長(zhǎng)間隙工件間隙電容法與電磁法測(cè)量技術(shù)對(duì)比研究

劉衛(wèi)　徐林　吳婧

【摘 要】目前，測(cè)量某類型長(zhǎng)間隙工件間隙的大小采用的方法有非接觸式電容法和接觸式電磁法。分別對(duì)這兩種檢測(cè)技術(shù)的原理進(jìn)行了闡述，對(duì)各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比研究，對(duì)兩種方法的檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)不確定度分析和對(duì)比。

【關(guān)鍵詞】間隙測(cè)量；電容法；電磁法

0 引言

控制某類型長(zhǎng)間隙工件的間隙大小是該類型工件制造工藝的主要關(guān)鍵技術(shù)之一，在其制造工藝中必須對(duì)該長(zhǎng)間隙進(jìn)行100%的無損檢測(cè)。該類型工件間隙設(shè)計(jì)參數(shù)一般為幾個(gè)毫米，間隙整體長(zhǎng)度可達(dá)1米以上。目前采用的長(zhǎng)間隙測(cè)量方法主要有非接觸式電容法和接觸式電磁法，為實(shí)現(xiàn)上訴類型工件間隙的高精度測(cè)量，因此開展了該兩種測(cè)量方法的對(duì)比研究。

1 測(cè)量原理對(duì)比

1.1 電磁法測(cè)量原理

霍爾片在磁場(chǎng)中，通以恒流，產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

U=KIB（1）

式中，U 為感生電動(dòng)勢(shì)；K為霍爾片參量，由霍爾片本身決定（在溫度一定時(shí)，為定值）；I為恒流；B為霍爾片所處磁場(chǎng)。

間隙測(cè)量專用探頭上所載霍爾片和磁片的間距值與間隙值一一對(duì)應(yīng)，決定了霍爾片所處磁場(chǎng)B；在室溫下，探頭通以恒流I，產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)U由霍爾片所處磁場(chǎng)B決定。因此，通過檢測(cè)感生電動(dòng)勢(shì)可得對(duì)應(yīng)的間隙值。

1.2 電容法測(cè)量原理

探頭伸進(jìn)工件間隙內(nèi)，探頭與組件上下表面形成微小電容，電容的值與間隙的寬度有關(guān)。通過對(duì)微小電容的相對(duì)測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件間隙的測(cè)量。

2 測(cè)量技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

電容法和電磁法測(cè)量技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比：（1）測(cè)量方式：電磁法采用接觸式測(cè)量法，完成的是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的測(cè)量；電容法采用非接觸式測(cè)量，完成的是面對(duì)面的測(cè)量。（2）探頭測(cè)量方式：電磁法由于采用接觸式測(cè)量法，探頭容易損傷；由于采用非接觸式測(cè)量，探頭耐磨性較好，不易損壞。（3）檢測(cè)效率：電磁法采用雙通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，效率高；電容法采用單通道采集，效率較低。（4）測(cè)量值反應(yīng)的意義：電磁法測(cè)值僅與被測(cè)件（非磁材料）的結(jié)構(gòu)有關(guān)，反映的是空間間隙；電容法測(cè)值反映的是金屬層之間的距離，且被測(cè)件必須是金屬。（5）抗干擾性能：電磁法沒有進(jìn)行如溫度補(bǔ)償電路等抗干擾電路的設(shè)計(jì)，抗干擾能力較差；電容法設(shè)計(jì)了平衡探頭，儀器漂移較小，帶調(diào)零、校準(zhǔn)功能，穩(wěn)定性好，抗干擾能力較強(qiáng)。（6）自動(dòng)化程度：電磁法設(shè)計(jì)了傳動(dòng)裝置，可以進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)量；電容法沒有傳動(dòng)裝置，目前采用手工測(cè)量。

3 系統(tǒng)誤差分析及檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)比

系統(tǒng)誤差分析：

測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)塊是用于繪制標(biāo)定曲線和校驗(yàn)儀器讀數(shù)用的必備部件。標(biāo)塊結(jié)構(gòu)能夠模擬被測(cè)工件的結(jié)構(gòu)，間隙范圍要含蓋我們的測(cè)量范圍，切需要有足夠高的精度以確保標(biāo)定曲線的正確性和校驗(yàn)儀器的可靠性。為此我們?cè)O(shè)計(jì)了如下專用間隙標(biāo)塊。間隙值為1.60mm、1.65mm、1.70mm、1.75mm、1.80mm、1.85mm、1.90mm、1.95mm的標(biāo)定試塊，材料為不銹鋼、黃銅和鐵各一套，間隙3的上下面的平面度、平行度皆為±0.01mm。以下試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)塊進(jìn)行測(cè)定。

（1）電磁法系統(tǒng)精度實(shí)驗(yàn)

通過大量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量塊進(jìn)行間隙測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：間隙測(cè)量系統(tǒng)誤差不大于±0.03mm，儀器穩(wěn)定性好，重復(fù)多次檢測(cè)，其相對(duì)應(yīng)各點(diǎn)的數(shù)據(jù)不超過±0.03mm。

（2）電容法系統(tǒng)精度實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)均采用間隙標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量塊的測(cè)試數(shù)據(jù)。在檢測(cè)狀態(tài)下，重復(fù)測(cè)量不同的間隙標(biāo)塊5次，統(tǒng)計(jì)出平均值。

4 結(jié)論

目前，長(zhǎng)間隙工件間隙測(cè)量所采用的電容法和電磁法兩種測(cè)量技術(shù)，具有儀器穩(wěn)定可靠，測(cè)量精度高，操作方便，輸出數(shù)據(jù)齊全直觀，自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，總測(cè)量誤差小于±0.03mm，是間隙檢測(cè)可行并且較好的方法。

目前的研究方向應(yīng)不斷改進(jìn)電容法測(cè)量技術(shù)，并采用電容法代替電磁法。改進(jìn)的方面有：探頭尺寸改進(jìn)，自動(dòng)檢測(cè)方法設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集軟件編制等，還需要進(jìn)一步深入研究，更好的為科研生產(chǎn)服務(wù)。

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