应变测微仪开发及测量系统设计

摘要

随着科技的发展在制造加工行业中,对产品的精度和质量要求越来越高,因此对精密检测仪器的要求不断提高。目前用于小位移精密测量的仪器主要有电感测微仪、千分表、扭簧表、气动量仪、容栅表、光栅测微仪、电容测微仪等进行比较测量。电感比较仪精度很高能达到十分之一微米级,但是价格昂贵,难以得到推广;千分表和扭簧表是目前市场上用得最为广泛的一种微型测量仪,经过多年的发展,它们性能稳定,价格低廉,但是精度都在十个微米以上,并且不能实现数字化;气动量仪、容栅表,气动测量和电容测微仪是新发展起来的一些小位移测量仪器,在计算机接口电路中的精度低,且电容测微仪的测量范围小。
　　本文通过实际调查和理论分析,根据电子称重技术原理,开发一种成本低、价格低廉、结构简单、精度高、实用性强、能够实现数字化和信息化的小位移比较测量仪—应变测微仪。具体工作如下:
　　①应变测微仪基础理论学习和研究:介绍了应变测微仪的研制思路,应变测微仪的工作原理,根据应用条件和工作原理设计出应变测微传感器的结构。
　　②应变测微仪传感器结构设计:根据应变测微仪的测量要求和传感器弹性体的设计原则,弹性体采用整体性设计,能有效地消除组合结构对传感器带来的误差,设计了应变测微仪的结构;采用材料力学的计算方法,根据测量力的大小计算出传感器的尺寸。
　　③调理电路设计:根据应变测微传感器的特点,需要对传感器输出信号进行放大、滤波、A/D转换、数据采集和显示输出控制等一系列处理,设计了控制系统的调理电路和程序控制流程。
　　④电桥组桥方式选择:根据弹性体的结构和应变片的种类,应变测微仪选用四片单桥应变片粘贴在弹性体两侧,采用全桥组桥方式,能够增大输出电压提高电桥灵敏度、实现温度补偿、消除非测量载荷的影响,阐述了应变片的粘贴工艺。
　　⑤静态标定实验台设计和调试:介绍了应变测微仪静态标定实验平台的工作原理,为了减小实验误差,在支点处用弹簧片代替传统轴承的方法;对已知量程的称重传感器进行输入输出实验,验证应变测微仪开发的可行性,对控制系统进行调试和改进。
　　⑥静态标定实验:对应变测微仪传感器进行输入输出实验,评估其静态特性,然后编写控制流程图,最后对应变测微仪参数进行确定。