檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試誤差及對(duì)儀器設(shè)備的要求

  儀器設(shè)備的要求(1)

徐勵(lì)華(西安微電機(jī)研究所)專(zhuān)題講座

    控制電機(jī)中的信號(hào)電機(jī)是精密檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)的傳感元件．其本身的精度要求較高，為了滿(mǎn)足高精度的要求，對(duì)檢測(cè)它的儀器、設(shè)備、線路、工裝以至測(cè)試方法、安裝調(diào)試均有嚴(yán)格要求。但也有些產(chǎn)品和用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品精度要求并不太高．如果都應(yīng)用高、精、尖的設(shè)備來(lái)檢測(cè)是很不經(jīng)濟(jì)的。為此，對(duì)不同要求的電機(jī),應(yīng)對(duì)其檢測(cè)系統(tǒng)的各種誤差進(jìn)行詳細(xì)分析和計(jì)算．正確合理地選擇儀器設(shè)備工裝線路和采取相應(yīng)的措施。

    本文按各類(lèi)電機(jī)(感應(yīng)同步器，自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器，測(cè)速發(fā)電機(jī)等)分別進(jìn)行闡述。

1  感應(yīng)同步器檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)試誤差分析

感應(yīng)同步器在信號(hào)電機(jī)中是精度極高的位置傳感元件，它將線(角)位移變成電信號(hào)，前者為直線式感應(yīng)同步器，后者為旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器．其本身的精度足以與計(jì)量基準(zhǔn)相比擬，例如直線式滑尺達(dá)1．61μm(即士0．8μm)、定尺達(dá)3μm(即土1．5μm)、旋轉(zhuǎn)式達(dá)2”(即士1”)．要檢測(cè)這樣高精度的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)外有很多種方法，工廠批量大的要求自動(dòng)化程度高，可采用對(duì)比法。計(jì)量部門(mén)要求檢測(cè)準(zhǔn)確度高．對(duì)直線式采用激光比長(zhǎng)儀進(jìn)行比較．對(duì)旋轉(zhuǎn)式采用全組合法來(lái)消除儀器本身的誤差。現(xiàn)從滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)要求出發(fā)．對(duì)其檢測(cè)系統(tǒng)的各部分誤差進(jìn)行分析計(jì)算。

    旋轉(zhuǎn)式、直線式感應(yīng)同步器的基本參數(shù)和技術(shù)要求及其試驗(yàn)方法目前沒(méi)有國(guó)標(biāo)而有部標(biāo)jb3586—3587—84、jb／gq0565—84和jb／gqlll 39—89，其中正確度用峰值表示為了統(tǒng)一起見(jiàn)，檢}jn4系統(tǒng)的誤差分析也均用值計(jì)算。旋轉(zhuǎn)式和直線式感應(yīng)同步器的品種規(guī)格很多。現(xiàn)以其中正確度****及適中的產(chǎn)品為例來(lái)說(shuō)明．列于表1．表2及表3。

    感應(yīng)同步器的正確度測(cè)量主要用細(xì)分誤差和零位誤差進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試線路如圖1圖2所示。

    從圖1可看出．旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)用步器的檢測(cè)系統(tǒng)主要由信號(hào)發(fā)生器(電源)、電源隔離變壓器、高精度轉(zhuǎn)臺(tái)、感應(yīng)分壓箱、相敏電壓表(即指零儀)和調(diào)試工裝組成。   

從圖2可看出，直線式感應(yīng)同步器的檢測(cè)系統(tǒng)除了高精度轉(zhuǎn)臺(tái)用測(cè)量?jī)x替代及工裝線路不同外，其它儀器均相同，也可用相當(dāng)精度的數(shù)顯表代替信號(hào)發(fā)生器、感應(yīng)分壓箱、匹配變壓器和相敏電壓表．使檢測(cè)系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單方便。

    檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試誤差在計(jì)量檢測(cè)中稱(chēng)為測(cè)量準(zhǔn)確度δ,它由檢測(cè)儀器設(shè)備的檢定誤差人工誤差δb、安裝和環(huán)境誤差δc組成，由于這些誤差是相互獨(dú)立不相關(guān)的．所以合成的綜合誤差(即系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確度)δ=

1．1  儀器設(shè)備的檢定誤差

1．1．1  高精度轉(zhuǎn)臺(tái)  

    目前國(guó)內(nèi)大部分用光柵數(shù)顯分度頭。其示值誤差δ41≤1 (峰峰值)；分辨率δ41”為0．

1”穩(wěn)定度δ41為0．1”。可以滿(mǎn)足表中正確度為4”產(chǎn)品的構(gòu)測(cè)需要．但對(duì)表1中正確度煨高為2”的產(chǎn)品必須用≤o．6”的轉(zhuǎn)臺(tái)或分度頭，否則就應(yīng)該用修正值校正或全組合法來(lái)

消除分度頭引起的誤差．以使系統(tǒng)測(cè)試誤差減小到要求范圍內(nèi)。

1.1.2測(cè)長(zhǎng)儀

    對(duì)于正確度為5μm以下的產(chǎn)品可用阿貝比長(zhǎng)儀，其檢定誤差不大于1．5um，對(duì)于正確度高于5μm的定尺．如用阿貝比長(zhǎng)儀必須用修正值校正，可提高到0．9μm．如檢測(cè)滑尺，其細(xì)分誤差的節(jié)距一般為2mm．故可選擇任一2min,其精度不大于o．3um的位置進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于高于3μm的零級(jí)品定尺應(yīng)該用激光干涉儀(誤差峰值約為0．1μm)。

1．1．3相敏電壓表(即指零儀)

  當(dāng)最小量程為0．1 μm／30格，其分辨率vmin為3．3×10-3mv／格。假設(shè)旋轉(zhuǎn)式感同

步器極對(duì)數(shù)p=360．****輸電壓vmax=3mv時(shí),會(huì)引起****角誤差δa2=0．6”．這對(duì)于正確度為2”的產(chǎn)品．顯然太大了，若縮小1 0倍(采用低噪聲放大器)即將分辨率提高10倍，使其引起的角誤差縮小為0．06"。假設(shè)直線式感應(yīng)同步器的節(jié)距為2mm，****輸出電壓vmax，為4mv，當(dāng)vmin為3．3×10-3mv／格時(shí)，則δa2約為0。26μm(取δa2=0。3μm。基本上可以滿(mǎn)足要求。