高分辨力智能型气动测微仪.pdf

2013年
假故木員传或器
第9期
Instrument Technique and Sensor
No 9
高分辨力智能型气动测微仪
崔廷,沈小燕,林杰俊,李东升
(中国计量学院计量测试工程学院,浙江杭州310018
摘要:根据差压式气动测量原理,设计了一种微纳米级气动传感器,并通过硬件电路设计、软件系统开发研创了智能
型非接触式气动测微仪。通过软件调零及误差补偿技术,达到了气动传感器非接触线性测量的目的。结果表明:气动传
感器分辨力0.2um,线性度2%,回程误差0.7%,灵敏度0.65kPa/um;仪器在0-80m的测量范国内最大示值误差为
0.3m,回程误差为0.25um.该智能型测微仪在一定程度上能应用在高精度微纳米检测场合中。
关键词;气动测量;差压式气动传感器;微纳米级;气动测微仪
中图分类号:TH711
文献标识码:A
文章编号:1002-1841(2013)09-0028-04
Intelligent Pneumatic Micro-displacement Measuring Instrument with High Resolution
in Jie-jun, Li Dong-she
( College of Metrology &Measurement Engineering, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China
Abstract: A pneumatic sensor with micro-nano level was designed, which is based on the working principle of pneumatic path
of differential pressure type. Further more, the intelligent pneumatic micro-di placement measuring instrument was developed by de
signing hardware electric circuit and pro ramming software system. With the technology of software setting zero and error compensa
tion, this pneumatic sensor can realize the purpose of non-contact linear gauging. The results indicate that the sensor resolution is 0
2 wm, the linearity is 2%, hysteresis error is 0.7%, the sensitivity is 0. 65 kpa/um. The measuring range of instrument is from 0 to
80 um with 0. 3 wm maximum indication error and 0. 25 wm hysteresis error. This intelligent micro-displacement measuring instru
ment can be applied in high-accuracy micro-nano inspecting occasions on some level
Key words pneumatic gauging ematic sensor with differential pressure ype; micro-nano level; pneumatic micro-displacement
measuring instrument
引言
原理研究及参数分析,设计一种差压式气动传感器,通过升高
气动测量是利用气体在气室中的流量或压力随喷嘴几何工作压力与缩小喷嘴孔径,达到了提高分辨力和测量精度的目
尺寸与形状的不同而改变的特性,将位移、尺寸等几何量的变的,但测量范围也相对变小0リ
化转换为流量或压力的变化,以实现几何量的测量"-]。气动1.1差压式气动测量原理
测量作为一种非接触相对测量方式,具有精度高、灵敏度大、测
差压式气动测量是通过两压力相减消除气源波动对测量
量力小、不会划伤被测工件表面的优点,且能靠气体的流动达的影响,使测量结果准确可靠。差压式气动测量原理图如
到对被测表面的自洁作用。因此,气动测量广泛地应用在机图1所示。由旋转式空气压缩机1提供的气源进入大型气罐
械、电子、治金、航天等领域中。
2,经门3、过滤器4、冷冻式干燥机5和过滤减压阀6得到纯
气动量仪按工作原理可分为流量式和压力式。流量式气浄的高压空气。较稳定的高压空气进入压力为P。气动传感器
动量仪性能稳定,易于操作和维护,但不易实现数字信号的采7的气室1,后分两路进行流动。一路直接进入差压式压力变
集,人工读数误差大,常应用于离线测量场合?。压力式气动送器的高压输人端H;另一路通过直径为d1的进气喷嘴进入压
量仪将被测几何量转化为压力的变化,再通过压力传感器将其力为P的气室2,然后从直径为的測量喷嘴与挡板8的间
转化为电量的变化,可实现数字信号的采集,为设计智能型气隙中流入压力为P。的大气。
动测微仪提供了可能。文中基于差压式气路泚量原理,设计了
压力
变送器
一种微纳米级气动传感器,经信号调理和模数转换后,由单片
机系統进行数据采集与处理,以达到高分辨力智能测量的目(
PP?
的-9。该测微仪有超量程报警功能,并通过软件调零及误差
补偿,可直接应用在工业检测过程中。
差压式气动传感器的设计
日1差压式气动测量原理
气动传感器的设计是整个测微仪功能实现的关键。根据
由流体力学知识知,差压式压力变送器测得的差压AP与
喷嘴挡板间位移的函数关系为△P=P-P2=(x)。根据进气
收稿日期:2012-11-01收修改稿日期:2013-07-02
喷嘴与测量喷嘴是否超音速,气动传感器有不同的工作状