氣電組合（氣動(dòng)量?jī)x）測(cè)量技術(shù)

【提要】氣動(dòng)量?jī)x對(duì)于提高檢測(cè)效率和測(cè)量精度是十分有效的。本文以浮標(biāo)式氣動(dòng)量?jī)x為例，介紹了常見的氣動(dòng)量?jī)x的基本工作原理及方法;并在此基礎(chǔ)上，介紹了近年來發(fā)展起來的氣電組合測(cè)量?jī)x的工作原理和性能。
 

氣動(dòng)測(cè)量技術(shù)可用于機(jī)械加工過程中的自動(dòng)測(cè)量，也可以對(duì)加工后的工件進(jìn)行長(zhǎng)度、形狀、位置尺寸的測(cè)量。具有測(cè)量精度高、靈敏度高、可靠性好、使用壽命長(zhǎng)、操作方便、可以實(shí)現(xiàn)非接觸及遠(yuǎn)距離測(cè)量、便于在加工過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量控制等優(yōu)點(diǎn)。氣電組合測(cè)量技術(shù)使氣動(dòng)測(cè)量技術(shù)和電子放大數(shù)字顯示技術(shù)結(jié)合起來，把測(cè)量精度和測(cè)量可靠性又向前推進(jìn)了一步。

　　浮標(biāo)式氣動(dòng)量?jī)x的運(yùn)用

　　氣動(dòng)量?jī)x為常見的形式是浮標(biāo)氣動(dòng)量?jī)x。這種量?jī)x結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維修方便，價(jià)格較低。采用浮標(biāo)式氣動(dòng)儀測(cè)量工件長(zhǎng)度的工作原理如圖1所示:

    　清潔的壓縮空氣由圖中箭頭方向進(jìn)入，經(jīng)穩(wěn)壓器1由錐度玻璃管2下端引入，在氣流作用下，浮標(biāo)3升起。錐度玻璃管上端經(jīng)由零位閥5由管道與測(cè)量噴嘴8相連。當(dāng)被測(cè)工件7長(zhǎng)度尺寸L變化時(shí)，問隙將改變，流過噴嘴的空氣流量也起變化，從而引起浮標(biāo)位置的變化，操作者在刻度標(biāo)尺上讀取浮標(biāo)的改變量，亦即工件尺寸的變化量。

　　零位閥5可以將壓縮空氣直接排人大氣，調(diào)整零位閥5，可實(shí)現(xiàn)在流經(jīng)測(cè)量噴嘴壓縮空氣流量不變的情況下，增大或減小通過錐度玻璃管的流量，從而改變浮標(biāo)的高度位置，實(shí)現(xiàn)浮標(biāo)的零位調(diào)整。

　　調(diào)整倍率閥6，可改變錐度玻璃管的壓縮空氣流經(jīng)量，從而可改變浮標(biāo)式氣動(dòng)量?jī)x的放大倍率。由氣動(dòng)量?jī)x的工作原理可知，其測(cè)量精度和測(cè)量放大倍率是由量?jī)x本身決定的，而與測(cè)量裝置（如工作臺(tái)、底座等）的制造精度無關(guān)。因此，量?jī)x裝置的設(shè)計(jì)制造不要求有很高的精度。

　　當(dāng)浮標(biāo)式氣動(dòng)量?jī)x用于位置尺寸測(cè)量時(shí)，如平行度測(cè)量，則常要用兩個(gè)管的氣動(dòng)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量，其工作原理如圖2所示:

　　為了測(cè)量工件的孔（直徑20士d對(duì)基準(zhǔn)平面A的平行度，工件1放置在測(cè)量工作臺(tái)3上，使基準(zhǔn)平面A與工作臺(tái)平面貼合，測(cè)量頭2插入被測(cè)的孔內(nèi)，若被測(cè)孔的軸心線不平行于基準(zhǔn)平面A，則測(cè)管工和測(cè)管11的測(cè)量噴嘴與孔壁的間隙是不同的（如圖所示），其測(cè)量值分別為:

　　基準(zhǔn)平面的不平行度誤差。

　　采用這種測(cè)量方法測(cè)量不平行度，在設(shè)計(jì)制造測(cè)量裝置時(shí)，要求工件放置在測(cè)量工作臺(tái)上后，測(cè)量頭應(yīng)能順利插入工件被測(cè)孔;并且要求噴嘴與工件孔壁間的大間隙必須在量?jī)x的工作范圍內(nèi)。由于雙管式氣動(dòng)量?jī)x是采用比較式測(cè)量法，所以在測(cè)量工件時(shí)，需要利用標(biāo)準(zhǔn)樣板或校對(duì)規(guī)調(diào)定零位。因此，即使測(cè)量頭與工作臺(tái)定位基準(zhǔn)平面存在著不平行度誤差、也可以通過校對(duì)規(guī)對(duì)氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)進(jìn)行零位調(diào)整時(shí)排除這個(gè)誤差。因而測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)制造相對(duì)比較容易。

　　采用雙管式氣動(dòng)量?jī)x對(duì)工件的位置誤差（如平行度、垂直度等）進(jìn)行測(cè)量檢測(cè)時(shí)，要對(duì)檢測(cè)示值進(jìn)行讀取計(jì)算。不直觀，不方便。若用于自動(dòng)檢測(cè)，則要將氣動(dòng)量?jī)x發(fā)出的氣壓變動(dòng)信號(hào)或浮標(biāo)的位置改變信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。因此近年來發(fā)展了一種高精度自動(dòng)化數(shù)字顯示氣電組合測(cè)量?jī)x，介紹如下。

氣電組合測(cè)量?jī)x是應(yīng)用氣動(dòng)測(cè)量的方法，在檢測(cè)時(shí)自動(dòng)將工件尺寸的微小變化轉(zhuǎn)換成空氣壓力的變化，然后通過氣電轉(zhuǎn)換裝置將空氣壓力的變化轉(zhuǎn)換成電量的變化，再經(jīng)邏輯放大運(yùn)算處理后用數(shù)字顯示出來的高精度自動(dòng)檢測(cè)儀器。

　　例如用它測(cè)世圖3所示曲柄工件上直徑20毫米的孔與直徑25毫米的軸的平行度（允許平行度誤差為100:0.02）。如圖4所示，采用軸為測(cè)t墓準(zhǔn)，將工件2上的軸裝入!儀體3的定位孔中，同時(shí)把雙管測(cè)頭1擂入被測(cè)孔內(nèi)。若被測(cè)孔軸心線不平行于墓準(zhǔn)軸心線，則雙管測(cè)頭的測(cè)量示值不同，為了將這兩個(gè)不同的空氣壓力量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，氣電組合量?jī)x用了兩個(gè)氣電轉(zhuǎn)換器，分別申接于兩個(gè)測(cè)頭氣管中。氣電轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)工作原理如圖5所示。

　　氣電轉(zhuǎn)換器工作

　　圖6一電感測(cè)微儀工作原理方框圖氣電組合測(cè)t儀具有許多優(yōu)點(diǎn)。其小尺寸分辮率為0.1微米，信號(hào)穩(wěn)定性為2微米/8小時(shí)，測(cè)量性能可靠，操作使用方便，適用范圍廣，既適用于大批量生產(chǎn)測(cè)量，又適用于刁嗽t生產(chǎn)測(cè)量。但氣電組合量?jī)x的價(jià)格較貴，所以目前主要使用在成批生產(chǎn)的測(cè)量中.可以相信，隨著我國電子工業(yè)、電子儀表制造業(yè)和檢測(cè)量具工業(yè)的發(fā)展，這種氣電組合量?jī)x將會(huì)被廣泛應(yīng)用.時(shí)，氣流經(jīng)過濾器和穩(wěn)壓器形成清潔穩(wěn)定的壓縮空氣流送入氣電轉(zhuǎn)換器內(nèi)（如圖5中箭頭所示），進(jìn)入的氣流分為兩路，一路經(jīng)噴嘴l進(jìn)人波紋管3的內(nèi)腔，經(jīng)由排氣噴嘴7排入大氣中;另一路經(jīng)進(jìn)氣噴嘴2進(jìn)人波紋管3的外腔，從測(cè)量噴嘴6噴出。由于工件被測(cè)尺寸的變化，測(cè)量噴嘴與工件之間的間隙也發(fā)生變化，從而改變了波紋管3內(nèi)外腔原來調(diào)定的空氣壓力差，使波紋管3沿軸向產(chǎn)生伸縮，并帶動(dòng)磁芯4位移，使感應(yīng)線圈5中的電感量發(fā)生變化，電感量的變化被送到電感測(cè)微儀中。由于波紋管在氣壓微小變化的作用下也會(huì)產(chǎn)生伸縮，因此測(cè)量靈敏度高，測(cè)量精度也高。

　　為了將電感量的變化進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，并將處理結(jié)果用數(shù)字顯示出來，氣電組合量?jī)x將兩個(gè)氣電轉(zhuǎn)換器的電信號(hào)輸出端同時(shí)接入一個(gè)數(shù)顯電感測(cè)微儀輸入端中運(yùn)算處理，由儀器將測(cè)量結(jié)果用數(shù)字顯示出來。電感測(cè)微儀工作原理方框圖如圖6所示。

　　氣電組合測(cè)量?jī)x具有許多優(yōu)點(diǎn)。其小尺寸分辮率為0.1微米，信號(hào)穩(wěn)定性為2微米/8小時(shí)，測(cè)量性能可靠，操作使用方便，適用范圍廣，既適用于大批t生產(chǎn)測(cè)量，又適用于小批量生產(chǎn)測(cè)量。但氣電組合量?jī)x的價(jià)格較貴，所以目前主要使用在成批生產(chǎn)的測(cè)量中.可以相信，隨著我國電子工業(yè)、電子儀表制造業(yè)和檢測(cè)量具工業(yè)的發(fā)展，這種氣電組合量?jī)x將會(huì)被廣泛應(yīng)用.