CN87210928U

CN87210928U - 大间隙气动量仪

Info

Publication number: CN87210928U
Application number: CN 87210928
Authority: CN
Inventors: 范登平; 龙世英
Original assignee: THIRD DESIGN INST MINISTRY OF MACHINE BUILDING
Current assignee: THIRD DESIGN INST MINISTRY OF MACHINE BUILDING
Priority date: 1987-07-22
Filing date: 1987-07-22
Publication date: 1988-07-27

Abstract

一种大间隙气动量仪，其特征是采用固态压阻压力传感器作长度测量的气电转换器。并具有新型测量喷嘴和测量校正电路。能够实现长度尺寸非接触式、大间隙测量。扩充了气动量仪的应用范围。本实用新型既可作机械加工的静态和动态的高精度长度测量等，又可输出供微机作数据处理的电量，以便作自动检测、自动分选、主动测量和生产线的质量控制等。

Description

大间隙气动量仪

本实用新型属于一种气电转换式气动量仪。

在机械加工中，广泛使用气动量仪来测量工件长度、内径、外径、直线度、圆柱度和垂直度、平行度等，原有的气动量仪，主要有水柱式、浮标式、薄膜式和波纹管式等四种。这些气动量仪都是将被测工件尺寸的变化量转换成空气流量或压力的变化量，用水柱或浮标或指针来指示。（一种典型结构见图1，它是成都量具刃具厂生产的薄膜式气动量仪）。这些气动量仪能完成前述多种测量，且可实现非接触式测量，其测量精度也较高。但是，这些气动量仪多是利用气动和气动机械组合装置进行放大，因而存在测量间隙较小（一般为0.085mm～0.25mm，最大也不超过0.30mm）、反应速度较慢（一般都超过1秒，有的要2秒）的不足或缺点；由于结构限制，这些气动量仪均无表征被测量的电量（模拟量和数字量）输出，因而其应用大受限制。

本实用新型的目的在于克服上述不足和缺点，提供一种新型气动量仪。它与前者的区别在于：测量间隙较大，反应速度较快，测量范围较宽，具有可供微机作数据处理的电量输出，既可用于静态、动态测量，又可用作自动检测、自动分选、主动测量和生产线的质量控制等。

本实用新型针对前述气动量仪的主要缺点和不足，进行了重新设计。其主要特征是：

1.首先，本实用新型是用固态压阻压力传感器作气电转换元件。该传感器是利用单晶硅的压阻效应而制成的一种力敏器件。传感器内的单晶硅受到被测压力作用后，电阻率发生变化，即发生压阻效应，将被测压力的变化直接转换成电量变化输出。它具有很高的频率响应，转换精度高于0.3％。保证了本实用新型的结构简单，反应速度快，有精确反映被测工件长度等值的电压输出。

2.测量喷嘴设计成锥形薄壁结构。如图3所示，测量喷嘴的结构与测量间隙和测量精度密切相关。锥形喷嘴可加大测量范围，增大测量间隙。

锥形结构的测量喷嘴的主要尺寸为：（如图3）当测量喷嘴内径d＝φ2.0～φ1.5mm，喷嘴外径D＝φ4mm，倒角α＝20°～40°，倒角长度：H＝1^＋0.2 _－0.5～1.4^＋0.05 _－0.10mm

3.为了保证本实用新型能在0.05～0.45mm的测量间隙内气路特性的较好线性和无折点，它的主节流嘴、副节流嘴均设计成两级节流结构。

4.具有缓冲气室。在主节流嘴和副节流嘴之后，固态压阻压力传感器之前，各设置一个缓冲气室，以增强气路的稳定性。

5.测量电路采用分段补偿的办法进行误差校正。如前所述，本实用新型采用的固态压阻压力传感器，其线性范围和线性精度都很高（大大高于本仪器的要求）。但在测量间隙大于0.3mm后，“间隙～压力特性”的非线性大于3.5％，故整机的“间隙～电压特性”的非线性度也就大于4.0％。测量电路分三段进行线性补偿校正后，可使测量间隙在0.25～0.35mm或0.3～0.4mm的范围里，仪器的示值误差≤±1μm如前所述，本实用新型采用的固态压阻压力传感器，其线性范围和线性精度都很高（大大高于本仪器的要求）。但在测量间隙大于0.3mm后，“间隙～压力特性”的非线性度大于3.5％，故整机的“间隙～电压特性”的非线性度也就大于4.0％。测量电路采用分段补偿的办法校正后，可使测量间隙在0.25～0.35mm或0.3～0.4mm范围里，仪器的示值误差≤±1μm即1％。

本实用新型的测量电路原理图如图4所示。

6.用双积分原理进行数字显示，提高了仪器的稳定性。由于气路工作压力的瞬间轻微波动和气路始终工作在空气流动状态，便注定了气路的“间隙～压力特性”是瞬间轻微波动的；又由于固态压阻压力传感器有很高的频率响应，所以“压力～电压特性”也是瞬间波动的（其特性曲线图呈毛刺状态。为了消除气路特性中这一瞬间抖动所造成的仪器不稳定性，本实用新型采用双积分式大规模集成电路数字表。在每一周期T内，将输入电压作定积分处理，然后送数码显示。结果，在一周期内测值虽是瞬间抖动的，但显示值却是稳定的。

本实用新型具有测量间隙大（最大为0.4mm），反应速度快（可达0.5秒），测量范围宽（可达150μm），示值误差小（≤±1μm），有可供微机数据处理的电量输出。仪器面板上装有电器零位和倍率调整旋扭，便于使用、便于生产。它可供机械行业作多种测量（如作静态、动态、非接触、大间隙长度测量，软质薄壁零件的连续测量，小孔内径的测量，轴瓦厚度测量，偶件配合间隙的测量），也可用作生产过程中进行主动测量、质量控制等。其进一步应用推广还可开拓发展，测量精度也可进一步提高。

附图说明如下：

图1为薄膜式气动量仪的工作原理图。其中：1开关、2过滤器、8被测工件、13稳压器、14进气喷嘴、15膜片（弹性元件）、16测量喷嘴、17顶头、18排气环、19指示表、20触点调正螺钉、21锥杆、S－表示测量间隙。

图2为大间隙气动量仪工作原理图。其中：1开关、2过滤器、3气动定值器、4两级主节流嘴、5缓冲室、6固态压阻压力传感器、7测量喷嘴、8被测工件、9测量电路、10排气喷嘴、11缓冲气室、12两级副节流嘴、S－表示测量间隙。

图3为测量喷嘴示意图。

图4为测量电路原理图。图中虚线方框部份为固态压阻压力传感器的等效电路。

本实用新型的实施例将在下面结合附图加以说明

本实施例采用的固态压阻压力传感器是“CyG02系列通用高精度差压传感器”，它具有两个压力腔，其精度和稳定性都较高。测量喷嘴的孔径为φ2mm，其结构为锥形薄壁结构（如图3所示）。两级节流嘴尺寸分别为：主节流嘴为φ1.7mm和φ2.2mm，副节流嘴为φ1.2和φ1.6mm。具有缓冲气室，气室空间尺寸为φ8×10mm。测量电路工作原理如图4所示，它在使用双积分原理进行数字显示中，又对显示仪表的硬件电路作了改进，即将数码显示中个位数抹掉，只用十位数以上数码显示。从而避免了静态测量中的跳字现象，进一步提高了系统的读数稳定性。

本实用新型实施例的工作过程和原理是这样的（结合图2）：打开进气阀（1），气源（3.2kg／cm的压缩空气）经两级过滤器（2）变成洁净、干燥的气体，又流经气动定值器（3），输出1.5kg／cm²的恒压气体，然后气路分成两个支路，其中一个支路流经两级主节流嘴（4）和缓冲气室（5），进入固态压阻压力传感器（6）的高压端，再经气测头的测量喷嘴（7）排入大气，图中（8）为被测工件，S为测量间隙，单位为mm）；另一支路，从气动定值器（3）输出的恒压气体，经两级副节流嘴（12）和缓冲气室（11），进入固态压阻压力传感器（6）的低压端，再经排气喷嘴（10）排入大气。当被测工件（8）的尺寸改变使得测量间隙S改变时，固态压阻压力传感器两端的压力差发生变化，由于压阻效应，固态压阻压力传感器（6）就有直流电压输出，由于输出电量的大小与测量间隙S和被测工件尺寸大小成线性关系，故该直流电压再经测量电路（9）放大和处理，最后用双积分式数字表（即图4中“mV”表）来显示工件尺寸的大小，从而完成测量任务。

测量电路（如图4）中I_C1、I_C5为放大器，I_C2I_C3、I_C4为具有外部直流控制的放大器，在测量间隙较小，不需要进行误差校正时，V_A、V_B、V_C电压输出为“0”。仪器的放大倍数K＝K₁。K₅。当测量间隙加大后，I_C2、I_C3、I_C4的输出端V_A、V_B、V_C先后有电压输出，仪器总的放大倍数随测量间隙加大而加大，从而使得该电路具有很好的校正功能。

其具体技术性能如下：

1.气源压力 2～4.0kg／cm²

2.仪器工作压力 1.5～2.0kg／cm²

3.测量范围 100μm

4.最大测量间隙 0.4mm

5.示值误差 ≤±1μm

6.示值稳定性 ≤1μm／2小时

7.重复测量误差 ≤1μm／50次

8.反应速度 0.5秒

9.输出 DC200mV或BCD码输出

10.测量喷嘴孔径 φ2mm或φ1.5mm

11.结构简单，寿命长，便于生产，便于使用。

本实用新型现已按上述结构参数和性能技术作成正规工业产品，完全达到上述技术性能指标。

Claims

1、一种气动量仪，它包括开关(1)、过滤器(2)稳压器(13)、进气喷嘴(14)、转换元件(膜片15，或波纹管)、(普通)测量喷嘴(16)、排气喷嘴(排气环18)和测量值指示装置(机械指示表19或用浮标指示，或用水柱指示)，其特征在于：

a进气喷嘴的主节流嘴(4)和副节流嘴(12)均采用了两级节流结构。

b转换元件采用固态压阻压力传感器(6)。

c(普通)测量喷嘴(16)改进为锥形薄壁结构的测量喷嘴(7)。

d具有测量线性误差校正电路(9)。

e测量值指示装置采用电子数字显示装置。

f具有供自动检测和自动控制用的电量输出装置。

g它的主节流嘴(4)和副节流嘴(12)之后还包括缓冲气室(5、11)。

2、根据权利要求1所述的气动量仪，其特征在于固态压阻压力传感器（6）是利用单晶硅的压阻效应而制成的一种力敏器。

3、根据权利要求1所述的气动量仪，其特征在于锥形薄壁结构的测量喷嘴（7）的主要尺寸为：当测量喷嘴内径d＝φ2.0mm～φ1.5mm，则喷嘴外径D＝φ4mm，倒角α＝20°～40°，倒角长度：

H＝1^＋0.2mm _－0.5mm～1.4^＋0.05mm _－0.10mmmm。

4、根据权利要求1所述的气动量仪，其特征在于它的测量线性误差校正电路，是分三段进行线性补偿。

5、根据权利要求1所述的气动量仪，其特征在于：它的电子数字显示装置，具有连续显示测量值和记忆某一时刻的测量值的特征。

6、根据权利要求1所述的气动量仪，其特征在于它的电量输出装置是接在与电子数字显示表相串联的电阻两端。

7、根据权利要求1所述的气动量仪，其特征在于在主节流嘴（4）或副节流嘴（12）之后的缓冲气室（5）或（11），被接在固态压阻压力传感器（6）之前，两者之间无管道连接，是紧相邻的。

8、根据权利要求1和权利要求7所述的气动量仪其特征在于：缓冲气室（5）或（11）的容积最佳尺寸：孔径为φ8mm，孔深为10mm。