工程测试-第六章 位移测量

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1、第六章位移测量位移测试包括线位移和角位移的测试。位移测试在工程中的应用十分广泛，这不仅因为在各种工程中经常需要精确地测量物体的位移或位置，而且还因为速度、加速度、力、压力、扭矩、温度、流量及物位等参数的许多测试方法，都是以位移测试作为基础的。位移是向量，它表示物体上某一点在一定方向上的位置变动。因而对位移的度量，除了确定其大小之外，还应考虑其方向。一般情况下，应使测量方向与位移方向重合。位移测量方法位移测量包括线位移测量和角位移测量。位移测量的方法多种多样，常用的有下述几种。（1）积分法（2）回波法（3）线

2、位移和角位移相互转换（4）位移传感器法（1）积分法测量运动体的速度或加速度，经过积分或二次积分求得运动体的位移。例如在惯性导航中，就是通过测量载体的加速度，经过二次积分而求得载体的位移。（2）回波法从测量起始点到被测面是一种介质，被测面以后是另一种介质，利用介质分界面对波的反射原理测位移。例如激光测距仪、超声波液位计都是利用分界面对激光、超声波的反射测量位移的。相关测距则是利用相关函数的时延性质，将向某被测物发射信号与经被测物反射的返回信号作相关处理，求得时延τ，从而推算出发射点与被测物之间的距离。（3）线

3、位移和角位移相互转换被测量是线位移时，若测量角位移更方便，则可用间接测量方法，通过测角位移再换算成线位移。同样，被测量是角位移时，也可先测线位移再进行转换。例如汽车的里程表，是通过测量车轮转数再乘以周长而得到汽车的里程的。（4）位移传感器法通过位移传感器，将被测位移量的变化转换成电量（电压、电流、阻抗等）、流量、光通量、磁通量等的变化。位移传感器法是目前应用最广泛的一种方法。一般来说，在进行位移测量时，要充分利用被测对象所在场合和具备的条件来设计、选择测量方法。6.1表面粗糙度测量表面粗糙度测量是一种微观几

4、何形状误差。特点：量值小（小于1mm)，变化频率高，所以粗糙度测量方法必须具有分辨率高和频响快的特性。接触式轮廓仪（触针式轮廓仪）针描法是一种接触式测量方法。用一个很尖的触针垂直于表面横移，触针将随着表面轮廓几何形状作垂直起伏运动，把这个微小位移的信号转换成电量加以放大，再进行运算处理即可获得某个表面光洁度参数数值，或者用记录器描绘出放大了的表面轮廓图形（早期曾经采用机械或机械一光学的方法放大触针的垂直位移量，现基本上已被淘汰）。装有测针T的杠杆M固定在绕有线圈的磁铁中心枢轴上，触针垂直位移改变磁铁两端的空

5、气隙，转换为电感线圈的电感量变化，从而对载波信号进行调制，产生交变电流，然后再通过解调器获得截面轮廓信号，送入下级放大和运算电路。这类电感传感器的特点是输出信号只和触针位移有关，亦称位移灵敏传感器，它可以把轮廓图形逐点描绘出来，所以一般带有记录器。2、非接触式轮廓仪国家标准中规定的评定基准为轮廓中线，有1、最小二乘中线2、算术平均中线。中线上下部分所包含的轮廓面积相等(常用)表面粗糙度的高度评定参数：轮廓算术平均偏差:微观不平度十点高度：轮廓最大高度：表面粗糙度的评定方法6.2常用的位移传感器在很多情况下，

6、位移可以通过位移传感器直接测得。用于线位移测量的传感器的种类很多，较常见的线位移传感器的主要特点及使用性能列于表中。表6-1常用线位移传感器的性能与特点型式测量范围精确度线性度特点变阻式滑线1~300mm±0.1%±0.1%分辨力较高，机械结构不牢固，大位移时在电刷上加杠杆机构变阻器1~1000mm±0.5%±0.5%结构牢固，寿命长，分辨力较差，电噪声大电阻应变式不粘贴±0.15%应变±0.1%±1%不牢固粘贴±0.3%应变±(2~3)%±1%牢固，使用方便，需温度补偿和高绝缘电阻半导体±0.25%应变±

7、(2~3)%满刻度±2%输出幅值大，温度灵敏性高电感式差动变压器0.1~5mm±(1~3)%±0.5%分辨力高，寿命长，后续电路较复杂螺管式0.2~100mn±(0.1~3)%±0.5%测量范围宽，使用方便可靠，寿命长，动态性能较差涡流式±0.25~±250mm±(1~3)%<3%结构简单，耐油污、水，被测对象材料，灵敏度不同，线性范围须重校电容式变面积(10-3~10)mm±0.005%±1%线性范围大，精确度高，受介质常数影响大（温度，湿度）变间隙(10-8~100)mm0.1%±1%分辨力高，非线性较

8、大霍尔元件±1.5mm0.5%结构简单，动态特性好，对温度敏感感应同步器10-3~10000mm2.5μm/250mm模、数混合测量系统，数显长光栅10-3~1000mm3μm/1m同上，分辨力高(0.1~1μm)长磁栅10-3~10000mm5μm/1m制造简单，使用方便，分辨力1~5μm部分测量角位移的传感器的性能及特点。型式测量范围精确度线性度特点滑线变阻式0°~360°±0.1%±0.1%结构简单，测量范