CN210070847U - 一种评估电容式非接触位移测量系统稳定性的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种评估电容式非接触位移测量系统稳定性的装置，评估装置用于等效于电容式位移传感器探头与待测面间隙恒定不变时的状态，所述评估装置由标准电容和三同轴电缆相互连接构成，其中所述三同轴电缆包括外屏蔽层、内屏蔽层和芯极，标准电容的两端分别与所述三同轴电缆一端的外屏蔽层和芯极连接，三同轴电缆的另一端通过连接公头、连接母头和三同轴延伸电缆最终与电容式非接触位移测量系统连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及电容式精密测量技术领域，尤其是涉及一种评估电容式非接触位移测量系统稳定性的装置。
背景技术
电容式非接触位移测量系统是采用电容调频或电容运算原理的一种非接触式精密测量仪器，可搭配电容式位移传感器使用，实现不同行业应用要求中的几何量测量。电容式位移传感器不仅具有一般非接触式仪器所共有的无磨擦、无损磨的优点外，还具有信噪比大，灵敏度高，零漂小，频响宽，非线性小，精度稳定性好，抗电磁干扰能力强等优点。
电容式位移传感器实质上是个具有可变参数的电容器。和其他传感器不同，电容式位移传感器输入能量极低，只需要非常小的输入力。由于带电板板之间的静电引力很小，只有几个牛顿，因此电容传感器特别适用于解决输入能量极低的测量问题，尤其适合微小的位移测量。其次可以获得比较大的相对变化量，采用高线性电路，动态范围可达到100％或更大，这就可以大大提高传感器的输出能力。动态响应快。电容传感器的动片质量轻，系统的固有频率高，同时电容的介质损耗非常小，因而传感器能在数兆赫的载频下工作，因此，特别适合于动态测量的场合。
当前对电容式非接触位移测量系统的检定遵循的是《JJG570-2006电容式测微仪检定规程》，该规程适用于量程不大于2000μm、分辨力为1nm～0.5μm的电容测微仪的首次检定、后续检定和使用中检验。该规程的检定用主要器具为5等(3～5)mm量块斜块式测微仪检定器、小角度检查仪、杠杆斜块式测微仪检定器、秒表、计时器等器具，且各部分的相互作用是以目力观察和手动试验的方法实现的。因此现有的检定方法仅能对系统当前的、短暂的工作情况进行检定，无法对系统长期工作稳定性的情况进行评估。同时由于检定用器具规格较大且为机械结构的测量器具，因此若想实现对系统的温度变化稳定性的评估，该检定规程并不适用。
基于以上背景，对于电容式非接触位移测量系统，现有的检定规程已不能满足当前环境对系统的使用要求，需要新的评估装置及方法实现对电容式非接触位移测量系统的长期工作稳定性和温度变化稳定性的评估。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种评估电容式非接触位移测量系统稳定性的装置，该装置可以稳定、准确、简便的对电容式非接触位移测量系统进行长期工作稳定性和环境温度变化稳定性进行评估，可有效提高现阶段对电容式非接触位移测量系统性能评估的准确性。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种评估电容式非接触位移测量系统稳定性的装置，包括评估装置，所述评估装置用于等效于电容式位移传感器探头与待测面间隙恒定不变时的状态，所述评估装置由标准电容和三同轴电缆相互连接构成，其中所述三同轴电缆包括外屏蔽层、内屏蔽层和芯极，标准电容的两端分别与所述三同轴电缆一端的外屏蔽层和芯极连接，三同轴电缆的另一端通过连接公头、连接母头和三同轴延伸电缆最终与电容式非接触位移测量系统连接。
与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：
(1)实现对电容式非接触位移测量系统的长期工作稳定性的评估，能够长期、稳定、准确的监测电容式非接触位移测量系统的长期工作稳定性。
(2)实现对电容式非接触位移测量系统的环境温度变化稳定性的评估，能够实现在环境温度变化的情况下实时监测电容式非接触位移测量系统的工作稳定性。
(3)由于评估用标准电容连接件规格小，大大降低了评估难度，无需将电容式非接触位移测量系统搬至检验设备处进行检测，同时也可以实现在现场使用环境下进行实时监测，实现实时监测电容式非接触位移测量系统的稳定性。
(4)通过本实用新型所述评估装置，可有效提高对电容式非接触位移测量系统工作性能的评估能力，有效提高对电容式非接触位移测量系统长期工作稳定性和环境温度变化稳定性的监测能力，保证电容式非接触位移测量系统的工作性能稳定性，能够有效减少由于系统长期工作或环境温度变化而引起的误差。
附图说明
图1为本实用新型中电容式非接触位移测量系统的工作原理图。
图2为本实用新型中评估装置的结构示意图。
图3为本实用新型中评估装置与电容式非接触位移测量系统的连接示意图。
附图标记：1-待测金属导体，2-电容式位移传感器，3-三同轴延伸电缆，4-电容式非接触位移测量系统，5-标准电容，6-外屏蔽层，7-芯极，8-内屏蔽层，9-连接公头，10-评估装置，11-连接母头，12-三同轴电缆，13-连接公头
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
善测(天津)科技有限公司自主研制开发的电容式非接触位移测量系统的基本工作原理如图1所示。电容式位移传感器2探头与待测金属导体1端面相当于电容器极板的两极，二者的间隙产生变化时，根据电容表达式
间隙d的变化引起电容C的变化，产生的信号由三同轴延伸电缆3传输到电容式非接触位移测量系统4中进行后续的处理。电容式位移传感器2的测量范围通常在3-4mm，精度要求至少在0.1um内，因此误差应尽可能小。除了电容式位移传感器的精度需要提高外，确定电容式非接触位移测量系统的漂移也是提高电容式位移传感器测量精度的重要手段之一。
根据上述测量原理，设计一种评估电容式非接触位移测量系统稳定性的装置。选取一高品质标准电容，该电容等效于探头与待测端面形成的电容器。为保证评估时的准确性，选取高稳定、低温漂电容，目前高品质电容具有结构单一、使用寿命长，高可靠性、频率特性良好、自我发热小等优点，其漂移不超过1ppm，与电容式非接触位移测量系统的漂移相比可忽略不计。
评估装置10结构示意图如图2所示，选取一段三同轴电缆12，本实施例中三同轴电缆12和三同轴延伸电缆3均为由上海百银线缆有限公司生产的TRX三同轴电缆，由外屏蔽层6、芯极7和内屏蔽层8组成，剥开三同轴电缆12绝缘层，使高品质标准电容5两端分别与其外屏蔽层6和芯极7相连，三同轴电缆3的另一端与连接公头9相连。该评估装置的作用是可等效于一种电容传感器探头与待测面间隙恒定不变时的状态。高品质标准电容容值大小的选取以电容表达式计算来确定，高品质标准电容的容值大小应选取在电容式位移传感器的测量范围内才有评估意义。
见图3，上述中评估装置引出的连接公头9与连接母头11连接，连接母头11与三同轴延伸电缆3相连，为保证评估的准确性，此处三同轴延伸电缆3的长度和介绍电容式非接触位移测量系统的基本工作原理中电容式位移传感器所用三同轴延伸电缆3长度一致。三同轴延伸电缆3的另一端接另一个连接公头13，连接公头13再与电容式非接触位移测量系统4相连。
具体的，评估电容式非接触位移测量系统稳定性的方法如下：
按照图3搭建完成后，启动电容式非接触位移测量系统，此时系统示数显示的间隙值即为评估装置10上高品质标准电容的容值大小经系统信号调理后所对应的的间隙值。由于高品质标准电容的工作稳定性远远大于电容式非接触位移测量系统，因此理论上如果电容式非接触位移测量系统是理想情况即零漂移时，其示数显示应为一恒定值不变，但实际上电容式非接触位移测量系统是存在一定漂移的，因此将评估装置10与电容式非接触位移测量系统4相连时，系统示数显示会产生变化，可通过实时监测系统示数变化来监测电容式非接触位移测量系统4在长期工作情况下的工作稳定性。也可搭配恒温恒湿箱，将整套系统放置于恒温恒湿箱内进行环境温度变化稳定性的监测，实现对电容式非接触位移测量系统4的长期工作稳定性和环境温度变化稳定性的评估。
通过该评估方法，可实现对电容式非接触位移测量系统4长期工作稳定性和环境温度变化稳定性的有效评估，通过监测电容式非接触位移测量系统4的示数变化，对电容式非接触位移测量系统4的漂移情况进行定量分析。
具体定量分析方法如下：
电容式非接触位移测量系统的满量程为fs，标准电容C对应的间隙值为d，通过上述评估装置可实现两种稳定性的定量分析。
1、评估电容式非接触位移测量系统4的长期工作稳定性。
电容式非接触位移测量系统开启后显示初始示数为d1，经过时间t后的示数为d2，则单位时间内的漂移量。
2、评估电容式非接触位移测量系统4的环境温度变化稳定性。
将电容式非接触位移测量系统置于恒温恒湿箱中，t1时刻温度为T1，示数显示为d3；t2时刻温度为T2，示数显示为d4，则单位温度变化下的漂移量
其中fs、d、d1、d2、d3、d4的单位为微米，t、t1、t2的单位为秒，T1、T2的单位为摄氏度。
同时，通过改变高品质标准电容5的大小，即可制作不同规格的评估装置10，以模拟在不同间隙变化下电容式非接触位移测量系统的稳定性，可更加全面的对电容式非接触位移测量系统4进行评估。
该评估方法简单、便捷、易重复实现，只要保证高品质标准电容5的品质，即可随时随地实现对电容式非接触位移测量系统的稳定性评估，具有良好的现实意义。
本实用新型并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本实用新型的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种评估电容式非接触位移测量系统稳定性的装置，其特征在于，包括评估装置，所述评估装置用于等效于电容式位移传感器探头与待测面间隙恒定不变时的状态，所述评估装置由标准电容和三同轴电缆相互连接构成，其中所述三同轴电缆包括外屏蔽层、内屏蔽层和芯极，标准电容的两端分别与所述三同轴电缆一端的外屏蔽层和芯极连接，三同轴电缆的另一端通过连接公头、连接母头和三同轴延伸电缆最终与电容式非接触位移测量系统连接。
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2019
- 2019-07-15 CN CN201921099422.3U patent/CN210070847U/zh active Active
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