电子柱测微仪的研究

　　该仪器是高精度的测量小尺寸变化的量仪,可用于自动化生产的尺寸测量检测中,它将取代气动量仪。电子柱测微仪是一种具有国内先进水平的电子测量仪器。仪器由测头(电感式测量头、夹具)、放大电路、信号处理电路、单片机和显示屏五部分组成。零件的尺寸变化量通过电感式测头产生电信号,经过放大处理,由计算机进行比较、分析,送给由100个发光二极管组成的显示屏显示。

　　1　电子柱测微仪的工作原理

　　1·1　原理框图

　　1.2测微仪的工作原理

　　被测工件的尺寸变化使位移传感器的测头作相应的位移变化,引起传感器的电感量发生变化,经测量电桥检验工件尺寸变化而变化的正弦交流信号。其幅值与传感器铁芯相对平衡位置的偏离位置成正比,信号频率与震荡器输出频率相同,而相位与铁芯位置有关。信号经放大,由相敏检波调制出信号的幅值与相位。即为正或负的直流电压信号。这个直流电压信号与传感器测头的位移,即工作的尺寸大小成比例。这个直流信号通过A/D转换,由CPU单片机处理。经过电子柱显示测量结果。

　　2　测量电桥的设计

　　测量电桥是保证电子柱测微仪测量精度指标的关键所在。

　　2·1　位移传感器

　　电子柱测微仪采用了DGC-82P/B型电感式位移传感器。

　　传感器的电路模型如(图1)所示:传感器由两组电感线圈及移动铁芯组成。当铁芯移到平衡位置时则两线圈电感为:L1= L2-LSO(S = S0)

　　芯向上偏离时,则有:

　　显然有L1增大,L2减小。若铁心向下偏离则互换L1、L2。

　　2·2　参量双电桥

　　参量双电桥电路如图2所示:

　　·s1是由振荡器产生的9KHZ正弦交流激励电源。

　　u·s1(t) =40sin(18000πt)

　　次级则为:

　　u·s2(t) =10sin(18000πt)

　　以中心抽头为参考电位,传感器抽头3为测量电桥,输出测量信号u·02。由R1、R2及RP组成调零电桥,由电位器中间抽头输出调零信号u·01。

　　由(图2)可求出:

　　其中L13为传感器1-3端电感,

　　R′1= R1+RP1　　RP= RP1+RP2

　　当铁芯偏离中心位置时,若向上,则Z13增大使u·02值减小到负值,反之增大到变正。同理u·01值当电位器滑动端向下则减小,反之则增大。

　　当传感器在平衡位置时,理想情况下u·02=0,但是由于Z13≠Z34(Z13+jωL13,Z34+jωL34)。这将引起残余电压E01,同时由于激励电源12u·s1与12u·s2的不平衡也会引起残余电压E0S。残余电压E0定义为传感器在零点位置输出u·02的最小电压。

　　传感器位移与u·02输出特征由如(图3)所示,实线为理想状态下曲线,虚线为有残余电压情况下的曲线。