[其他]大间隙气动量仪

说明书

本实用新型属于一种气电转换式气动量仪。

在机械加工中，广泛使用气动量仪来测量工件长度、内径、外径、直线度、圆柱度和垂直度、平行度等，原有的气动量仪，主要有水柱式、浮标式、薄膜式和波纹管式等四种。这些气动量仪都是将被测工件尺寸的变化量转换成空气流量或压力的变化量，用水柱或浮标或指针来指示。（一种典型结构见图1，它是成都量具刃具厂生产的薄膜式气动量仪）。这些气动量仪能完成前述多种测量，且可实现非接触式测量，其测量精度也较高。但是，这些气动量仪多是利用气动和气动机械组合装置进行放大，因而存在测量间隙较小（一般为0.085mm～0.25mm，最大也不超过0.30mm）、反应速度较慢（一般都超过1秒，有的要2秒）的不足或缺点；由于结构限制，这些气动量仪均无表征被测量的电量（模拟量和数字量）输出，因而其应用大受限制。

本实用新型的目的在于克服上述不足和缺点，提供一种新型气动量仪。它与前者的区别在于：测量间隙较大，反应速度较快，测量范围较宽，具有可供微机作数据处理的电量输出，既可用于静态、动态测量，又可用作自动检测、自动分选、主动测量和生产线的质量控制等。

本实用新型针对前述气动量仪的主要缺点和不足，进行了重新设计。其主要特征是：

1.首先，本实用新型是用固态压阻压力传感器作气电转换元件。该传感器是利用单晶硅的压阻效应而制成的一种力敏器件。传感器内的单晶硅受到被测压力作用后，电阻率发生变化，即发生压阻效应，将被测压力的变化直接转换成电量变化输出。它具有很高的频率响应，转换精度高于0.3％。保证了本实用新型的结构简单，反应速度快，有精确反映被测工件长度等值的电压输出。

2.测量喷嘴设计成锥形薄壁结构。如图3所示，测量喷嘴的结构与测量间隙和测量精度密切相关。锥形喷嘴可加大测量范围，增大测量间隙。

锥形结构的测量喷嘴的主要尺寸为：（如图3）当测量喷嘴内径d＝φ2.0～φ1.5mm，喷嘴外径D＝φ4mm，倒角α＝20°～40°，倒角长度：H＝1^＋0.2_－0.5～1.4^＋0.05_－0.10mm

3.为了保证本实用新型能在0.05～0.45mm的测量间隙内气路特性的较好线性和无折点，它的主节流嘴、副节流嘴均设计成两级节流结构。

4.具有缓冲气室。在主节流嘴和副节流嘴之后，固态压阻压力传感器之前，各设置一个缓冲气室，以增强气路的稳定性。

5.测量电路采用分段补偿的办法进行误差校正。如前所述，本实用新型采用的固态压阻压力传感器，其线性范围和线性精度都很高（大大高于本仪器的要求）。但在测量间隙大于0.3mm后，“间隙～压力特性”的非线性大于3.5％，故整机的“间隙～电压特性”的非线性度也就大于4.0％。测量电路分三段进行线性补偿校正后，可使测量间隙在0.25～0.35mm或0.3～0.4mm的范围里，仪器的示值误差≤±1μm如前所述，本实用新型采用的固态压阻压力传感器，其线性范围和线性精度都很高（大大高于本仪器的要求）。但在测量间隙大于0.3mm后，“间隙～压力特性”的非线性度大于3.5％，故整机的“间隙～电压特性”的非线性度也就大于4.0％。测量电路采用分段补偿的办法校正后，可使测量间隙在0.25～0.35mm或0.3～0.4mm范围里，仪器的示值误差≤±1μm即1％。

本实用新型的测量电路原理图如图4所示。

6.用双积分原理进行数字显示，提高了仪器的稳定性。由于气路工作压力的瞬间轻微波动和气路始终工作在空气流动状态，便注定了气路的“间隙～压力特性”是瞬间轻微波动的；又由于固态压阻压力传感器有很高的频率响应，所以“压力～电压特性”也是瞬间波动的（其特性曲线图呈毛刺状态。为了消除气路特性中这一瞬间抖动所造成的仪器不稳定性，本实用新型采用双积分式大规模集成电路数字表。在每一周期T内，将输入电压作定积分处理，然后送数码显示。结果，在一周期内测值虽是瞬间抖动的，但显示值却是稳定的。