1、計(jì)量與檢測(cè)容柵電子長度測(cè)量系統(tǒng)上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院姜志華一、概述線紋電子長度測(cè)量系統(tǒng)中通常包括光柵,同步感應(yīng)器,磁柵和容柵四種測(cè)量系統(tǒng)。容柵電子長度測(cè)量系統(tǒng)是七十年代末,八十年代初國際上開始發(fā)展起來的一種新穎位移傳感器,國內(nèi)在八十年代陸續(xù)引進(jìn)了容柵器件進(jìn)行組裝。容柵測(cè)量系統(tǒng)有幾種不同的類型,但其基本原理都應(yīng)用了電容差動(dòng)感應(yīng)的原理。本文介紹的是一種高分辨率的容柵電子長度測(cè)量系統(tǒng)。二、工作原理圖2在不考慮電容邊緣效應(yīng)的情況下,電容表達(dá)式可寫為:C=S/d式中:;S為極,a×b;。a,極板間距d都是C與極板的寬b(L的長度方向),電容C1和C2的關(guān)系可寫成:C1/C2=(2-X)/(2

2、+X)(1)其中,xL/2。當(dāng)V01的電壓從V0跳到V1時(shí),接收極板的感圖1應(yīng)電荷:Q1=C1(V1-V0)容柵電子長度測(cè)量系統(tǒng)的基本原理如圖1所示,它包括一個(gè)差動(dòng)電容傳感器,在電容傳感器的一邊至少有一塊接收極板,在電容傳感器的另一邊至少有兩塊發(fā)射極板。電容傳感器兩邊能作相對(duì)平移?？刂葡到y(tǒng)有一個(gè)輸出和一個(gè)輸入,一個(gè)多用途的參考直流電壓源。控制系統(tǒng)的開關(guān)把控制系統(tǒng)的輸出電壓和其中的一個(gè)參考直流電壓交替連接至一個(gè)發(fā)射極板,控制系統(tǒng)同時(shí)也反饋由接收極板獲得的反饋信號(hào)。這反饋信號(hào)作為電容兩極板相對(duì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果輸入到控制系統(tǒng),并使接收極板的信號(hào)總是趨向于零。這樣就使控制系統(tǒng)的輸出電壓與電容傳器的相對(duì)位移成

3、正比。V01和V02波形如圖2所示,它們是加在發(fā)射極(2)同時(shí)發(fā)生V02的電壓從V0跳到V2時(shí)接收極板的感應(yīng)電荷:Q2=C2(V2-V0)(3)(4)總的感應(yīng)電荷趨向于零:Q1+Q2=0由公式(1)至(4)聯(lián)列,得:V0=(V2-V1)/X+(V2+V1)/2(5)整個(gè)閉環(huán)控制的基本原理:控制系統(tǒng)的輸出電壓V0始終圍繞某個(gè)平衡電壓V 0,當(dāng)輸出電壓趨于V 0時(shí),接收極板的電荷同時(shí)趨于零,這時(shí)控制系統(tǒng)的輸出電壓V0與位移X成正比。V0經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)值轉(zhuǎn)換后顯示X的位移。圖1所示的差動(dòng)電容傳感器是容柵傳感器中的一組原理圖。為了使容柵的動(dòng)尺和定尺相對(duì)移動(dòng)時(shí)不影響接線,容柵的發(fā)射極板和接收極板都做

4、在滑尺上,把間接收極板做在定尺上。間接接收極板把板上的電壓。V0是控制系統(tǒng)的輸出電壓。L是傳感接收極板在運(yùn)動(dòng)方向的長度。C1和C2分別是發(fā)射極板1和發(fā)射極板2對(duì)應(yīng)接收極板的平行電容。X是接收極板離開中心位置的距離。2/200032上海計(jì)量測(cè)試計(jì)量與檢測(cè)從動(dòng)尺發(fā)射極板中感應(yīng)到的電勢(shì),再感應(yīng)到動(dòng)尺接收極板上。具體原理圖如圖3所示。圖4表示了控制系統(tǒng)的輸出電壓V0與位移X的關(guān)系。V0經(jīng)模數(shù)和數(shù)值轉(zhuǎn)換后的讀數(shù)稱為小計(jì)數(shù)。在位移X的全量程范圍內(nèi),按動(dòng)尺發(fā)射極板上的長度周期分成了若干個(gè)區(qū)間。當(dāng)X每移過一個(gè)區(qū)間時(shí),激勵(lì)脈沖的組別也移動(dòng)一組,與之對(duì)應(yīng)的區(qū)間實(shí)際位置也相應(yīng)的加或減一次。區(qū)間的實(shí)際位置乘以區(qū)間的周

5、期稱為大計(jì)數(shù)。如圖4所示,當(dāng)X在全量程變化時(shí),容柵電子長度測(cè)量系統(tǒng)中的微計(jì)算機(jī)始終能確定大計(jì)數(shù)和小計(jì)數(shù)以反映X的正確位置。三、結(jié)束語以上介紹了容柵電子長度測(cè)量系統(tǒng)的基本原理,它是國家技術(shù)監(jiān)督局下達(dá)的縱向課題容柵檢定裝置中的關(guān)鍵部分。該課題獲國家技術(shù)監(jiān)督局科技進(jìn)步四等獎(jiǎng)。圖31.動(dòng)尺接收極極;2.定尺間接接收極極;3.動(dòng)尺發(fā)射極板容柵傳感器由發(fā)射極板,間接接收極板和接收極板組成。發(fā)射極板和接收極板組成了容柵的動(dòng)尺,間接接收極板組成了容柵的定尺。顯然定尺的長度決定了位移傳感器的量程。從誤差均化理論來講,動(dòng)尺發(fā)射極上的組數(shù)越多,平均效應(yīng)越好,準(zhǔn)確度越高,但測(cè)量范圍越小,根據(jù)發(fā)射極板組的數(shù)字與產(chǎn)生誤差

6、的雙曲線關(guān)系,選用八組發(fā)射極板便能達(dá)到容柵傳感器的設(shè)計(jì)要求。為了保持差動(dòng)電容傳感器的連續(xù)測(cè)量,與一塊間接接收極板對(duì)應(yīng)的有4小塊發(fā)射極板,每組由8小塊發(fā)射極板組成,8的發(fā)射極板。如圖3所示A01,A2,A3是激勵(lì)發(fā)射極板的邏輯脈沖,設(shè)Ai與V01相同為0,與V02相同為1。當(dāng)容柵動(dòng)尺每移過一個(gè)動(dòng)尺發(fā)射極板的距離。動(dòng)尺激勵(lì)脈沖A0,A1,A2,A3也按表1所示的邏輯組別移動(dòng)一組,以保證在全量程范圍內(nèi)的跟蹤測(cè)量。AiA001111000A100111100A200011110A300001111的區(qū)別2000年,中國消費(fèi)者協(xié)會(huì)確定的年主題是“:明明白白消費(fèi)”怎樣才能“明明白白”呢?例如,在現(xiàn)實(shí)生活中

7、,不少消費(fèi)者對(duì)“保質(zhì)期”與“保存期”之間的區(qū)別理解不夠。產(chǎn)品的保質(zhì)期是指產(chǎn)品在正常條件下的質(zhì)量保證期限。產(chǎn)品的保質(zhì)期由生產(chǎn)者提供,標(biāo)注在限時(shí)使用的產(chǎn)品上。在保質(zhì)期內(nèi),產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)對(duì)該產(chǎn)品質(zhì)量符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或明示擔(dān)保的質(zhì)量條件負(fù)責(zé),銷售者可以放心銷售這些產(chǎn)品,消費(fèi)者可以安全使用。保存日期是指產(chǎn)品的最長保存期限,超過保存日期的產(chǎn)品失去了原產(chǎn)品的特征和特性。喪失了產(chǎn)品原有的使用價(jià)值。保存日期的最后那天,也稱為產(chǎn)品的失效日期,根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量法的規(guī)定,銷售者不得銷售失效、變質(zhì)的產(chǎn)品。故此,失效產(chǎn)品或者稱為超過保存日期的產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)禁止銷售。產(chǎn)品的保質(zhì)期不同于保存期。對(duì)同一產(chǎn)品,其保存期應(yīng)當(dāng)長于保質(zhì)期。另外,對(duì)超過保質(zhì)期的產(chǎn)品,并不一定意味著產(chǎn)品質(zhì)量絕對(duì)不能保證了,只能說,超過保質(zhì)期的產(chǎn)品,其質(zhì)量不能保證達(dá)到原產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或明示的質(zhì)量條件。對(duì)超過保質(zhì)期的產(chǎn)品,可以通過質(zhì)量檢驗(yàn),確定其質(zhì)量,特別是安全性能指標(biāo)