|
|
发表于 2008-11-7 18:58:39
|
显示全部楼层
回复 1# cmx 的帖子
数显卡尺的原理 6 C5 A8 F3 C, ]5 R
一、容栅测长概述 # {& f7 h+ e) j5 w3 E7 i4 w$ L
容栅式测长的主要(核心)部分是容栅传感器，容栅传感器是国外70～80 年代研制出的一种新颖、大位移传感器， 当安装在不同的设备上时可以构成不同的测长仪器。现已成功地在量具（如电子数显卡尺、千分尺）、量仪（如高度仪、坐标仪）和机床数显装置（如机床行程测量）等方面得到应用。 ) I! W3 ~. O. b' o$ `& U4 d
主要特点：测量精度高，达5mm，量程大，达1m。 0 n1 ?" [7 E$ a1 G7 k
二、容栅传感器定义 6 _, w7 @5 h" P+ u
容栅传感器是一大类变面积原理的电容传感器，它的电极不止一对，电极排列呈梳状，故称为容栅传感器。具有 三大优点： + B7 W/ O$ I& e, ]
1、为同组中有多个电极或多个电极并联，极大地提高了灵敏度；
! {. h% T8 {6 k3 ~8 [& R6 W. o2、一个大极距内有多个发射电极，可细分，实现小位移测量；在定尺上有多个大电极，可计数，实现大位移测量； ) H- ]6 m' B% D0 F' S) `" m( U
3、由于增加了反射电极，通过它的电容耦合和电荷传递作用，使得传感器的活动部分（动尺）与测量线路之间没有活动的引线。 9 I, ]2 Q q% B2 h2 b
三、容栅传感器的基本类型及工作原理
4 ^. Q3 {3 Z; `, H, d) b, {4 E- R5 u容栅传感器可实现直线位移和角位移的测量，根据结构形式，容栅传感器可分为三类：
' g0 h7 S* W" O M1．直线形容栅传感器（长容栅）
$ T5 `- j4 e. A9 w整个传感器由两组条状电极群相对放置组成，一组为动栅，另一组为定栅；动栅和定栅通过静电耦合来实现其 位移的测量。 9 q4 P' f6 g% {, O- ^, R) a
2．圆形容栅传感器（片状圆容栅） ) s6 [6 W4 M8 P' g' _- S% V
在圆盘形绝缘材料基底上镀了多个辐射状电极群，两同轴圆盘上的电极群相对应，其电容耦合情况就反映了两 圆盘相对旋转的角度。 % N! z/ R# n, T+ [5 J" f
3．筒形容栅传感器（柱状圆容栅）
. } P/ J9 m' y, ]8 B有两个套在一起的同轴圆筒组成，电极镀在圆筒上，可实现长度的测量。长容栅的结构原理如图1 所示。
0 u$ t8 k% ~3 L9 U8 o: q图1 中，1 为定尺，2 为动尺，在它们的A 、B 面上分别印制（镀或刻划）一系列相同尺寸均匀分布并互相绝缘的金 属栅状极片。将动尺和定尺的栅极面相对放置，其间留有间隙，形成一对对电容，这些电容并联联接，根据电场理论并忽略边缘效应，其最大电容量为： 0 R, L8 W# M( O% d6 k8 y$ J0 u
式中 n——动尺栅极片数 a，b——栅极片长度和宽度； ) o6 F3 o2 t9 ]6 \
最小电容量理论上为零，实际上为固定电容C0，为容栅固有电容。当动尺沿x 方向平行于定尺不断移动时，每对电容 的相对遮盖长度a 将由大到小，由小到大地周期性变化，电容量值也随之相应周期变化，如图2 所示，经电路处理后， 则可测得线位移值。
8 C5 D5 O4 X8 ^8 |, t2 Z圆容栅传感器的结构原理图如图3 所示。 9 \2 q R/ Y. Q8 `& r! \8 @
图3 为片状圆容栅，它由同轴安装的固定圆盘1 和可动圆盘2 组成，A、B 面上的栅极片呈辐射的扇形，尺寸相同均 布并互相绝缘。工作原理与长容栅相同，最大电容为：
/ e, |; g" l& {3 _式中 r1，r2 ——圆盘上栅极片外半径和内半径；
# w; e& }8 \7 q0 W [α——每条栅极片对应的圆心角。
7 V; o2 l$ q* `0 \( G柱状圆容栅的结构示意如图4 所示
$ ?( S( X. ~1 Y图4 柱状圆容栅的结构原理图 / S, V. ?1 S- ^4 o8 @
柱状圆容栅是由同轴安装的定子（圆套）1 和转子（圆柱）2 组成，在他们的内、外柱面上刻制一系列宽度相等的齿 和槽，当转子旋转时就形成了一个可变电容器：定子、转子齿面相对时电容量最大，错开时电容量最小。 + D% B: H' l5 E1 q/ O, U2 d* f
四、容栅传感器的测量电路 $ T7 p" Q3 ^2 ~) S& D0 T; {
容栅传感器的测量电路形式有多种，根据信号处理方式通常可分为调幅式和调相式测量电路[1]。 6 j. A7 i- }$ e1 U& U
参考资料： [1] 强锡富主编，《传感器》，机械工业出版社，1996
: p5 t- g, o/ G0 T p; z2 m, t7 G五、容栅传感器与光栅、磁栅和感应同步器的关系 % J h4 c* @# f4 P- T% \3 b
容栅传感器与光栅、磁栅和感应同步器等同属于大位移测量传感器。这些装置各有所长，但成本较高，结构复 杂，对使用环境和安装条件要求高，特别是各部分间的连线困难，易受干扰，难以普及使用和实现在现有机床设备改 造中的应用。容栅式测量系统具有重复性好，精度高，抗干扰能力强，对环境要求不苛刻，实现数字化等优点；而且 相对光栅测量系统而言，它具有结构简单、造价低、体积小、耗能少、安装使用方便、环境适应性强、分辨率高、动 态范围宽等优越性，因此广泛应用于国内外相关领域。特别是其位移传感器的可动部分不需通电，从根本上解决了连线困难的问题。因而适用于多种机械设备的位移量数字化自动显示。
! b/ t$ h$ g3 o0 p7 V六、容栅式数显卡尺生产厂家 % L- }& U, X$ A1 U# d& X" Y7 D
青海量具刃具有限责任公司http://www.qlr.com.cn
9 ?2 N: {9 R! U9 H6 z2 o青海量具刃具有限责任公司创建于1955 年，是中国最早生产千分尺的厂家。该公司已成长为中国量具行业规模最大的千分尺生产厂家。在中国，该公司生产的千分尺品种、规格最为齐全。 * g5 e" z( |2 Q% E
桂林广陆数字测控股份有限公司http://www.guanglu.com.cn " D u& u$ F7 Z/ d% X1 e
该公司下辖无锡广陆仪表有限公司、上海广陆测控技术开发有限公司和上海广陆量具有限公司。公司主要生产四 大类产品：电子数显卡尺系列产品（通用和专用）；电子数显千分尺系列产品；电子数显指示表系列产品以及其它智能 化、数字化精密仪器仪表系列产品。生产规模已达100 万套，80%以上的产品出口到欧美等三十多个国家和地区。
, V0 O! B5 C0 H) H- G上海量具刃具厂http://www.smctw.com.cn - m: ?, I9 Z0 |) `* v
上海量具刃具厂是国内生产量具、量仪和刃具产品的老企业。生产的游标卡尺、千分尺、电子数显量具、圆度仪、齿轮量仪和锯片铣刀、立铣刀畅销国内外。
& b3 Q9 O) J! Z- d& M2 s, D哈尔滨量具刃具集团有限责任公司http://www.harbin-links.com.cn 6 J% D1 N/ T7 V ?% Y9 ?+ g2 A" b
哈尔滨量具刃具集团有限责任公司(原哈尔滨量具刃具厂）是中国最大的精密工量具制造企业之一。通过 ISO9001:2000 质量体系认证。主要产品有：标准刃具、通用量具、数控刀具及工具系统、精密测量仪器、六足并联数控机床等，是全国同行业中产品品种最多、规格最全的工量具制造企业。 |
|
楼主: cmx
