测控仪器设计第2版 教学课件 作者 浦昭邦 王宝光 第3章（4.5.6.7节）.ppt

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1、第四节测控仪器设计原理一、平均读数原理在计量学中，利用多次读数取其平均值，能够提高读数精度，即称之为平均读数原理。一、平均读数原理二、比较测量原理三、补偿原理以光学分度头为例，当采用单面读数（单个读数头）时，由于轴系晃动或度盘安装偏心等原因，不可避免地将使仪器带来读数误差。图3—22度盘安装偏心示意图图a中，设o为度盘几何中心，o为主轴回转中心，即度盘有安装偏心。I为读数头瞄准位置。则当主轴转过角时，度盘几何中心转至O1点（图b），此时，相对读数瞄准位置I来说，产生读数误差为（3-16）式中-安装偏心，-度盘刻划

2、半径。如仪器主轴转动时轴系有晃动，其产生的读数误差与上面分析类似。如果，在度盘的对径方向上安装两个读数头，并取两个读数头读数值的平均值作为度盘在这一转角位置上的读数值。这样，度盘安装偏心或轴系晃动带来的读数误差为正的话，则对读数头II来说，其读数误差必为负，且两者的绝对值相等。因此，当存在着度盘安装偏心或轴系晃动误差时，对径读数取它们的平均值，则可自动消除读数误差。图3—23测角仪对径读数结构1-照明光源2-聚光镜3-度盘4、9、13-直角棱镜5、11-物镜6-梯形棱镜7、8-光楔测微器10-合像分界楔12-秒尺14

3、-投影物镜15、16、17-反射镜18-投影屏假设度盘有刻划误差、安装偏心、轴系有晃动等缺陷，分析当用2个读数头读数值的平均值作为读数值时，上述误差对读数误差影响的情况。式中-各阶谐波的阶次；-各阶谐波的幅值。对于次谐波当m=1，3，5…….奇数时，当m=2，4，6…….偶数时可得出结论：m=k•2（K为正整数）次谐波误差不能消除，变为通用式：m=k•n次谐波误差不能消除结论：由上分析可见，多读数头结构平均读数原理，在消除轴系晃动、度盘安装偏心及度盘刻划误差等对读数精度的影响方面具有良好的效果。因此，平均读数原理已成

4、为高精密圆分度测量装置中一条重要设计原理，而为量仪设计所普遍重视和共同遵循。二、比较测量原理（一）位移量同步比较测量原理位移量同步比较原理主要应用于复合参数的测量：渐开线齿形误差，齿轮切向综合误差，螺旋线误差，凸轮型面误差的测量▼特点：这类复合参数一般都是由线位移和角位移，或角位移和角位移以一定关系作相互运动而成。它们的测量过程，实际上是相应的位移量之间的同步比较过程，故在设计这类参数的测量仪器中，形成了一种位移量同步比较的测量原理。这一原理的特点是符合按被测参数定义进行测量的基本原则。▼过去的方法：采用建立相应的机

5、械的标准运动，然后与被测运动相比较的方法，其结果是结构复杂，环节多，测量链长，工艺难度大，特别当要求仪器具有较大通用性时，问题更为突出。▼近期的方法：由于激光、光栅、电子和微机技术的发展，使位移量同步比较由机械式向电子式发展，由于这种发展，使位移量同步比较原理在仪器设计中获得了新的广泛前景。因此，测量时由非同步比较变为了同步比较的过程。图3—24万能齿轮整体误差测量机原理图1—圆光栅盘2—切向滑板3—长光栅尺4—光栅头5—刚性测头6—被测齿轮7—光栅头图3-24是采用电子式位移量同步比较原理所设计的万能齿轮整体误差测

6、量机的原理图。由此可知位移量同步比较测量原理的定义是：对复合参数进行测量的近代方法是先分别用激光装置或光栅装置等测出它们各自的位移量，然后再根据它们之间存在的特定关系由计算机系统直接进行运算比较而实现测量。第1齿测量：先将刚性点触头5调至被测齿轮基圆的切线位置上，并与被测齿轮的齿面接触。测量时，由齿轮顺时针转动带动触头沿渐开线法线移动进行测量.第2齿测量开始前，齿轮继续旋转，触头停止移动并在第1齿齿顶圆上滑过。触头滑过齿顶圆后，在测力机构作用下，进入齿轮啮合位置中并与第2齿齿面接触。此时齿轮反转，触头沿基圆切线随第2

7、齿齿面继续返回移动，直至触头返回至被测齿轮基圆的切线位置上，并与被测齿轮的齿面接触时齿轮开始正转，开始第二齿的测量。逐齿循环上述正反转测量过程，直至测量完截面所有各齿。在测量过程中，与齿轮一起转动的圆光栅发出与脉冲信号（为被测齿的实际分度角，为齿轮实际测量展开角），与测头一起移动的长光栅发出和脉冲信号（为采样点序号）。两路信号同时送入计算机，按仪器测量原理所规定的程序进行计算，显示及自动画出齿轮的截面整体误差曲线。图3—25电学量差动比较测量原理图3-25a）为桥式差动电路，图3-25b）为双端差动电路。（二）差动比

8、较测量原理1．电学量差动比较测量电学量差动比较测量可以大大减小共模信号的影响，从而可以提高测量精度和灵敏度，并可以改善仪器的线性度。式中，为线圈匝数，为空气的磁导率，为空气隙的截面积。1-铁心2-线圈3-衔铁4-测杆5-工件图3-26差动式电感传感器上述每个电路内都有两个光电元件，一个接受信号光线，另一个接受同一光源的恒定光线。这样，温度变化、