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數顯卡尺的原理 ; q: s; k! {6 C9 v- V0 ]& B( R
一、容柵測長概述 ) j% u( X/ V6 `4 f/ N
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， 當安裝在不同的設備上時可以構成不同的測長儀器。現已成功地在量具（如電子數顯卡尺、千分尺）、量儀（如高度儀、坐標儀）和機床數顯裝置（如機床行程測量）等方面得到應用。
' B: y) L- Y, G. v主要特點：測量精度高，達5mm，量程大，達1m。 ! H% s0 U+ ?3 u Q$ M4 c5 g4 O
二、容柵傳感器定義
( _2 Q2 Z6 ?' v+ m# E& A2 W7 u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 三大優點：
. F& |) R- d. A+ s% e1、為同組中有多個電極或多個電極并聯，極大地提高了靈敏度； \* _1 F. ^$ {% t; [5 U: v1 P
2、一個大極距內有多個發射電極，可細分，實現小位移測量；在定尺上有多個大電極，可計數，實現大位移測量； $ O8 P' P6 |7 [8 f
3、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。 . e0 m# E9 B3 n1 q' Q
三、容柵傳感器的基本類型及工作原理
. m, v# J7 U2 P容柵傳感器可實現直線位移和角位移的測量，根據結構形式，容柵傳感器可分為三類： ( D I+ |# S1 T& c0 n
1．直線形容柵傳感器（長容柵）
! `- z! S* A& |* \# j# B. `0 S! h整個傳感器由兩組條狀電極群相對放置組成，一組為動柵，另一組為定柵；動柵和定柵通過靜電耦合來實現其 位移的測量。 : K% i9 O9 O, Y% [" U
2．圓形容柵傳感器（片狀圓容柵）
3 X; d o5 \+ j# K% s; ^! c7 W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，其電容耦合情況就反映了兩 圓盤相對旋轉的角度。
# d4 E* j2 ~+ t& {3 S8 K; a T3 f3．筒形容柵傳感器（柱狀圓容柵）
0 o4 e1 ]+ B2 R( U& u, E5 j有兩個套在一起的同軸圓筒組成，電極鍍在圓筒上，可實現長度的測量。長容柵的結構原理如圖1 所示。
6 c- [; F4 k& t" y' s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，這些電容并聯聯接，根據電場理論并忽略邊緣效應，其最大電容量為： 9 {% X- B; J: v9 b
式中 n——動尺柵極片數 a，b——柵極片長度和寬度；
. j& j Z6 g M5 s5 u% J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周期變化，如圖2 所示，經電路處理后， 則可測得線位移值。 3 A" {" m9 R. f. ]/ c
圓容柵傳感器的結構原理圖如圖3 所示。 ; | ~" ]/ d+ ]5 }8 @+ R" q1 H* `
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： # \) s1 I+ ^. A) B
式中 r1，r2 ——圓盤上柵極片外半徑和內半徑；
* ~: i N& F% F8 b/ X4 e8 eα——每條柵極片對應的圓心角。 # L- h5 B( @/ T# o( F8 @
柱狀圓容柵的結構示意如圖4 所示 : s8 T" K( ~! _5 H+ h
圖4 柱狀圓容柵的結構原理圖 3 |8 }5 F& k3 D3 p
柱狀圓容柵是由同軸安裝的定子（圓套）1 和轉子（圓柱）2 組成，在他們的內、外柱面上刻制一系列寬度相等的齒 和槽，當轉子旋轉時就形成了一個可變電容器：定子、轉子齒面相對時電容量最大，錯開時電容量最小。 ' U! S; J% }/ c; X* g9 P1 M6 v
四、容柵傳感器的測量電路 & o8 A& e9 @ K9 v, z: u8 o
容柵傳感器的測量電路形式有多種，根據信號處理方式通常可分為調幅式和調相式測量電路[1]。
. s% I m$ W* c% h( P! S1 L9 N0 H參考資料： [1] 強錫富主編，《傳感器》，機械工業出版社，1996 + ~8 n# P, b' j
五、容柵傳感器與光柵、磁柵和感應同步器的關系
y" _ B) D9 T- ?, v4 I容柵傳感器與光柵、磁柵和感應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，結構復 雜，對使用環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在現有機床設備改 造中的應用。容柵式測量系統具有重復性好，精度高，抗干擾能力強，對環境要求不苛刻，實現數字化等優點；而且 相對光柵測量系統而言，它具有結構簡單、造價低、體積小、耗能少、安裝使用方便、環境適應性強、分辨率高、動 態范圍寬等優越性，因此廣泛應用于國內外相關領域。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。因而適用于多種機械設備的位移量數字化自動顯示。
, Z8 ]7 X: N, r, M3 ~6 N3 D六、容柵式數顯卡尺生產廠家
4 r( [- M& n9 R; ^( {3 X4 F! w, h青海量具刃具有限責任公司http://www.qlr.com.cn
: T# Y6 K, A' w) i7 T2 ?# ?青海量具刃具有限責任公司創建于1955 年，是中國最早生產千分尺的廠家。該公司已成長為中國量具行業規模最大的千分尺生產廠家。在中國，該公司生產的千分尺品種、規格最為齊全。 8 ~3 q2 I9 }; M# [# t$ @
桂林廣陸數字測控股份有限公司http://www.guanglu.com.cn : e0 |0 k6 Y6 A% P% K+ P/ N" {& x
該公司下轄無錫廣陸儀表有限公司、上海廣陸測控技術開發有限公司和上海廣陸量具有限公司。公司主要生產四 大類產品：電子數顯卡尺系列產品（通用和專用）；電子數顯千分尺系列產品；電子數顯指示表系列產品以及其它智能 化、數字化精密儀器儀表系列產品。生產規模已達100 萬套，80%以上的產品出口到歐美等三十多個國家和地區。
/ A9 [* u+ z3 e- I. g上海量具刃具廠http://www.smctw.com.cn
# {. P. W! {3 V u, X上海量具刃具廠是國內生產量具、量儀和刃具產品的老企業。生產的游標卡尺、千分尺、電子數顯量具、圓度儀、齒輪量儀和鋸片銑刀、立銑刀暢銷國內外。 5 C0 A, h! t9 F: F* ^, q! |
哈爾濱量具刃具集團有限責任公司http://www.harbin-links.com.cn + S- g4 i! f7 ?' o- }% j
哈爾濱量具刃具集團有限責任公司(原哈爾濱量具刃具廠）是中國最大的精密工量具制造企業之一。通過 ISO9001:2000 質量體系認證。主要產品有：標準刃具、通用量具、數控刀具及工具系統、精密測量儀器、六足并聯數控機床等，是全國同行業中產品品種最多、規格最全的工量具制造企業。 |
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樓主: cmx
發表于 2008-10-28 00:25:56
