测试技术第7章 位移测量cg

第七章位移测量位移是物体上某一点在一定方向上的位置变动，因此位移是矢量。测量方向与位移方向重合才能真实地测量出位移量的大小。若测量方向与位移方向不重合，则测量结果仅是该位移量在测量方向上的分量。位移测量从被测量来的角度可分为线位移测量和角位移测量；从测量参数特性的角度可分为静态位移测量和动态位移测量。许多动态参数，如力、扭矩、速度、加速度等都是以位移测量为基础的。机械工程中经常要求测量位移。测量时应当根据不同的测量对象选择测量点、测量方向和测量系统，其中传感器对测量精度影响很大，必须特别重视。型式滑线式变阻器线位移角位移线位移角位移测量范围1～300mm*0～360°1～1000mm*0～60r精确度±0.1%±0.1%±0.5%±0.5%直线性±0.1%±0.1%±0.5%±0.5%特点分辨力较好，可静态或动态测量。机械结构不牢固结构牢固，寿命长，但分辨力差，电噪声大电阻式位移传感器电阻应变式位移传感器的性能及特点型式非粘贴的粘贴的半导体的测量范围±0.15%应变±0.3%应变±0.25%应变精确度±0.1%±2%～3%±2%～3%直线性±1%±1%满刻度±20%特点不牢固牢固，使用方便，需温度补偿和高绝缘电阻输出幅值大，温度灵敏性高

电感式位移传感器的性能及特点型式自感式差动变压器涡电流式微动同步器旋转变压器变气隙型螺管型测量范围±0.2mm1.5～2mm±0.08～75mm*±2.5～±250mm*±10°±60°精确度±1%±1%±0.5％±1～3%±1%±1%直线性±3%±3%±0.5%＜3%±0.05%±0.1%特点只适用于用于微小位移测量测量范围较宽使用方便可靠，动态性能较差分辨力好，受到磁场干扰时需屏蔽分辨力好，受被测物体材料，形状加工质量影响非线性误差与变压比和测量范围有关电容式位移传感器的性能及特点型式变面积变间距测量范围10-3～1000mm*10-5～10mm*精确度±0.005%0.1%直线性±1%1%特点受介电常数因环境温度，湿度而变化的影响分辨力很好，但测量范围很小，只能在小范围内近似地保存线性

霍尔元件位移传感器的性能及特点测量范围±1.5mm精确度0.5%特点结构简单，动态特性好感应同步器式位移传感器的性能及特点型式直线式旋转式测量范围10-3～10000mm*0

～360°精确度2.5μm/250mm±0.5角秒特点模拟和数字混合测量系统，数字显示(直线式感应同步器的分辨力可达1μm)光栅、磁栅式位移传感器的性能及特点型式计量光栅磁栅长光栅圆光栅长磁尺圆磁尺测量范围10-3～1000mm*0～360°10-3～10000mm*0～360°精确度3μm/1m±0.5角秒5μm/1m±1角秒特点模拟和数字混合测量系统，数字显示(长光栅分辨力可达1μm)测量时工作速度可达12m/min角度编码器的性能及特点型式接触式光电式测量范围0～360°0～360°精确度10-6r10-6r特点分辨力好，可靠性高滑线变阻式位移传感器电阻式位移传感器

YHD型滑线电阻式位移传感器由精密无感电阻8和滑线电阻2构成测量电桥的两个桥臂。测量时，将测量轴1与被测物体接触，当物体有位移时，测量头随之移动，与之相联的触头3也就随着在滑线电阻2上移动，从而使电桥失去平衡，输出一个相应的电压增量。测出此电压值，根据定度曲线就可换算出位移量其分辨力最小可达0.01mm。电阻应变式位移传感器

右图是一种悬臂梁一弹簧组合式位移传感器。当测点位移传递给测杆5后，测杆带动位移拉簧4，使弹簧伸长，并使悬臂梁2产生变形。因此．测点的位移x为弹簧坤长量x2和悬臂梁自由端位移量x1之和，即x＝x1十x2。设悬臂梁的刚度为K1，弹簧刚度为K2，考虑到悬臂梁上的作用力和弹簧力上的作用力相等，应有K2x2＝K1x1所以x=（K1+K2）x1/K2电感式位移传感器测量范围数毫米，分辨力0.1-0.5微米。动态性能差，适于静态测量或准静态测量。电涡流位移传感器优点：线性范围大，灵敏度高，结构简单，抗干扰能力强；非接触测量。适合用于测量旋转轴的振动和位移。提升机制动器位移监测也使用该传感器制动功能松闸功能碟簧正压力液压油压力制动闸盘摩擦闸瓦差动变压器式位移传感器差动变压器式位移传感器采用可变极间距的平板电容器优点：非接触测量，灵敏度高，分辨力好，能检测0.01微米的位移，动态性能好。测量实例一：回转轴运动误差测量回转轴运动误差是指在回转过程中回转轴线偏离理想位置而出现的附加运动。轴向运动径向运动倾角运动运动误差使回转轴上任何一点发生与轴线平行的移动和在垂直于轴线的平面内的移动。前一种移动称为该点的端面误差运动．后一种移动称为该点的径向误差运动端面误差运动是轴向运动和倾角运动合成的结果，径向误差运动则是纯径向运动和倾角运动合成的结果。端面误差运动因测量点所在半径位置不同而异，径向误差运动则因测量点所在的轴向位置不同而异。所以在讨论误差运动时，应指明测量点的位置。径向运动误差的测量方法径向运动误差的测量方法

在一般情况dx+dy≠r(θ)、而只有当Sx(θ)、Sy(θ)趋于零或己确知，由dx、dy才能确定r(θ)。因此，如何消除或分离偏心e和基准球的形状误差S就成为研究测量方法的重要任务。目前常采用形状误差远小于回转误差运动的圆球来作为基准球，力求减小它对测量结果的影响。当圆球形状误差和误差运动大小同属于一数量级，则必需采用误差分离技术来消除其影响。

在圆球形状误差可忽略的情况下，dx、dy是圆球中心的位移在X，Y两方向上的分量。换言之，由于偏心e的存在、由dx、dy可以确定的是圆球几何中心的轨迹而不是回转轴心的轨迹。实际上，在同一根轴上、以相同条件运行(因而r(θ)应一样)，由于偏心e的大小和方位不同．测得dx、dy亦不同。为了尽量减小偏心对dx、dy的影响，使得测量结果能更真实地反映r(θ)，就必须尽量减小或消除e值。如果这样做有困难，那么只有在同一偏心大小和方位的条件下测定的结果彼此间才有可比性。圆图像的处理和分析总误差运动图像反映了误差运动的总体情况