基于扩散硅压力传感器的气电转换器的研制

摘要

气动测量技术测量精度高、非接触式测量、量仪结构简单，因而在机械加工检测领域应用甚广。特别是在薄壁零件和软材料零件内外径尺寸测量、某些机械量具和量仪难于进行的测量，如深孔内径、小孔内径、窄槽宽度测量等方面有其特有的优势。
　　随着现代电子技术、信息技术的迅猛发展，制造业的自动化程度也在快速提升，常规的气动量仪(如浮标式气动量仪)将逐渐为新型的气电量仪所替代。气电转换器是气电量仪的核心技术，它的普遍使用将大大促进机械制造业自动化检测水平的提高。本课题从分析气动测量的基础理论入手，研究气路系统的工作原理，用MPX5500DP扩散硅压力传感器将气体压力信号转换为电压信号，进而研制成功一种气电转换器。气电转换器的输出信号经信号处理电路系统处理后由电子柱显示，研制成功实用的气电量仪。本课题的主要研究工作如下：
　　首先，在综合考虑各种工作原理的气动量仪的优缺点后，确定差压式气动测量方式为气电转换式气动量仪的测量方式。设计了差压式气路测量系统，设计制造了实验用轴向式气动测头。
　　第二，用美国摩托罗拉公司压力传感器作为气电转换器的核心，研制成功一种实用的气电转换器。
　　第三，研制了气电转换器的信号处理电子系统，设计有调零、增益调整、开关转换扩展量程等功能。
　　第四，研究了用计算机软件技术对气动测量的特性曲线进行分段线性化处理扩大测量量程的方法。
　　最后，用千分表检查仪作为实验过程中的微动测量装置进行实验研究。通过实验数据分析确定气动测量的初始测量间隙及其较好的线性段范围，确定所研制的气电转换器的性能。

目录

基于扩散硅压力传感器的气电转换器的研制

DEVELOPMENT ON THE PNEUMATIC-ELECTRIC TRANSDUCER BASED ON THE SILICON PRESSURE

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 气电式气动测量的基本原理

1.4 气动量仪的特点

1.5 气动量仪的研究现状

1.6 本课题的主要研究内容

第2章 气动测量的理论基础

2.1 引言

2.2 流体的连续性方程

2.3 流量不变方程

2.4 气体伯努里方程

2.4.1 不可压缩气体的伯努里方程

2.4.2 可压缩气体的伯努里方程

2.5 本章小结

第3章 气路系统

3.1 引言

3.2 差压式气路系统

3.3 背压式气路原理及其特性

3.3.1 背压式气路的工作原理

3.3.2 背压式气路特性

3.4 气动测头

3.4.1 轴向气动测头

3.4.2 气动测头参数

3.5 气路系统元件

3.6 本章小结

第4章 电路系统

4.1 引言

4.2 压力传感器

4.3 直流电源

4.4 信号处理电路

4.4.1 零位调整电路

4.4.2 量程扩展电路

4.4.3 输出电平调整电路

4.5 电子柱显示电路

4.6 软件分段线性化处理的接口电路

4.6.1 光电隔离A/D板AC1558

4.6.2 工控机

4.7 电路的抗干扰

4.7.1 抗电磁干扰的接地

4.7.2 电源干扰的抑制

4.7.3 印刷电路板的抗干扰

4.8 本章小结

第5章 实验系统

5.1 引言

5.2 实验系统工作压力的确定

5.2.1 实验条件

5.2.2 装夹测头

5.2.3 实验数据

5.2.4 实验结论

5.3 实验系统的调整

5.3.1 实验条件

5.3.2 装夹测头

5.3.3 调整增益和电平

5.4 实验系统的校准

5.4.1 实验条件

5.4.2 实验步骤

5.4.3 硬件法扩展量程实验系统的校准

5.4.4 实验结论

5.5 软件法扩展量程实验

5.5.1 软件分段线性化处理的基本思想

5.5.2 实验过程

5.5.3 实验结论

5.6 对比实验

5.7 本章小结

结论

参考文献

附录

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致谢