浮标式气动测量仪的工程应用.doc

洛阳理工学院毕业论文气动测量仪的工程应用 浮标式气动测量仪摘 要机械加工中传统测量尺寸的量具和方法很多，一般常用的有游标卡尺、千分尺、百分表等，这些量具适用于现场测量，但有时测量精度达不到要求。测量精度高的如测长机、三坐标测量机等，对环境要求较高，不适合作现场测量。一些容易产生变形的工件(如薄壁零件)，用传统的测量方法，则有可能由于测量人员的人为因素，如测量经验、测力的掌握不匀等，引起工件在测量过程中变形，这样就使得测量数据的可靠性受到影响。气动测量由于其测量方法比传统的方法有许多的优越性，既适合现场测量，又能达到较高的测量精度，因此在机械加工中的应用日益增加。气动量仪是机械制造工业中使用的一种精密测量仪器，用于测量工件的长度、厚度、槽宽、内孔直径、外圆直径、两孔中心距、轴心线直线度、圆度、垂直度、平行度等各种参数。具有测量精度高、结构简单、使用维护方便、可以实现非接触式远距离测量等优点。若与各种类型的气动测量头配合使用，还可以完成多种测量工作。因此，在各种测量仪器中，气动测量仪是一种很有发展前途的测量仪器。 基于气动量仪的以上优点，本文重点讨论了气动量仪中最具代表性的浮标式气动量仪。本论文的研究具有重要的科学意义和实用价值，主要表现在以下几个方面：气动测量方法广泛应用于汽车、轴承、内燃机、塑料、造纸、机械加工等行业，随着技术的不断发展，高精度的加工必然要求相应的高精度测量措施，常规的测量仪器由于精度、测量条件的限制，将难以完成日益复杂的测量任务。利用现代电子技术、计算机技术结合气动测量方法研制高精度、智能化、自动化的气动测量仪适应了现代科技发展的潮流，必将为我国工业现代化作出重大的贡献。关键词：气动量仪，精密测量，量仪，机械制造engineering application of pneumatic measuring instrument-float type pneumatic measuring instrument abstractconventional machining and method of measuring the size measurement of many commonly used with caliper, micrometer, dial indicator, etc. these measuring tools for field measurements, but sometimes it is mainly the measurement accuracy. such as high precision measuring machine, cmm, etc. on the environment are higher, and is not suitable for on-site measurements. some easy deformation of the work piece (such as thin-walled parts), the traditional measurement methods, there may be due to human factors measurement personnel, such as measuring experience, measuring mastery of such uneven, causing deformation of the work piece in the measurement process, so that makes the reliability of measurement data are affected. pneumatic measurement because of its measurement methods than the traditional method has many advantages, both for on-site measurements, while maintaining high precision, and therefore the application of mechanical processing is increasing. pneumatic measuring instrument is the machinery manufacturing industry in the use of a precision measuring instrument for measuring the work piece length, thickness, width, bore diameter, outer diameter, center distance of two hole, the axis line straightness, roundness, perpendicularity, parallelism, and other parameters. has high accuracy, simple structure, easy maintenance, you can achieve non-contact distance measurement and so on. if the measuring head with the various types of air with the use of multiple measurements can be done. thus, in a variety of measuring instruments, pneumatic measuring instrument is a promising measuring instrument.based on the above advantages of pneumatic measuring instrument, which gives the most representative of pneumatic measuring instrument buoy type pneumatic measuring instrument.this study has important scientific significance and practical value, mainly in the following areas: aerodynamic measurement method is widely used in automobiles, bearings, internal combustion engine, plastics, paper, machinery and processing industries, as technology continues to develop, necessary requirement for high precision machining high-precision measurement of the appropriate measures, the precision of conventional measuring instruments, measurement conditions, it would be difficult to complete increasingly complex measurement tasks. the use of modern electronic technology, computer technology developed high-precision measurement method combined with pneumatic, intelligent, automated pneumatic measuring instrument adapted to the modern trend of technological development, industrial modernization in china will surely make a significant contribution. key words: pneumatic measuring instrument, precision measuring, measuring instrument, machinery 12目录第1章 前 言11.1 气动测量仪的发展史11.2 气动量仪的特点2第2章 气动量仪的工作原理42.1 气动测量仪的工作原理42.2 气动测量仪的分类52.3 流量式气动测量仪52.3.1 流量式气动量仪测量原理52.3.2 流量式气动量仪的工作特性62.3.3 流量式气动测量仪的主要技术参数72.4 压力式气动量仪82.4.1 压力式气动量仪测量原理82.4.2 压力式气动量仪的主要技术参数8第3章 气动量仪的理论基础103.1 喷嘴挡板机构的形成103.2 喷嘴挡板机构的压力特性113.3 喷嘴挡板机构的流量特性12第4章 浮标示气动测量仪的结构和部件144.1 浮标示气动测量仪的基本气路144.2 浮标式气动量仪的结构及材料工艺性154.2.1 浮标式气动量仪的结构154.2.2 浮标式气动量仪所用的材料和结构工艺性194.2.3 qfp型浮标式气动量仪结构的优点204.3 浮标式气动量仪的气动测量头和校对规204.4 浮标式气动量仪的选用原则22第五章 浮标式气动量仪的使用方法245.1 操作前的准备工作245.2 调整255.3 测量265.4 浮标式气动量仪的注意事项26第6章 浮标式气动测量仪的误差分析286.1 气源压力波动引起的误差286.2 示值非线性误差286.3 浮标的瞬时窜动误差296.4 长时间不稳定误差29结论30谢 辞31参考文献32附录33洛阳理工学院毕业论文第1章 前 言1.1 气动测量仪的发展史从第一台气动量仪诞生到现在已经有八十多年。世界历史上的第一台气动量仪，是第二次世界大战后，由法国的汽化器公司为了测量他们的汽化器喷射口而制造的，它是一台背压型气动量仪。图1-1 调节阀这种气动量仪由一个简单空气调节系统与一个灌满水带有刻度的管子（指示器）联接组成。当时的设计采用了那个时代最简单的调压阀，如图1-1所示，前一个调节阀将空气流的压力调节到一个适当的值，然后空气流经过一个三通的“t”型管，“t”型管的竖直部分开口并且被浸在水中，多余的空气就通过这个通道变成气泡回到大气中。第二个调节阀用于零位调节，而通过其后与水箱底部相通的压力指示管的水面高度，操作人员就可以读出气动测量头与第二个调节阀之间的背压变化，测量出工件表面到测量头喷嘴之间的距离。测量时，气动塞规被插入到化油器喷嘴孔中。如果化油器喷嘴孔越大，用于置换的空气就越多，刻度管中的水被部分的置换。当背压反映刻度管中水平位置时，气动塞规气孔与工件之间的间距也就被指示出来。这样，该公司就建立了一套标准的背压读数，并通过筛选 “合格的”零部件、记录其精确的背压读数，使之与化油器喷嘴孔的尺寸相符。以此标准来检验产品是否合格。1943年，一批法国工程师们对这个系统做了进一步的改进并申请了专利，并在重新开发的空气调节系统中使用了用表盘读数，消除了之前以水为介质的测量方法中的蒸发影响，以此来代替原有的系统，这就是现在意义上的气动量仪。今天的气动量仪主要有四种系统：背压泄流系统、背压系统、差分系统和流量系统。气动量仪的发展方向主要表现在由低压式(测量压力为至)测量发展到高压式(测量压力为至)测量；由单气路测量发展到多气路测量；由静态测量发展到动态测量；气动量仪由单一的发展到具有二级放大作用的组合式。如带气动放大器的气动量仪；气动光学式量仪；气动机械式量仪；气动电气式量仪等。目前，组合式气动测量仪广泛的应用在生产自动生产线上，承担着各种自动测量、自动分检、自动记录和自动控制等功能。目前气动量仪已在各行业普遍采用，但大多都局限于内、外径等简单参数的测量。在自动测量方面，气动量仪也出现了不少成功的例子，但还很不普遍。随着我国机械工业在以提高产品质量为中心的技术改造中不断发展，气动量仪必然会以其独特的性能，继续在精密测量和自动化测量方面做出应有的贡献。1.2 气动量仪的特点气动测量技术在在线检测中有许多不可替代的优势，随着大量程的反射式气动传感器和高精度的气针式传感器的开发和应用，尤其是气电结合的气电转换器的出现，使传统的气动测量技术发生了质的变化，由于它集气、电两者的优点于一体，使得气动测量技术在现代汽车制造业的工序间检测中发挥越来越大的作用。气动测量与机械测量相比较，有以下特点：1. 气动量仪的放大倍率高，测量的重复性好，指示稳定性好，所以精度高。如放大倍率为5000倍的浮标式气动量仪的刻度值为。气动测量头上的喷嘴挡板机构，灵敏度很高，他能分辨这样微量位移。2. 根据测量的需要和可能，可以实现接触式测量，也可以实现非接触式测量。非接触式测量，对于易变形的薄壁零件和光洁的软质表面特别适用，因为它无损于加工表面，由于是不接触测量，也不会出现测量头的磨损。而用机械式测量工具进行测量时，光洁的表面上可能会因测量力的作用而产生接触压痕。3. 可作特殊部位的测量。常用的精密长度计量仪器，对于一般尺寸的测量是比较方便的。但是对于一些特殊零件(如过小过细的零件)和特殊部位尺寸(如深孔、小缝隙等)的测量采用气动测量尤为方便。4. 测量的结果不受测量者技术熟练程度的影响。5. 高压气流可以吹掉被测表面的油污和赃物，起到“自洁”作用，使测量数据正确可靠。因此，气动测量适于在较恶劣的环境下工作。6. 气动量仪结构简单，制造容易，维护方便。与电动量仪相比较，气动量仪的抗干扰(如抗磁场或杂散电波等)能力强，对环境的适应性强。但是，气动测量也有它的不足之处，如下:a. 必须具备气源。需要连续供给经过处理的洁净、稳压的压缩空气。b. 测量头的专用性强。对于不同的测量对象和不同的量值范围都要设计、制造出不同的测量头和校对规。c. 仪器反应速度慢，动态特性较差，仪器长时间工作示值的稳定性差，对空气的清洁、工作压力和温度要求较高。 它不仅可以用于紧密测量，也可以用于自动测量。气动测量在自动测量方面，如小孔磨削主动测量、内孔珩磨主动测量、孔类零件的自动分选等都有着高精度、高效率、低成本和易实现的优点。第2章 气动量仪的工作原理2.1 气动测量仪的工作原理气动测量方法是以压缩空气作为介质，利用空气在管道中的流量或压力随管道的几何尺寸和形状变化的特性，将尺寸量或位移量转换成流量或压力的变化量，从而实现测量。由于它可以进行非接触测量，高压气流喷向上件表面具有自洁作用，对环境要求不高以及结构简单，操作维护方便、造价低等优点，广泛应用于机械及相关工业。 气动测量仪，又称气动量仪。气动量仪是机械制造工业中使用的一种新型长度测量仪器，它的基本原理就是比较测量法，能将工件尺寸的变化量转换成压缩空气流量或压力的变化，然后由指示装置指示出来，从而测量出工件尺寸的误差。气动测量技术就是通过空气流量和压力来测量工件尺寸的技术。为了实现精密测量，气动量仪利用了这样一个物理原理：如图2-1所示，流量图2-1浮动式气动量仪的工作原理和压力都与间隙的大小成比例关系，同时压力和流量相互之间成反比例关系。调压后的空气流通过调节阀（针阀、或镶有红宝石阻尼孔的调节阀等），然后到达喷嘴处，如果喷嘴孔是对着大气时，最大流量通过喷嘴孔，此时在调节阀同喷嘴之间存在一个最小压力，我们称之为“背压”。当我们使一障碍物从远至近靠近喷嘴孔时，喷出的空气流量就会因之而逐渐减少，同时背压值升高，喷嘴孔被完全挡住后，流量将为零，背压值将同调压阀的出口压力值相等。在这个例子里，空气流量从最大变到最小，背压则与之相反，从最小到最大。这个变化过程可以从流量间隙、压力间隙的曲线图2-2中看出，除了压力和流量的初始和饱和阶段，这两条线段的其它部分都是直线，正是这种线形关系，奠定了气动量仪的测量基础。图2-2 流量、压力间隙特征曲线这就是说，当流量增大或减小时，我们可以准确测量喷嘴孔与障碍物之间的间隙的变化，也就是测头到被测零件表面的间隙的变化，同样的，背压增大表明了测头喷嘴与工件间间隙值。2.2 气动测量仪的分类按工作原理，气动量仪分为流量式和压力式等。其中，压力式气动量仪因易于发出信号，常用于主动测量；流量式、流速式适宜于静态测量，多用作工序间检测。按工作压力，气动量仪分为低压式气动量仪和高压式气动量仪。低压式气动量仪的工作压力在之间，它是用水柱本身的高度来对工作压力进行稳定的。其优点是稳压精度高、结构简单、制造方便、成本低；但其线性测量范围小，指示稳定时间长，被测工件表面的清洁度要求高。而高压式是用机械稳压器对工作压力进行稳压的，工作压力较大，多用于差动式气路。2.3 流量式气动测量仪2.3.1 流量式气动量仪测量原理流量式气动量仪是利用喷嘴挡板原理，将被测参数的变化a转变为空气流量的变化，从而引起锥度玻璃管内浮标的位移，并在刻度尺上指示出测量结果的一种精密量仪。如图2-3所示，因采用浮子和锥度玻璃管作为转换元件，故流量式气动量仪又称浮标式气动量仪。图2-4为其配置图，它与不同的测量头或测图2-4 配置图1.测量单元 2.零位调节旋钮 3.倍率调节螺钉 4.浮标 5.调压器 6.过滤器图2-3 转换器量装置配合，可测量内外径、长度、深度、中心距和槽宽等尺寸，以及直线度、圆度、垂直度、平行度、同轴度等形位误差，还可以实现多参数综合测量。由于这种量仪具有精度高、性能稳定、简单耐用，可采取非接触测量等一系列优点，因而在国内外获得广泛的应用。2.3.2 流量式气动量仪的工作特性流量式气动量仪的放大倍率基本是由测量喷嘴的转换放大倍率和指示部分放大倍率组成，即。根据流体力学原理和实验结果，可以得到放大倍率的公式为 （2-1）式中 测量喷嘴的流量系数 空气的膨胀系数 重力加速度 空气经由测量喷嘴喷出前的静压力 大气压力 压力为尸。时的空气密度 由上式中可以看出，测量喷嘴的转换放大倍率和直径d成正比。同样，根据流体力学的原理及实验结果，可以得出指示部分(浮标式气动量仪由锥度玻璃管和浮标组成)的放大倍率k的公式为 （2-2）式中 浮标和锥度玻璃管间环形的流量系数 玻璃管的锥度 浮标在玻璃管的高度 压力为时的空气密度 （2-3）式中 浮标的重量， 浮标在垂直气流方向上的最大截面积 由上式可以看出： 1、放大倍率与玻璃管的锥度和浮标的重量成反比，可以更换不同重量的浮标和不同锥度的锥管来改变仪器的放大倍率。 2、放大倍率与有关。因为是变量，所以也不是常量。为使为常量，从而使流量计的刻度尺为均匀刻度，故将锥管的内壁做成二次曲线形状，以补偿流量和浮标高度之间的非线性。2.3.3 流量式气动测量仪的主要技术参数 流量式气动量仪的主要技术参数(以我国中原量仪厂生产的流量式气动量仪为例)如表2-1所示：表2-1 流量式气动量仪的主要技术参数基本放大倍数2000500010000示值范围/1104422全量程内示值误差/11.50.8示值变差/10.50.2示值稳定性/气源压力波动引起的示值误差/刻度尺一格值/210.5格宽度/455全刻度格数5544442.4 压力式气动量仪2.4.1 压力式气动量仪测量原理图2-5 压力式气动量仪测量原理1.压力计 2.被测件 3.测量喷嘴 4.气室 5.进气喷嘴 压力式气动量仪测量原理如图2-5所示，经过滤清，稳压后的压缩空气以恒定的压力通过气动量仪进气喷嘴5进入气室4，再经过测量喷嘴3，由测量喷嘴的端面和被测件2表面形成的间隙逸入大气。当被测尺寸变化时，间隙变大或缩小，从而引起气室压力的变化，用压力计1测出的变化量，即可得到被测尺寸的变化数值。称为测量压力，称为测量间隙，它们之间的关系可表示为。2.4.2 压力式气动量仪的主要技术参数 压力式气动量仪种类较多，如低压水柱式气动量仪、差压水柱式气动量仪、差压水银柱式气动量仪、高压薄膜式气动量仪、波纹管式气动量仪。由于低压水柱式气动量仪体积较大，差压水柱式气动量仪、差压水银柱式气动量仪测量精度较低，目前已很少应用了，这里仅介绍高压薄膜式气动量仪的技术参数。高压薄膜式气动量仪也称差压式量仪，以膜片作为感受元件，用带有刻度的表盘指小被测数值。这种仪器上作压力高，灵敏度高，可进行静态比较测量，也可以用于动态主动测量。其主要技术参数见表2-2(以成都量具刃具厂生产的为例)。表2-2 qbm型浮标式气动测量仪的主要技术参数参数项目参数值放大倍数/倍1000刻度值/1精刻度示值范围/50粗刻度示值范围/350精刻度极限测量误差/触头闭合稳定性/示值稳定时间/气源压力/工作压力/0.35第3章 气动量仪的理论基础3.1 喷嘴挡板机构的形成气动测量技术的基本原理就是把几何量（尺寸、形状和相互位置等）转换成气动参量（压力、流量），然后将随几何量变化而变化的气动参量输入计量指示仪，实现精确的数值计量。气动测量头实际上就是完成几何量向气动参数转换的气动传感器，其基本结构为喷嘴挡板机构。图3-1 喷嘴挡板机构1.进气喷嘴 2.气室 3.测量喷嘴 4.挡板常用的喷嘴挡板机构见图3-1，它由进气喷嘴1、测量喷嘴3气室2和挡板4等组成。测量喷嘴3和挡板4之间的距离称之为测量间隙。用符号z表示。喷嘴挡板机构之所以能将几何量转换成气动参数，这是由它的压力特性和流量特性所决定的。当压缩空气从喷嘴孔径喷嘴端面与挡板之间的间隙逸入大气时，其流量取决于喷嘴的形状、大小、和挡板的形状、大小以及喷嘴端面与挡板之间间隙的大小。喷嘴的形状一般分为矩形、圆形两种。上图所示为圆喷嘴平行挡板机构，在实际的生产过程中，圆形喷嘴挡板机构的应用最为广泛，也最为成熟。而矩形喷嘴一般和柱形挡板构成矩形挡板机构，实际生产中的应用并不是很多。3.2 喷嘴挡板机构的压力特性如图3-1，经过预先处理的洁净、干燥并且保持恒压的工作气流由进气喷嘴1进入气室2，再经测量喷嘴3逸入大气中。在没有挡板4时，气流是畅通无阻的，当设定了挡板以后，挡板就阻碍着气流的运动，从而影响气流的流动状态。如果改变挡板与测量赔罪之间的距离，也就是改变测量间隙z的大小，气流的状态参数量就会发生变化，引起气室内的压力发生变化。经过几十年的发展，在理想气流的条件下，喷嘴挡板机构的特性方程为： （3-1）它把气室背压与工作气流的压力、进气喷嘴直径和测量喷嘴直径以及流量系数联系起来了。当上述条件固定时，背压仅仅随着测量间隙z的变化而变化，测量间隙z若增大，背压便下降；反之，测量间隙z减小，背压便上升。图3-2 曲线根据喷嘴挡板机构的特性方程，其压力特性曲线如图3-2所示：经试验测定和理论分析得知：曲线的陡度是由b值决定的。也就是说，曲线的陡度是由进气喷嘴直径和测量喷嘴直径所决定的，即有： (3-2)经过试验测定和理论分析，曲线的中间部位为线性段。在这个区域内，与呈线性关系。这个线性段就是喷嘴挡板机构的工作区域。经过精确计算发现，该直线段是由若干条斜率不同的直线段组成的。喷嘴挡板机构实际上是个位移-压力转换器，当挡板发生位移时，也就是改变了测量间隙z，这就使得气室背压发生变化。而且，这个转换器对位移量的变化极为敏感。试验表明，它能分辨这样微小的位移量。3.3 喷嘴挡板机构的流量特性图3-1所示的喷嘴挡板机构，由于挡板的位移，使测量间隙z发生变化，引起测量喷嘴-挡板处通气的变化，那么流经整个喷嘴挡板机构的流量也将发生变化。在理论上讲，对应于各个不同测量间隙z的流量q可用计算。但是，式中的值也是随着z的变化而变化的，要由式来确定，计算比较复杂。为了将流量q直接与气源工作压力联系起来，也可以将喷嘴挡板机构的进气喷嘴作为一个恒节流控。那么，当知道气流通过孔前后的压力以及产生的压力差时，可以用下面的公式算出通过进气喷嘴的流量作为流经整个喷嘴挡板机构的流量。在气动测量中，气流速度是小于音速的，因此，进气喷嘴前后的压力差并不大，工作气流的压力在气室背压的倍之间，则有关系式 （3-3）式中： q换算成标准状态下的空气流量； 工作气流的压力； 气室的背压； 进气喷嘴的通气面积； 系数。表示进气喷嘴面积为是气流的流量。在此，。上式为喷嘴挡板机构的流量特性方程。它把流量q和工作气流压力以及气室背压联系起来了。在气动测量中，是个恒值，是随测量间隙z的变化而变化。测量间隙z怎大，流经喷嘴挡板机构的流量q便增加。喷嘴挡板机构的流量特性（）曲线经过试验测定和理论分析得知：曲线的陡度主要是由测量喷嘴的直径决定的。即有 （3-4） 当改变测量喷的直径时，便可以得到不同陡度的曲线。图3-1中测量喷嘴直径：大于，所以直径的曲线更陡些。这就是说，在具有相同的进气喷嘴直径和测量间隙z的条件下，测量喷嘴大的喷嘴挡板机构的流量更大些。但从上式可以看出：适当提高进气喷嘴的通气面积也可以增加一些流量q。图3-3曲线喷嘴挡板机构也可以看成是个位移流量转换器。当挡板发生位移时，也就改变了测量间隙z，这就使得流经整个挡板机构的流量q发生变化。在特性的线性范围内，如果要提高位移流量转换器的灵敏度，可以适当增加测量喷嘴的直径。但是，在气体流经测量断面时，从气体的流动现象来看，可以认为是一个控制流动状态的调节口，在调节口的整个喷嘴管道内不存在气体流动被影响的任何断面。如果在的变化过程中，气体流动状态受到了在测头流道中其它截面的影响和控制，这时就失去了测量间隙与气体参数之间函数关系的条件。例如，当因增大而达到测量喷嘴的横向截面时(对圆柱形喷嘴，其横向截面等于)再增大气体流动的受控截面就不再是，而是测量喷嘴的横向截面。因此，为了确保控制气流的作用，防止测量截面调节口不是流道中的最小截面，就必须使测量截面满足不等式 。第4章 浮标示气动测量仪的结构和部件4.1 浮标示气动测量仪的基本气路气动量仪，主要用于测量长度及能转换成长度量的其他几何量。大多数气动量仪的基本气路方框图如图4-1所示。工件被测参数变化量由气动量仪的测量部变换成气体参数（压力或流量等）的变化量，通过量仪放大后，在指示部进行指示。压缩空气从气源流出后，经过滤附件进入稳压器减压，稳压后由放大、指示部和测量部流入大气。图4-1 气动量仪的基本气路方框图图4-1中、两部分构成气动量仪的整体，过滤部分是量仪的附件。一般的气动量仪、两部分在结构上是独立的，常常称为气动量仪的本体（习惯上就称为气动量仪）。而部分iii则常称为气动测量头（或气动量头）。图4-2 浮动式气动量仪的基本气路1.气源 2.过滤器 3.进气阀 4.稳压器 5.流量器 6.测头浮标式气动量仪的基本气路如图4-2所示。由气源流出的压缩空气经过过滤和稳压后，以一定的压力经流量计5后由测量头6（图示为喷嘴挡板机构）流入大气。由于稳压器与测量头之间的气体阻力较小，可以认为流向气动测量头的空气压力基本上是不变的，气动测量头将被测参数的变化量转换成由气动测量头处流入大气的空气流量的变化量，如图示喷嘴挡板结构，喷嘴端面与挡板之间的间隙在一定范围内与喷嘴留出的流量成正比。也即喷嘴挡板将间隙变化量线性地变换成了流出流量的变化量，流量的变化量则在空气流量计5上进行指示和读数。4.2 浮标式气动量仪的结构及材料工艺性不同工作原理的气动测量仪，其结构也不同。工作原理相同的气动量仪，不同的设计，结构也可能有很大的差异。本节就以我所在公司所产的qfp型浮标式气动量仪为例，介绍一下单管浮标式气动量仪的结构，如图4-3所示，大致可分为下列几个部件：1. 空气稳压器部件；2. 壳体部件；3. 指示部件；图4-3 单管浮标式测量仪1.空气稳压器部件 2.壳体部件 3.指示部件4.空气分配室部件4. 空气分配室部件。4.2.1 浮标式气动量仪的结构1. 稳压气部件 如图4-5所示，稳压器5通过下接头4上的螺纹固定在支持管3上，支持管3以锥管螺纹与分配管2相连接。进气阀1则与支持管成90度方向以锥管螺纹zg1/8安装在分配管1上。 压缩空气从进气阀6进入分配管1后经支持管2中孔进入稳压器4，稳压后的空气由接头5输出至空气分配室。稳压器的原理及其具体结构如图4-5，稳压器的输出接头5一般用（外径壁厚）的聚氯乙烯软管作为连接管。 支持管2用黄铜管加工而成，对于双管以上的浮标量仪，则在分配管上并列几套支持管和稳压器，相距间隔为.因为稳压器的直径较大，因此将支持管取不同的长度，使几个稳压器排列成阶梯形，并将各稳压器扭转约45度，如图4-5所示，这样才能保证在间隔的条件下并列安装几个稳压器。图4-4 进气阀1.阀体 2.手柄 3.弹簧 4.阀杆帽5.阀杆 6.垫圈图4-5 稳压器部件1.进气阀 2. 分配器3. 支持管4. 下接头 5.稳压器 6.接头进气阀的结构如图4-4所示。黄铜制阀体1以其左端锥管螺纹kg/8固定于图4-4所示的分配管上。阀体1与阀杆5以的锥度相配合。当阀杆5上的通孔轴线与阀体1的轴线相平行时，进气阀处于全开状态。2. 壳体部件 壳体部件由铸铁制成，有一定的重量以降低量仪的重心，使量仪比较稳定。左右量板一般由铝合金铸成或薄板冲压而成，重量要小，又要具有一定的刚度，玻璃管支架固定在侧板上，用以支撑和压紧玻璃管。前板的刚度对多管量仪的示值变化有很大的影响，一般由加筋的钢板或较厚的铝合金制成。前板上部的孔是通过倍率调整螺钉的，下部孔是容纳通向气动侧头的接头的。调零旋钮组件安装在前板上，是用来调整量仪零位的。螺纹套右端以螺纹m161固定在前板上，其左端开有十字槽，使其具有必要的弹性，开槽部外圆是锥管螺纹kg1/8，拧动调节螺母就可调节其内部变形量，调零螺钉拧在螺纹套中间螺纹孔m6内，调零螺钉的螺纹应具有较低的表面粗糙度，并应和螺纹套的配合螺纹互研，使旋转调零螺钉时比较柔和。通过调整调零螺母，消除调零螺钉和螺纹套之间的空程。套拧在螺纹套的中间外螺纹上，外表镀铬以保持良好的外观和起到防止灰尘进入的作用。3. 指示部浮标式气动量仪的指示部件是浮标式气动量仪中最为重要的部件，量仪的主要性能指标都与它有关。(1) 锥度玻璃管锥度玻璃管的内腔是带锥度的，安装时，小端在下、大端在上。玻璃管锥度的大小取决于量仪的公称倍率。为了使测量仪具有良好的线性，锥度玻璃管的内腔不是纯锥孔，而是呈二次曲线的。锥度玻璃管的材料为硬质玻璃，并应经稳定性处理。由于锥度玻璃管的内腔形状十分重要，能否加工出符合设计要求的锥度玻璃管是生产浮标量仪的关键。目前采用热塑成型工艺来加工锥度玻璃管。(2) 浮标图4-6 2000倍量仪所用的浮标浮标是浮标式气动量仪中唯一可动的部件，其尺寸、形状、重量直接影响量仪的倍率和指示的稳定性、测量间隙等。在浮标式气动量仪的使用过程中，浮标自身的稳定性是判断量仪性能好坏的最直观的项目。如图4-6为日本电产东测公司生产的公称倍率为2000的浮标式气动量仪的浮标图。其上端部是圆锥面和球面的组合，是“流线型”的，而且浮标的重心在下方，所以浮标稳定性较好。实践证明：在浮标中心钻一个小孔也对浮标的稳定性有很大的改善。浮标的材料一般为铝合金，机械加工时，保证上端部薄壁部不变形以及内腔与外形的同轴度是非常重要的。(3) 上、下缓冲弹簧浮标式气动量仪在使用过程中，当打开气源或将气动测量头从测量工件处退出来时，浮标将以很高的速度运动，固而设置了上、下缓冲弹簧。缓冲弹簧由三部分组成：上部是圆锥弹簧其锥度与玻璃管右端的锥度相同，并以此固定在玻璃管中；中部是圆柱压缩弹簧，起主要缓冲作用，以吸收浮标的冲击力；弹簧的下部是一个直杆和一个钩。缓冲弹簧以钩部与浮标内腔相接触，直杆有一定的长度，用以保证不使浮标上端面与缓冲弹簧相接触，因为浮标上部壁很薄，极易被撞坏。缓冲弹簧用磷青铜丝制作，直径为0.3-0.4。4. 空气分配室部件(1) 节流孔图4-7 空气分配室1.螺纹接头 2.压簧 3.调零阀杆 4.倍率螺钉 5.o形密封圈 6.分配室 7.导管 8.橡胶垫 9.进气接头 10.衬套 11、12.接头 13.螺纹塞 14.密封垫导管7下端的小孔是节流孔，浮标式气动量仪的节流孔一般较大，为，导管7比较长约,目的是使空气能稳定地进入锥度玻璃管的下端，从而增加指示的稳定性。(2) 倍率调节阀倍率调节阀是由倍率螺钉及其台肩面与分配室的中孔组成的，倍率螺钉外圆直径为10mm，而分配室中孔的直径为9mm。当倍率螺钉的台肩面超出分配室中孔右侧母线时，分配室中孔就被完全堵塞，空气不能流过，也即倍率调整阀处于关闭状态。逆时针转动倍率螺钉打开倍率阀时，空气通过倍率螺钉台肩面处的间隙从分配室中孔上端流向下端。倍率螺钉外圆槽内有一o形密封圈，一方面起到不使空气从倍率螺钉外圆间隙处逸入大气的作用，另一方面还能使倍率螺钉旋转时变得更加柔和。(3) 零位调节阀如图4-7，零位调节阀由调零阀杆3右端的圆锥面与衬套10壁上的小孔组成，空气通过调零阀杆锥面与小孔之间的缝隙从小孔流入大气，轴向移动调零阀杆3即可改变锥面与小孔之间的缝隙大小，也即改变了调零阀的开度。调零阀杆左端大端面与客体部件前板上的调零旋钮组件中调零螺钉右端锥尖相接触，旋钮调零螺钉，使阀杆产生轴向位移，就可以改变调零阀的开度。阀杆与衬套之间的配合十分重要，要求既不能松动，又能前后柔和地滑动。配合太松，将使调零时浮标产生不规则运动，配合太紧，则可能使压簧2不起作用，即阀杆卡死在衬套孔内不能向左移动。4.2.2 浮标式气动量仪所用的材料和结构工艺性浮标式气动量仪的各个零件常与压缩空气相接触，在压缩空气中不可避免地含有一定的水蒸气，很容易使之生锈。为此，气动测量仪一般采用不易生锈的有色金属、不锈钢、工程塑料等。例如分配室和稳压器的材料为压铸锌合金，各种接头、进气阀、成套等的材料为铜合金，分配管、支撑架、浮标等的材料为铝合金，倍率螺钉调零阀杆的材料为不锈钢。qfp型浮标式气动量仪结构比较简单，除了几个关键零件外，没有很高的精度要求，加工比较容易。影响浮标量仪性能指标的最关键零件是锥度玻璃管、浮标、分配室、倍率螺钉和调零阀杆。锥度玻璃管要求内腔呈二次曲线，如上所述，目前均采用热塑成形方法。浮标的外形、重量以及内腔和外腔的同轴度要求较高，一般用成形车刀和专用夹具在台车上车削加工。调整刀具时，要将加工的首件在高倍投影仪上检测外形和尺寸，在高精度天平上称出重量，并用浮标量仪进行性能检测，经确定全部合格后方可进行批量加工。空气分配室要求安装倍率螺钉的孔与分配室中孔轴线相交，压入分配室的成套中孔的圆柱度误差小，并具有较低的表面粗糙度。倍率螺钉要求螺纹表面具有较低的粗糙度，最好进行螺纹磨削加工，外圆与螺纹具有良好的同轴度以及外圆、端面有较低的表面粗糙度。一般在热处理后采用高精磨削加工和精车加工。调零螺钉主要要保证外圆的圆柱度和直径尺寸。直径按衬套的实际尺寸进行配合加工，配合间隙一般为。4.2.3 qfp型浮标式气动量仪结构的优点具有qfp型结构类型的浮标式气动量仪在国内占了很大的市场份额，有效地应用于机械制造的各个行业。其结构具有以下优点：1. 结构简单（约50个零件组成）；2. 装配、调试、维修方便；3. 倍率调整阀与调零阀处不易堵塞，易清洗；4. 锥度玻璃管采用端面压装，密封可靠，装卸方便；5. 浮标结构合理，稳定性好；4.3 浮标式气动量仪的气动测量头和校对规气动量仪的指示部和测量部是分开的，其间是以软管连接起来的。习惯上，常将气动量仪的指示部称之为气动量仪本体或简称为气动量仪，而将测量部称之为气动测量头或气动测头。图4-8 校对规气动量仪的本体一般是相对固定不变的，其性能指标是以标准测量头为基准而规定的。但气动测量头则是根据被测工件的具体情况而变化的，因此气动测量头是多种多样的。气动测量属于相对测量，需要用基准量来调整气动量仪，称之为定标，该基准量即校对规的工作尺寸。内径气动测量头应附有两个校对规，其形状最好与被测件形状一致，其上作尺寸分别等于被测孔径的最大和最小极限尺寸，即 (4-1)外径气动测量头应附有两个校对规，其形状最好与被测件形状一致，其工作尺寸分别等于被测孔径的最大和最小极限尺寸，即 (4-2)校对规要求具有耐磨性，尺寸稳定，通常采用轴承钢材料，并经过热处理获得62hrg以上的硬度，并经过多项冷处理。如图所示。常用气动测量头的应用示例如表4-1。表4-1 常用气动测量头的应用1、二尺寸之差：两轴向气动测量头与一台气动量仪相连接，分别测得a、b的尺寸，量仪即指示出二尺寸之差。2、二尺寸之和：两轴向气动测头与一台气动量仪相连接，分别测得a、b的尺寸，量仪即指示出二尺寸之和。 3、槽宽： 对向喷嘴测量头插入被测件槽内，量仪即指示出被测件槽的宽度值。 4、劝深度： 单喷嘴测量头插入被测件槽内，量仪即指示出被测件的深度值。5、厚度： 被测件放入对向喷嘴测量头内，量仪即指示出厚度值。 6、壁厚差： 对向喷嘴测头测量，上件绕测量头相对转动一周，量仪指示的最大值和最小值之差即为壁厚差。 7、锥度或锥度差： 测量头内有两对对向喷嘴，分别接于两台量仪，两量仪示值之差，即为在l长度上的锥度或锥度差。 8、内孔轴线直线度：测量头内有四个喷嘴，测头插入被测孔内转动一周，量仪指示的最大和最小值之差的一半为孔轴线的直线度。9、棱圆度：被测件为三棱、五棱，测头喷嘴分别为三向、五向均布，测量头插入孔中转动一周，最大和最小值之差为棱圆度。10、垂直度：对向喷嘴测量头插入被测工件内，转动一周，量仪指示的最大值和最小值之差即为孔轴线对端面垂直度误差的两倍。11、两孔中心距：固定距离为l的两测头，与两台量仪相连，测量头插入工件内，两量仪示值之差的一半为两孔实际中心距。4.4 浮标式气动量仪的选用原则气动量仪的选用一般分量仪本体的选用和测量装置的选用两部分，下面分别加以说明。1. 量仪本体的选用气动量仪的标称倍率有2000倍、5000倍和10000倍，其对应刻度值分别为、和。因此气动测量的精度较高。具体选择时可根据被测工件的尺寸公差选择不同的量仪，公差带宽的选用较低倍率的量仪，公差带窄的选用较高倍率的量仪。即精度要求高的选用高倍率，精度要求低的选用低倍率。通常推荐选用值如下：公差带范围，选用2000倍量仪；公差带范围，选用5000倍量仪；公差带范围，选用10000倍量仪。2. 测量装置的选用 测量装置一般是根据被测对象的尺寸和公差带定制的，根据被测工件的类型和特点，测量装置可设计成各种不同的喷嘴，喷嘴越多，测量精度越高。定制测量装置时还必须同时定制一套与公差带符合的校对规。这样在实际使用时只要先将量仪定标，然后将测量装置插入或套入被测对象，从浮标的位置就可得出被测工件的尺寸是否超差、超差多少。 需要说明的是，气动测量属于比较测量，测出的是与标准值的偏差。尤其需要说明的是，用气动测量法测量工件的内外径时，测出的是工件的平均尺寸。第五章 浮标式气动量仪的使用方法5.1 操作前的准备工作在进入测量工作以前，必须做好如下的准备工作：1. 清洗干净相应的测量头及校对规，按管路连接的要求，接在仪器正面的出气接头上。2. 供给压缩空气从压缩空气站出来的压缩空气，往往含有一定量的水分和油分，要想解决这一问题，可以采用下列三种措施：(1) 在压缩空气管路与空气过滤器用橡胶管连接之前，先将管路气阀打开待从管路喷出的压缩空气没有水分之后，再接在空气过滤器上。(2) 压缩空气管路上装两个气阀，先把气阀1打开，将管路中的水和油放除后，关闭气阀1，打开气阀2，送入压缩空气如图5-1。(3) 在空气过滤器的前面，装上具有一定容积的贮气筒如图5-2，使压缩空气管路中的水积存在储气筒内。图5-2 去水装置图5-1 净化空气装置每天工作之前和工作完毕后，在通入压缩空气的情况下，将储气筒下部的放水阀打开，将积存的水放出。当空气过滤器通入压缩空气后，打开仪器进气阀，检查各连接部分是否有漏气现象，从测量喷嘴喷出的压缩空气是否正常。5.2 调整量仪调整得正确与否会直接影响到测量结果的正确性，所以应给予特别的重视。调整的具体方法随着测量类型的不同略有差别，下面主要介绍两种最基本的调整方法。对量仪有了充分了解并掌握了这三种方法后，对其