第七章 位移測量

1、中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院第七章第七章 位移測量位移測量位移是物體上某一點(diǎn)在一定方向上的位置變動(dòng)，因此位移位移是物體上某一點(diǎn)在一定方向上的位置變動(dòng)，因此位移是矢量。測量方向與位移方向重合才能真實(shí)地測量出位移量是矢量。測量方向與位移方向重合才能真實(shí)地測量出位移量的大小。若測量方向與位移方向不重合，則測量結(jié)果僅是該的大小。若測量方向與位移方向不重合，則測量結(jié)果僅是該位移量在測量方向上的分量。位移量在測量方向上的分量。位移測量從被測量來的角度可分為線位移測量和角位移測位移測量從被測量來的角度可分為線位移測量和角位移測量；從測量參數(shù)特性的角度可分為靜態(tài)位移測量和動(dòng)態(tài)位移量；從測量參數(shù)特性的角度可分為靜態(tài)位移

2、測量和動(dòng)態(tài)位移測量。許多動(dòng)態(tài)參數(shù)，如力、扭矩、速度、加速度等都是以測量。許多動(dòng)態(tài)參數(shù)，如力、扭矩、速度、加速度等都是以位移測量為基礎(chǔ)的。位移測量為基礎(chǔ)的。機(jī)械工程中經(jīng)常要求測量位移。測量時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的測機(jī)械工程中經(jīng)常要求測量位移。測量時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的測量對(duì)象選擇測量點(diǎn)、測量方向和測量系統(tǒng)，其中傳感器對(duì)測量對(duì)象選擇測量點(diǎn)、測量方向和測量系統(tǒng)，其中傳感器對(duì)測量精度影響很大，必須特別重視。量精度影響很大，必須特別重視。中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院型式滑線式變阻器線位移角位移線位移角位移測量范圍1300mm*036011000mm*060r精確度0.1%0.1%0.5%0.5%直線性0.1%0.1%0.5%

3、0.5%特點(diǎn)分辨力較好，可靜態(tài)或動(dòng)態(tài)測量。機(jī)械結(jié)構(gòu)不牢固結(jié)構(gòu)牢固，壽命長，但分辨力差，電噪聲大電阻式位移傳感器電阻式位移傳感器中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院電阻應(yīng)變式位移傳感器的性能及特點(diǎn)型式非粘貼的粘貼的半導(dǎo)體的測量范圍0.15%應(yīng)變0.3%應(yīng)變0.25%應(yīng)變精確度0.1%2%3%2%3%直線性1%1%滿刻度20%特點(diǎn)不牢固牢固，使用方便，需溫度補(bǔ)償和高絕緣電阻輸出幅值大，溫度靈敏性高中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院 電感式位移傳感器的性能及特點(diǎn)電感式位移傳感器的性能及特點(diǎn)型式自感式差動(dòng)變壓器渦電流式微動(dòng)同步器旋轉(zhuǎn)變壓器變氣隙型螺管型測量范圍0.2mm1.52mm 0.0875mm*2.5250mm*1060精確

4、度1%1%0.513%1%1%直線性3%3%0.5%3%0.05%0.1%特點(diǎn)只適用于用于微小位移測量測量范圍較寬使用方便可靠，動(dòng)態(tài)性能較差分辨力好，受到磁場干擾時(shí)需屏蔽分辨力好，受被測物體材料，形狀加工質(zhì)量影響非線性誤差與變壓比和測量范圍有關(guān)中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院電容式位移傳感器的性能及特點(diǎn)電容式位移傳感器的性能及特點(diǎn)型式變面積變間距測量范圍10-31000mm*10-510mm*精確度0.005%0.1%直線性1%1%特點(diǎn)受介電常數(shù)因環(huán)境溫度，濕度而變化的影響分辨力很好，但測量范圍很小，只能在小范圍內(nèi)近似地保存線性中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院 霍爾元件位移傳感器的性能及特點(diǎn)測量范圍1.5mm精確度0

5、.5%特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)態(tài)特性好感應(yīng)同步器式位移傳感器的性能及特點(diǎn)感應(yīng)同步器式位移傳感器的性能及特點(diǎn)型式直線式旋轉(zhuǎn)式測量范圍10-3 10000mm*0 360精確度2.5m/250mm0.5角秒特點(diǎn)模擬和數(shù)字混合測量系統(tǒng)，數(shù)字顯示(直線式感應(yīng)同步器的分辨力可達(dá)1m)中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院光柵、磁柵式位移傳感器的性能及特點(diǎn)光柵、磁柵式位移傳感器的性能及特點(diǎn)型式計(jì)量光柵磁柵長光柵圓光柵長磁尺圓磁尺測量范圍10-31000mm*036010-310000mm*0360精確度3m/1m0.5角秒5m/1m1角秒特點(diǎn)模擬和數(shù)字混合測量系統(tǒng)，數(shù)字顯示(長光柵分辨力可達(dá)1m)測量時(shí)工作速度可達(dá)12m/min中

6、國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院角度編碼器的性能及特點(diǎn)角度編碼器的性能及特點(diǎn)型式接觸式光電式測量范圍03600360精確度10-6r10-6r特點(diǎn)分辨力好，可靠性高中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院滑線變阻式位移傳感器電阻式位移傳感器電阻式位移傳感器 YHD型滑線電阻式位移傳感器由精密無感電阻型滑線電阻式位移傳感器由精密無感電阻8和滑線電阻和滑線電阻2構(gòu)成測量電橋的兩個(gè)橋臂。測量時(shí)，將測量軸構(gòu)成測量電橋的兩個(gè)橋臂。測量時(shí)，將測量軸1與被測物體與被測物體接觸，當(dāng)物體有位移時(shí)，測量頭隨之移動(dòng)，與之相聯(lián)的觸頭接觸，當(dāng)物體有位移時(shí)，測量頭隨之移動(dòng)，與之相聯(lián)的觸頭3也就隨著在滑線電阻也就隨著在滑線電阻2上移動(dòng)，從而使電橋失去平衡，

7、輸出上移動(dòng)，從而使電橋失去平衡，輸出一個(gè)相應(yīng)的電壓增量。測出此電壓值，根據(jù)定度曲線就可一個(gè)相應(yīng)的電壓增量。測出此電壓值，根據(jù)定度曲線就可換算出位移量其分辨力最小可達(dá)換算出位移量其分辨力最小可達(dá)0.01mm。中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院電阻應(yīng)變式位移傳感器電阻應(yīng)變式位移傳感器 右圖是一種懸臂梁一彈簧組合右圖是一種懸臂梁一彈簧組合式位移傳感器。當(dāng)測點(diǎn)位移傳式位移傳感器。當(dāng)測點(diǎn)位移傳遞給測桿遞給測桿5后，測桿帶動(dòng)位移拉后，測桿帶動(dòng)位移拉簧簧4，使彈簧伸長，并使懸臂梁，使彈簧伸長，并使懸臂梁2產(chǎn)生變形。因此測點(diǎn)的位移產(chǎn)生變形。因此測點(diǎn)的位移x為彈簧坤長量為彈簧坤長量x2和懸臂梁自由和懸臂梁自由端位移量端位移量

8、x1之和，即之和，即x x1十十x2 。設(shè)懸臂梁的剛度為。設(shè)懸臂梁的剛度為K1，彈簧剛度為彈簧剛度為K2，考慮到懸臂梁，考慮到懸臂梁上的作用力和彈簧力上的作用上的作用力和彈簧力上的作用力相等，應(yīng)有力相等，應(yīng)有K2 x2 K1 x1所以所以x =（K1+K2） x1/K2中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院電感式位移傳感器電感式位移傳感器測量范圍數(shù)毫米，分辨力0.1-0.5微米。動(dòng)態(tài)性能差，適于靜態(tài)測量或準(zhǔn)靜態(tài)測量。中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院電渦流位移傳感器中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院 優(yōu)點(diǎn)：線性范圍大，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)；非接觸測量。 適合用于測量旋轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)和位移。 提升機(jī)制動(dòng)器位移監(jiān)測也使用該傳感器中國礦

9、業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院制動(dòng)功能制動(dòng)功能松閘功能松閘功能碟簧正壓力碟簧正壓力液壓油壓力液壓油壓力制動(dòng)閘盤制動(dòng)閘盤摩擦閘瓦摩擦閘瓦中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院差動(dòng)變壓器式位移傳感器差動(dòng)變壓器式位移傳感器中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院差動(dòng)變壓器式位移傳感器差動(dòng)變壓器式位移傳感器中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院采用可變極間距的平板電容器優(yōu)點(diǎn)：非接觸測量，靈敏度高，分辨力好，能檢測0.01微米的位移，動(dòng)態(tài)性能好。中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院測量實(shí)例一：回轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)誤差測量回轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)誤差是指在回轉(zhuǎn)過程中回轉(zhuǎn)軸線偏離理想位回轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)誤差是指在回轉(zhuǎn)過程中回轉(zhuǎn)軸線偏離理想位置而出現(xiàn)的附加運(yùn)動(dòng)。置而出現(xiàn)的附加運(yùn)動(dòng)。中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院軸向運(yùn)動(dòng)徑向運(yùn)動(dòng)傾角運(yùn)動(dòng)中

10、國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院 運(yùn)動(dòng)誤差使回轉(zhuǎn)軸上任何一點(diǎn)發(fā)生與軸線平行的移動(dòng)和在垂直于軸線的平面內(nèi)的移動(dòng)。前一種移動(dòng)稱為該點(diǎn)的端面誤差運(yùn)動(dòng)后一種移動(dòng)稱為該點(diǎn)的徑向誤差運(yùn)動(dòng) 端面誤差運(yùn)動(dòng)是軸向運(yùn)動(dòng)和傾角運(yùn)動(dòng)合成的結(jié)果，徑向誤差運(yùn)動(dòng)則是純徑向運(yùn)動(dòng)和傾角運(yùn)動(dòng)合成的結(jié)果。 端面誤差運(yùn)動(dòng)因測量點(diǎn)所在半徑位置不同而異，徑向誤差運(yùn)動(dòng)則因測量點(diǎn)所在的軸向位置不同而異。所以在討論誤差運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)指明測量點(diǎn)的位置。中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院 徑向運(yùn)動(dòng)誤差的測量方法中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院 徑向運(yùn)動(dòng)誤差的測量方法中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院 在一般情況dx+dyr()、而只有當(dāng)Sx( )、Sy()趨于零或己確知，由dx、dy

11、才能確定r()。因此，如何消除或分離偏心e和基準(zhǔn)球的形狀誤差S就成為研究測量方法的重要任務(wù)。 目前常采用形狀誤差遠(yuǎn)小于回轉(zhuǎn)誤差運(yùn)動(dòng)的圓球來作為基準(zhǔn)球，力求減小它對(duì)測量結(jié)果的影響。當(dāng)圓球形狀誤差和誤差運(yùn)動(dòng)大小同屬于一數(shù)量級(jí)，則必需采用誤差分離技術(shù)來消除其影響。中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院 在圓球形狀誤差可忽略的情況下， dx、dy是圓球中心的位移在X，Y兩方向上的分量。換言之，由于偏心e的存在、由dx、dy可以確定的是圓球幾何中心的軌跡而不是回轉(zhuǎn)軸心的軌跡。實(shí)際上，在同一根軸上、以相同條件運(yùn)行(因而r()應(yīng)一樣)，由于偏心e的大小和方位不同測得dx、dy亦不同。為了盡量減小偏心對(duì)dx、dy的影響，使得測量結(jié)果能更真實(shí)地反映r()，就必須盡量減小或消除e值。如果這樣做有困難，那么只有在同一偏心大小和方位的條件下測定的結(jié)果彼此間才有可比性。中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院圓圖像的處理和分析圓圖像的處理和分析總誤差運(yùn)動(dòng)圖像反映了誤差