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數(shù)顯卡尺的原理 0 P z6 m3 c: n2 O4 {4 C/ m/ `
一、容柵測長概述 ! F+ A: M) A4 l' x" s
容柵式測長的主要(核心)部分是容柵傳感器，容柵傳感器是國外70～80 年代研制出的一種新穎、大位移傳感器， 當(dāng)安裝在不同的設(shè)備上時可以構(gòu)成不同的測長儀器。現(xiàn)已成功地在量具（如電子數(shù)顯卡尺、千分尺）、量儀（如高度儀、坐標(biāo)儀）和機(jī)床數(shù)顯裝置（如機(jī)床行程測量）等方面得到應(yīng)用。
: e% n/ f* l* ?0 u* l0 S主要特點：測量精度高，達(dá)5mm，量程大，達(dá)1m。 5 w. B4 y8 |0 i" G) n. p0 P" m% }
二、容柵傳感器定義 8 C4 @' d3 c3 H
容柵傳感器是一大類變面積原理的電容傳感器，它的電極不止一對，電極排列呈梳狀，故稱為容柵傳感器。具有 三大優(yōu)點：
* b- j6 c1 f3 p* F6 `- D1、為同組中有多個電極或多個電極并聯(lián)，極大地提高了靈敏度；
& T9 A. l+ h2 k/ [3 p" I2、一個大極距內(nèi)有多個發(fā)射電極，可細(xì)分，實現(xiàn)小位移測量；在定尺上有多個大電極，可計數(shù)，實現(xiàn)大位移測量；
* D! d" U1 ]: s0 x, M: D3、由于增加了反射電極，通過它的電容耦合和電荷傳遞作用，使得傳感器的活動部分（動尺）與測量線路之間沒有活動的引線。 , _" _) M& ~+ K* J* n
三、容柵傳感器的基本類型及工作原理 . Y+ ~7 S" m* P' C6 r" m& u2 B
容柵傳感器可實現(xiàn)直線位移和角位移的測量，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，容柵傳感器可分為三類： - \* Z1 e8 m& Y8 D! o) n/ s
1．直線形容柵傳感器（長容柵）
7 X* r+ V G1 o' o, s+ a整個傳感器由兩組條狀電極群相對放置組成，一組為動?xùn)牛硪唤M為定柵；動?xùn)藕投磐ㄟ^靜電耦合來實現(xiàn)其 位移的測量。
) l8 ]% s2 b" y/ m" }( w2．圓形容柵傳感器（片狀圓容柵） # }) l: M. U# `: d( t
在圓盤形絕緣材料基底上鍍了多個輻射狀電極群，兩同軸圓盤上的電極群相對應(yīng)，其電容耦合情況就反映了兩 圓盤相對旋轉(zhuǎn)的角度。
! n7 S% H2 z8 s; T/ N: f+ h8 u$ p, N9 K3．筒形容柵傳感器（柱狀圓容柵）
% F) Q: n* y; n$ T; Z$ F) Y) G有兩個套在一起的同軸圓筒組成，電極鍍在圓筒上，可實現(xiàn)長度的測量。長容柵的結(jié)構(gòu)原理如圖1 所示。 4 n W- w/ t c' s* d# q
圖1 中，1 為定尺，2 為動尺，在它們的A 、B 面上分別印制（鍍或刻劃）一系列相同尺寸均勻分布并互相絕緣的金 屬柵狀極片。將動尺和定尺的柵極面相對放置，其間留有間隙，形成一對對電容，這些電容并聯(lián)聯(lián)接，根據(jù)電場理論并忽略邊緣效應(yīng)，其最大電容量為：
& m) ]- S& L3 r7 W* B: Y* M式中 n——動尺柵極片數(shù) a，b——柵極片長度和寬度；
0 e2 m. C9 j8 D最小電容量理論上為零，實際上為固定電容C0，為容柵固有電容。當(dāng)動尺沿x 方向平行于定尺不斷移動時，每對電容 的相對遮蓋長度a 將由大到小，由小到大地周期性變化，電容量值也隨之相應(yīng)周期變化，如圖2 所示，經(jīng)電路處理后， 則可測得線位移值。 : s0 C; u$ A- B& g6 s7 p
圓容柵傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖如圖3 所示。
. o. w9 g+ W$ }# b. q" j" _, v! C圖3 為片狀圓容柵，它由同軸安裝的固定圓盤1 和可動圓盤2 組成，A、B 面上的柵極片呈輻射的扇形，尺寸相同均 布并互相絕緣。工作原理與長容柵相同，最大電容為：
+ k! N s9 x& V* J1 d式中 r1，r2 ——圓盤上柵極片外半徑和內(nèi)半徑； ; |4 g( r* O/ g& m4 U: |! ^
α——每條柵極片對應(yīng)的圓心角。
, |7 ?6 J/ |# Y2 k: ~! p; X柱狀圓容柵的結(jié)構(gòu)示意如圖4 所示
, c/ d2 x* h9 S0 E# _; e" T( m圖4 柱狀圓容柵的結(jié)構(gòu)原理圖
" Y- W: v# u$ R7 [# _" g1 k柱狀圓容柵是由同軸安裝的定子（圓套）1 和轉(zhuǎn)子（圓柱）2 組成，在他們的內(nèi)、外柱面上刻制一系列寬度相等的齒 和槽，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時就形成了一個可變電容器：定子、轉(zhuǎn)子齒面相對時電容量最大，錯開時電容量最小。 - {/ G6 c) |/ G V
四、容柵傳感器的測量電路
6 L/ i8 S; K0 |; b容柵傳感器的測量電路形式有多種，根據(jù)信號處理方式通常可分為調(diào)幅式和調(diào)相式測量電路[1]。
7 t# w5 n( R% j: m參考資料： [1] 強(qiáng)錫富主編，《傳感器》，機(jī)械工業(yè)出版社，1996
! `) z0 e) x$ Q6 i) ^& p2 s* E/ @五、容柵傳感器與光柵、磁柵和感應(yīng)同步器的關(guān)系
N5 [. K" K6 W) N& d容柵傳感器與光柵、磁柵和感應(yīng)同步器等同屬于大位移測量傳感器。這些裝置各有所長，但成本較高，結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，對使用環(huán)境和安裝條件要求高，特別是各部分間的連線困難，易受干擾，難以普及使用和實現(xiàn)在現(xiàn)有機(jī)床設(shè)備改 造中的應(yīng)用。容柵式測量系統(tǒng)具有重復(fù)性好，精度高，抗干擾能力強(qiáng)，對環(huán)境要求不苛刻，實現(xiàn)數(shù)字化等優(yōu)點；而且 相對光柵測量系統(tǒng)而言，它具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、體積小、耗能少、安裝使用方便、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、分辨率高、動 態(tài)范圍寬等優(yōu)越性，因此廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域。特別是其位移傳感器的可動部分不需通電，從根本上解決了連線困難的問題。因而適用于多種機(jī)械設(shè)備的位移量數(shù)字化自動顯示。 , m. `' H$ X* `
六、容柵式數(shù)顯卡尺生產(chǎn)廠家 0 G$ U$ u" _3 }. Q! N
青海量具刃具有限責(zé)任公司http://www.qlr.com.cn ) Y1 f3 T2 T6 _/ L) P" p) G$ [* r
青海量具刃具有限責(zé)任公司創(chuàng)建于1955 年，是中國最早生產(chǎn)千分尺的廠家。該公司已成長為中國量具行業(yè)規(guī)模最大的千分尺生產(chǎn)廠家。在中國，該公司生產(chǎn)的千分尺品種、規(guī)格最為齊全。
' K5 ]1 F _9 T& v' K5 y桂林廣陸數(shù)字測控股份有限公司http://www.guanglu.com.cn
& C- X2 b1 V* N8 e; `$ J4 i該公司下轄無錫廣陸儀表有限公司、上海廣陸測控技術(shù)開發(fā)有限公司和上海廣陸量具有限公司。公司主要生產(chǎn)四 大類產(chǎn)品：電子數(shù)顯卡尺系列產(chǎn)品（通用和專用）；電子數(shù)顯千分尺系列產(chǎn)品；電子數(shù)顯指示表系列產(chǎn)品以及其它智能 化、數(shù)字化精密儀器儀表系列產(chǎn)品。生產(chǎn)規(guī)模已達(dá)100 萬套，80%以上的產(chǎn)品出口到歐美等三十多個國家和地區(qū)。 9 R k) u) O4 n* @6 n) R
上海量具刃具廠http://www.smctw.com.cn
8 p% i9 P2 n2 i8 x) O) j上海量具刃具廠是國內(nèi)生產(chǎn)量具、量儀和刃具產(chǎn)品的老企業(yè)。生產(chǎn)的游標(biāo)卡尺、千分尺、電子數(shù)顯量具、圓度儀、齒輪量儀和鋸片銑刀、立銑刀暢銷國內(nèi)外。 ! d& o7 A' D: ]4 g* f5 z! }0 S, { |7 E
哈爾濱量具刃具集團(tuán)有限責(zé)任公司http://www.harbin-links.com.cn % ^* E! {% b$ |1 `
哈爾濱量具刃具集團(tuán)有限責(zé)任公司(原哈爾濱量具刃具廠）是中國最大的精密工量具制造企業(yè)之一。通過 ISO9001:2000 質(zhì)量體系認(rèn)證。主要產(chǎn)品有：標(biāo)準(zhǔn)刃具、通用量具、數(shù)控刀具及工具系統(tǒng)、精密測量儀器、六足并聯(lián)數(shù)控機(jī)床等，是全國同行業(yè)中產(chǎn)品品種最多、規(guī)格最全的工量具制造企業(yè)。 |
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樓主: cmx
發(fā)表于 2008-10-28 00:25:56
