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1、1,第五章 长度测量技术,第一节 长度检测概述 第二节 尺寸测量 第三节 形位误差测量 第四节 表面粗糙度测量 第五节 线位移与距离测量 第六节 物位检测技术,2,形位误差测量是将被测要素和理想要素进行比较，从而用数值描述实际要素与理想要素形状或位置上的差异。每个参数的测量过程包括测量和评定两个阶段。,一、形位误差的基本概念,第三节 形位误差测量,3,形位误差的分类,4,形状误差,形状误差评定时，理想要素的位置应符合最小条件。 最小条件:是指被测实际要素对其理想要素的最大变动量为最小。,5,位置误差,位置误差：实际要素的位置与理想位置差异。 位置公差:被测要素的实际位置对基准在一定方向或位置上
2、的允许的变动量。,6,第三节 形位误差测量,圆度误差指包容同一正截面实际轮廓且半径差为最小的两同心圆的距离fm。,一、圆度误差定义：,7,最小包容区域法最小，最小二乘法稍大,最小包容区域法、最小外接圆法 最大内切圆法，最小二乘圆法,最小包容区域：即包容圆的显示轮廓且与该显示轮廓相间接触点不少于四个的两个理想的同心圆。,8,圆度误差测量,圆度仪测量法：测量时将被测零件安置在量仪工作台上，调整其轴线与量仪回转轴线同轴。记录被测零件在回转一周内截面各点的半径差，绘制出极坐标图，最后评定出圆度误差。,9,第三节 形位误差测量,二、直线度误差的测量,直线度误差：包容被测直线实际轮廓 且距离为最小的两平行
3、直线的距离,测量方法：,评定方法：求最小二乘直线，计算各点与直线的 距离i，直线度误差S=maxmin,自准直仪法,单测头法,刀口尺法,10,第三节 形位误差测量,三、平面度误差的测量,平面度误差：包容同一正截面实际轮廓 且距离为最小的两平行平面的距离,测量方法：,评定方法：计算最小二乘平面， 计算各点与平面的距离i， 平面度误差P=maxmin,自准直仪法,单测头法,激光干涉法,11,第三节 形位误差测量,四、圆柱度误差的测量 圆柱度误差：是指实际圆柱轮廓表面对其理想圆柱面的变动量。,被测圆柱面必须位于半径差为公差值0.05mm两同轴圆柱面间的区域内。,12,第三节 形位误差测量,圆柱度误差
4、的测量，可在圆度测量基础上，测头沿被测圆柱表面作轴向运动测得。,13,第五章 长度测量技术,第一节 长度检测概述 第二节 尺寸测量 第三节 形位误差测量 第四节 表面粗糙度测量 第五节 线位移与距离测量,14,1、零件表面的形貌：,(3)表面粗糙度：零件表面中峰谷的波长和波高之比 小于50 成为表面粗糙度。,(2)表面波纹度：零件表面中峰谷的波长和波高之比 等于501000的不平程度称为波纹度。 会引起零件运转时的振动、噪声，,(1)形状误差 ：零件表面中峰谷的波长和波高之比 大于1000的不平程度属于形状误差。,具有微小峰谷，可分为三种情况:,一、粗糙度的基本概念,15,粗糙度定义：表面粗糙
5、度是一种微观的 几何形状误差。,粗糙度特点：量值小（小于1mm)，变化频率高。,对零件性能的影响：,影响零件的耐磨性。 影响配合性质的稳定性。 影响零件的疲劳强度。 影响零件的抗腐蚀性。 影响零件的密封性。 影响零件的外观、测量精度、表面光学性能 影响导电导热性能和胶合强度等,2、粗糙度的定义：,16,国家标准规定：评定基准为轮廓中线。 包括：最小二乘中线和算术平均中线,最小二乘中线：使轮廓上各点至该线的 距离平方和为最小。,评定基准：表面粗糙度的基准线， 评定表面粗糙度的一段参考线。,算术平均中线：将实际轮廓划分上下两部分， 且使上下面积相等的直线 。,3、粗糙度评定基准：,17,(1) 轮
6、廓算术平均偏差Ra：,(2) 微观不平度十点高度Rz：,(3) 轮廓最大高度Ry：,在取样长度内，被测实际轮廓上各点 至中线距离绝对值的平均值,在取样长度内，被测实际轮廓上5点最大峰高平均值与5点最大谷深平均值的绝对值和,在取样长度内，被测实际轮廓上峰顶 与谷底之间距离,4、粗糙度的评定参数：,评定參數：通常采用下列參數之一来定量评定表面粗糙度。,18,1、粗糙度的接触式测量：,工作原理：触针接触被测表面， 移动一段长度（切断长度）， 传感器输出位移信号,位移传感器：电感传感器、压电传感器,测量头：导头保持移动方向，近似测量基准 触针获取轮廓信号,触针式轮廓仪：,二、粗糙度的测量方法,19,工
7、作原理：激光束聚焦于被测表面， 反射光束至光电探测器， 表面微观轮廓引起离焦， 控制物镜系统重新聚焦， 输出控制信号大小（电流）。,光学轮廓仪,2、粗糙度的非接触式测量：,20,第五章 长度测量技术,第一节 长度检测概述 第二节 尺寸测量 第三节 形位误差测量 第四节 表面粗糙度测量 第五节 线位移与距离测量 第六节 物位检测技术,21,一、线位移测量,1、接触式线位移测量：,(1) 电感位移传感器：,自感式传感器：,原理：位移 线圈电感变化 特点：可靠，非线性严重 范围：测量微位移（1mm）,互感式传感器：,原理：位移 两线圈互感变化 特点：非线性小 范围：测量大范围位移（100mm）,22
8、,(2) 透射式光栅：,工作原理：叠合在一起形成一个小角度， 移动时，形成明暗相间的条纹莫尔条纹,定义：光栅是在基体上刻有 均匀分布条纹的光学元件。 构成：主光栅（标尺光栅）、指示光栅、光路系统、光电元件。,特点：,莫尔条纹宽度：,W=a+b：W-栅距， a-线宽，b-缝宽,精度高：误差平均效应 范围大：取决于定尺长度 响应快：光电式，适于动态,23,2、非接触式线位移测量：,(1) 电容位移传感器：,原理：位移 极板移动极距变化电容变化,特点：,范围：测量微位移（1mm）,初始电容量：,分辨力极高：位移1nm 动极板质量小，惯性小，动态响应好； 非接触，自身发热和功耗小； 非线性严重,24,
9、(2) 电涡流位移传感器,原理：,交变电流I1,传感器线圈,被测导体,交变磁场H1,电涡流I2,交变磁场H2,参数变化,输出信号,线圈与导体距离变化 电感、阻抗、品质因数等变化 - 输出信号,特点：不受液体、油污、灰尘等介质的影响 测量范围有限：仅适于近距离测试 数百毫米 非线性，精度不高 体积大，功耗高,25,(3) 激光位移传感器：,原理：(激光三角形测量法）,构成：激光器：发射激光束 发射端镜头：准直、汇聚 接收端镜头：成像 接收器：光电转换（CCD, PSD）,特点：测量精度高（0.03)，分辨率高(0.005）。 与被测体无关（软硬、颜色、冷热、材料） 量程可达数百毫米。,传感器探头
10、发射出的激光,通过特殊的透镜被汇聚成一个直径极小的光束，此光束被测量表面漫反射到一个分辨率极高的CCD或PSD探测器上,通过CCD或PSD所感应到光束位置的不同，精确测量被测物体位置变化。,26,27,二、距离测量,1、飞行时间测距：,被测距离:,c - 光速 t - 往返飞行时间,原理：,特点：对时间测量精度要求高，适于测量超长距离,激光器发出单个激光脉冲， 并返回发射端接收,应用：建筑测绘、桥梁监测、军事探测、野外勘探、天体测量,28,2、相位差测距：,被测距离:,c-光速 f0- 频率 -相位差,特点：测量精度高， 测量范围大（中短距离）,应用：相机自动调焦、 建筑测绘、 军用目标,原理
11、：激光器发出连续激光脉冲 返回发射端接收,29,第6节 物位检测技术,6.1 液位检测方法 6.2 料位检测方法 6.3 相界面的检测,30,1、 压力式物位计,原理：液体对容器底面产生的静压力与液位高度成正比,(a) 压力表式液位计 (b)法兰式液位变送器,测量开口容器液位高度的压力式液位计,31,对于密闭容器中的液位测量，还可用差压法进行测量，消除液面上部气压及气压波动对示值的影响。,差压式液位计,32,2. 钢带浮子式液位计,右图为直读式钢带浮子式液位计，这是一种最简单的液位计，一般只能就地显示。,33,3、电容式物位计,34,3、电容式物位计,大致可分成三种工作方式,棒状电极 导电容器
12、 物料非导电液体,棒状电极 导电容器 物料为导电性液体,棒状电极 非金属容器,物料为非导电性液体,35,4、超声波物位计,36,5、雷达物位计,雷达物位计也采用发射反射接收的工作模式。 雷达物位计的天线发射出电磁波，这些波经被测对象表面反射后，再被天线接收，电磁波从发射到接收的时间与到液面的距离成正比。,D=CT/2 D雷达物位计到液面的距离 C光速 T电磁波运行时间,采用一体化设计，无可动部件，不存在机械磨损，使用寿命长； 几乎能用于所有液体的液位测量； 采用非接触式测量，不受槽内液体的密度、浓度等物理特性的影响； 测量范围大，最大可达035m，可用于高温、高压的液位测量。,37,例题,选用位移传感器应注意哪些问题？ 选用位移传感器时，除应符合一般传感器的选用原则外，其测量范围、线性度和精确度对传感器的合理选用尤为重要。 1）测量范围：小位移测试可用电感式、差动变压器式、电容式、涡流式、压电式等，大位移测试可采用光栅、感应同步器、磁栅等。数字式位移传感器确定测量范围的原则是：测量上限不准传感器过载，测量下限应考虑示值相对误差。 2）线性度：由于一些位移传感器本身是非线性的，为了满足测试精确度要求，在位移测试中常采用适当方法给予校正、补偿。 3）精确度：根据测试的目的和被测位移实际要求，尽可能选择精确度较低的传感器，以获得最佳的技术经济效益。,
