的精度就會愈高。但是n值愈大在校正過程中基準傳感器安裝調整的次數愈多,進行一次完整的校正的時間就會愈長,這樣由于安裝和校正系統的漂移引起的校正誤差就會愈大。由于上述原因,如果n值取得太大,反而會降低校正的準確性。因此,在實際n值的選取中,必須進行全面的考慮選取一個折衷數值。

微驅動器作為一種能產生微米、納米級動作的微型裝置,為微機械提供動能,已成為微機械研究的一個重要支柱。由于它的輸出能產生微米、納米級的操作動作,因此在工業的各個領域中獲得了廣泛的應用和推廣。近年來,國內外開發研究的微驅動器,按其工作原理大致可分為靜電、電磁、壓電、形狀記憶合金、熱和光驅動、超導驅動等類型,其中壓電型驅動器是利用壓電陶瓷的逆壓電效應設計而成,是一種新型的微位移器件,具有結構簡單、體積小、響應快、分辨力高、控制簡單、沒有發熱問題等優點,是理想的微位移器件。壓電驅動器的上述諸特點賦予了它廣闊的應用前景和實用價值,故得到了國內外科技人員的極大關注。壓電陶瓷是具有壓電效應的壓電材料,在經過極化處理的陶瓷體上沿其方向施加一個機械壓力(或釋放壓力)時,陶瓷體就會產生充(放)電現象,即正壓電效應;反之,若在陶瓷體上施加一個與極化方向相同(或相反)的電場,則會引起陶瓷體伸長(或縮短)的變形,即逆壓電效應。我們利用壓電陶瓷的逆壓電效應來產生系統的微位移運動。

 

 

為了把握校正系統噪聲及漂移情況,進行了如下的自校正系統穩定性實驗:在自校正系統的各部分連接與儀器校正過程完全一致的情況下,將傳感器Sa和Sb都調整到其滿量程一半的位置,待校正系統穩定后,由計算機進行定時定間隔采集數據。圖2-9是整個采樣過程15min,間隔5s采樣一次的測量結果。圖中橫坐標表示采樣樣本數,縱坐標表示傳感器Sa和Sb的漂移量,單位(mV)。采用該自校正系統中進行儀器校正時,被校正傳感器在整個測量范圍內校正一遍,一般約需10min。在這期間整個系統的變化量不超過2mV(約8nm)。

4.png

在實際的校正過程中,每個數據都是取其20次采樣的平均值,高頻成分的影響將進一步減小。對分辨力4nm的傳感器來說,其高頻成分的影響可以忽略不計。雖然漂移情況往往隨時間的變化而變化,圖2-9是具有代表性的實例之一。從穩定性實驗的結果來看,該自校正裝置完全可以滿足精密電容測微系統自校正穩定性的要求。

 

返回列表 本文標簽:
曰本女人牲交全视频播放 中国熟妇牲交视频免费 人体高清牲交视频 曰本女人牲交免费视频