智能气动测量系统的研究

　　1　智能气动测量系统测量原理

　　1·1　系统总体设计方案

　　缸体、叶片和活塞智能气动测量自动选配系统总体设计方案如图1所示。它包括气动测量、前向通道、人机通道、后向通道和电源5个部分。

　　1·2　背压式气动测量的基本原理

　　背压式气动测量仪的气路原理如图2所示。由气源提供的经过滤轻的稳压气体(压力为pw)通过主喷嘴d1进入测量气室,气室的另一端与测量喷嘴(直径为d2)相通,扩散硅压力传感器可将测量气室压力pb转换为电信号输出。气体从测量喷嘴的端面与工件B的表面形成的间隙S处排入大气。

　　当通过主喷嘴和测量喷嘴的气流都处于非临界状态时,其测量特性方程

　　式中

        Cv———考虑到可压缩性引起的流速改变的系数;

　　Cq———考虑到可压缩性引起的流量改变的系数;

　　Cc———测量喷嘴流量系数与主喷嘴系数的比值的平方;

　　n———测量喷嘴数。

　　其测量特性曲线(见图3)为非线性的,只有在拐点附近的曲线近似为直线,即对应于Smin到Smax区间内pb近似为线性,但此测量线性范围只在拐点附近,非常有限。气动测量的灵敏度k为测量间隙S的函数,在测量特性曲线的拐点处取得最大值

　　为了获得较高的k′,据经验其唯一的途径只有减小主喷嘴的直径d1,但这样做会大大降低测量效率,因d1越小,达到压力平衡的时间越长。因此,如何在保证一定的响应速度下,提高测量灵敏度、扩大测量范围及提高测量精度就成了气动测量系统亟待解决的问题。

　　2　控制系统的设计原理

　　2·1　差动程控放大器

　　本系统传感器输出电压是mV级,为了利用A/D转换器的动态范围,需将传感器输出电压信号进行放大。为了适应多量程测量,减小系统的相对误差,本系统采用了改变RG的办法以实现增益可变的差动程控放大器,其原理图如图4所示。A1、A2放大器选用了低噪声低漂移运放OP—07,A3选用具有较高共模抑制比的运放OP—07。为提高电路的对称性RG、R2、R3、R4都选用了经过挑选的低温度系数紧密线绕电阻。电路中选用了一个双四路电子开关,由A、B两端控制,每次接通两个开关来选择不同的RG改变测量放大器的增益

　　这样通过计算机软件控制可达到自动改变量程的目的。这种增益可编程控制测量放大器,虽然使用了较多的电阻,但电子开关的导通电阻Ron对RGi、R2没有影响,因而不会因Ron和Ron的不一致性影响测量放大器的放大倍数。