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鋼球振動測量儀電氣系統(tǒng)的設(shè)計 測量儀技術(shù)指標

時間:2020-07-30    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
摘要:介紹了鋼球振動測量儀的電氣系統(tǒng)設(shè)計,采用集成狀態(tài)變量濾波器、集成化真有效值、對數(shù)轉(zhuǎn)換器和集成函數(shù)發(fā)生器等集成化器件,使其電氣測量系統(tǒng)的測量精度高,工作穩(wěn)定可靠。
關(guān)鍵詞:鋼球;振動測試儀器;集成電路;狀態(tài)變量;濾波器

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了許多功能強大的集成電路芯片,這些芯片往往可以將一個完整功能的電路集成到一個芯片上,或?qū)讉€相關(guān)功能的電路甚至整套的測控電路集成到一個芯片上。在現(xiàn)代儀器的開發(fā)設(shè)計中,應(yīng)盡可能地采用集成化器件。鋼球振動測量儀的電氣系統(tǒng)設(shè)計,充分采用了高集成度的芯片去簡化電路或電路設(shè)計,利用了集成狀態(tài)變量濾波器;集成化真有效值、對數(shù)轉(zhuǎn)換器;集成函數(shù)發(fā)生器等,提高了儀器電氣系統(tǒng)的性能,降低了成本。

1 工作原理

被測鋼球通過不同胎具固定在高精度主軸上旋轉(zhuǎn),加速度傳感器與被測鋼球表面接觸,并拾取鋼球表面因波紋而產(chǎn)生的微弱振動信號。此信號經(jīng)電荷放大器放大后,通過170~400Hz或400~800Hz帶通濾波器,再送至有效值、對數(shù)電路,最后經(jīng)表頭指示出被測鋼球的波紋振動值,其振動值的大小用分貝值度量。該儀器設(shè)有自校電路,其電路產(chǎn)生260Hz與520Hz正弦波信號,用于隨時校準。電氣系統(tǒng)的測量原理如圖1所示。


圖1 電氣系統(tǒng)的測量原理框圖

2 主要單元電路的設(shè)計

2.1 前置放大電路

鋼球振動測量儀的拾振器為壓電式加速度型傳感器。該類傳感器的結(jié)構(gòu)形式有3種:周邊壓縮式、中心壓縮式及剪切式。從性能和經(jīng)濟的角度考慮,選用YD-12型中心壓縮式傳感器。該型傳感器的壓電片和質(zhì)量塊與外殼隔離,對基座應(yīng)變引起的誤差和橫向靈敏度均較小,比周邊壓縮式傳感器的抗環(huán)境干擾能力強。

與壓電元件配套的測量電路的前置放大器電路有兩種形式:一是用電阻反饋的電壓放大器,其輸出電壓與輸入電壓(即傳感器的輸出)成正比;另一種是帶電容反饋的電荷放大器,其輸出電壓與輸入電荷成正比。電壓放大器與電荷放大器相比,電路簡單,但易受外界干擾影響,并且電纜分布電容對傳感器測量精度影響很大,而電纜的分布電容量則與導(dǎo)線種類和長度有關(guān),在測量中如果更換電纜,則必須對前置放大器的倍率重新進行調(diào)整;電荷放大器的輸出電壓與傳感器的電荷量成正比,對電纜長度變化的影響幾乎可以忽略不計,所以在此測量系統(tǒng)中采用電荷放大器作為前置放大電路。電荷放大器是一個高增益的電容反饋放大器,其基本電路如圖2所示,虛線框內(nèi)為傳感器等效電路。


圖2 電荷放大器基本電路框圖

輸出幅值

式中 
Q-傳感器電荷量
Ca-傳感器電容量
Ra-傳感器阻值
Cf-電荷放大器反饋電容
Rf-電荷放大器反饋電阻
A-運算放大器的增益

輸出電壓取決于Q和Cf。為了得到必要的測量精度,要求Cf的溫度和時間穩(wěn)定性要好。

幅頻特性

當(dāng)

式中 
ω-角頻率
Gf-Rf的電導(dǎo)

低頻時電荷放大的頻率響應(yīng)僅決定于反饋電路參數(shù)Rf和Cf。反饋電阻Rf還有提供直流反饋、減小零漂、使電荷放大器工作穩(wěn)定的作用。

2.2 濾波器

傳統(tǒng)鋼球振動測量儀中的濾波電路采用RC有源濾波器。這類濾波器由運算放大器外接電阻、電容構(gòu)成的。濾波頻率由電阻、電容參數(shù)決定,選配困難,調(diào)試不便。為了方便測量系統(tǒng)的調(diào)試與維修,減小濾波器的溫漂與時漂,采用了集成狀態(tài)變量濾波器。

所謂狀態(tài)變量濾波器就是用狀態(tài)變量法解二階微分方程并致力于用模擬電子線路來獲得的一種濾波電路。它是一種有源的模擬濾波器,是時間連續(xù)的濾波,與開關(guān)電容濾波器相比,噪聲較小,動態(tài)性能優(yōu)良。狀態(tài)變量濾波器便于集成化,外接幾個電阻便可構(gòu)成低通、高通、帶通帶阻等各種類型的濾波器。集成化的狀態(tài)變量濾波器基本單元是一個二階環(huán)節(jié),通過級聯(lián)可實現(xiàn)四階或八階濾波器。這種濾波器的誤差靈敏度低,即外接電阻參數(shù)稍有變化時,對傳輸特性的影響不大。

集中狀態(tài)變量濾波器MAX274包含四個二階環(huán)節(jié),最高可構(gòu)成一個八階濾波器。圖3是利用MAX274設(shè)計的400~800Hz帶通濾波器,其頻率特性滿足《JB/T8075-1996 滾動軸承鋼球振動測量儀的技術(shù)標準》中的要求。


圖3 帶通濾波器

2.3 有效值、對數(shù)電路

交流電壓通常是以有效值來度量的,測量交流電壓的電路有平均值轉(zhuǎn)換器和真有效值轉(zhuǎn)換器。平均值轉(zhuǎn)換器電路簡單,成本低,廣泛應(yīng)用于低精度的儀器儀表中,但由于采用平均值的電壓表頭是按正弦有效值進行刻度的,所以,只有在測僅包含正弦波的電壓信號時,所顯示的結(jié)果才是正確的?,F(xiàn)代高精度儀器儀表很少再采用平均值轉(zhuǎn)換器,代之發(fā)展并廣為采用的是真有效值轉(zhuǎn)換器。真有效值轉(zhuǎn)換器可以實現(xiàn)周期性交流電壓的有效值測量。其輸出的直流電壓,線性地正比于被測各種波形交流信號的有效值,不受輸出波形失真度的影響。

有效值測量集成電路視其測量范圍和精度要求有多種規(guī)格可選,較通用的有AD536、AD636、AD637、AD736及AD737D等。我們選用AD637,該集成器件是按有效值隱含運算而設(shè)計的,其精度優(yōu)于0 1%,波峰因數(shù)≤10,相對穩(wěn)定時間快,是當(dāng)前集成真有效值轉(zhuǎn)換器性能較好的一種。AD637由絕對值電路、平方/除法器、低通濾波/放大器和緩沖放大器等組成。AD637還設(shè)有對數(shù)輸出口,通過外接電路設(shè)置對數(shù)電路零點,AD637測量有效值的輸出值經(jīng)過差動對數(shù)放大器后就得到所測量有效值的dB值。

2.4 校準信號源

采用集成函數(shù)發(fā)生器ICL8038和外接阻容元件構(gòu)成信號發(fā)生器,輸出260Hz與520Hz兩種正弦波信號,用于電氣系統(tǒng)進行自校。ICL8038的內(nèi)部電路主要有矩形波、三角波發(fā)生電路和三角波變正弦波電路。該信號源的失真度≤1%,頻率、波形調(diào)整方便。

3 抗干擾問題

制作性能穩(wěn)定而可靠的測量電路,不僅需要正確設(shè)計電路、合理選擇元器件,而且應(yīng)從工藝上采取措施以抑制干擾和噪聲。

由于電荷放大器為一種高阻抗測量電路,因此在實測中干擾及噪聲的影響就顯得十分嚴重,必須加以注意。鋼球振動測量儀電氣系統(tǒng)測試的信號范圍為幾微伏到幾十毫伏,動態(tài)范圍大,信號微弱。電氣系統(tǒng)的基礎(chǔ)噪聲疊加到被測鋼球的振動信號上,會影響到儀器的示值線形誤差。因此,在該寬動態(tài)弱信號測量系統(tǒng)的設(shè)計過程中,抗干擾是要多加考慮的重要問題。

在該電氣系統(tǒng)中,除了選用低噪聲的元器件,還著重采取了以下一些抗干擾措施:將接地和屏蔽正確結(jié)合起來使用;對電源加以處理以防止干擾或低頻自激;印制電路板上元器件的布局與信號走線、電氣系統(tǒng)的裝配工藝均要符合抗干擾的設(shè)計要求。

實踐證明,該電氣測量系統(tǒng)的測量精度高,基礎(chǔ)噪聲低,工作穩(wěn)定可靠,且操作簡單,調(diào)試、維修方便。

參考文獻:
[1] 強錫富.傳感器[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998.
[2] 何書林,陳 晶,何華斌.實用模擬電路原理與設(shè)計速成[M].福州:福建科學(xué)技術(shù)出版社,2002.
[3] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,1993.
[4] Maxim Integrated Products公司. Maxim產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊[Z].2002.
表面粗糙度測量儀的特點與適用介紹

    表面粗糙度測量儀是評定零件表面質(zhì)量的臺式粗糙度儀??蓪Χ喾N零件表面的粗糙度進行測量,包括平面、斜面、外圓柱面,內(nèi)孔表面,深槽表面及軸承滾道等,實現(xiàn)了表面粗糙度的多功能精密測量。

 

    表面粗糙度測量儀包括粗糙度測量系統(tǒng)、直接輪廓測量系統(tǒng)和直線度測量系統(tǒng),可測量平面、圓柱面、深槽、曲面的表面粗糙度、直接輪廓和直線度參數(shù)。

    可測小圓柱外徑3mm,小內(nèi)孔直徑6mm。用直線度測量系統(tǒng),可以測量工件表面微觀起伏的高度和寬度。

    表面粗糙度測量儀輕松設(shè)置表面粗糙度的測量條件。利用配備的簡單輸入功能,可按照ISO/JIS粗糙度標準的繪圖指令符號進行輸入。以往非常麻煩的測量條件設(shè)置如今可輕松輸入,從菜單上直接選取表面粗糙度的繪圖指令符號即可。

    表面粗糙度測量儀特點:

    設(shè)計新穎,結(jié)構(gòu)緊湊,經(jīng)濟耐用。

    可用于檢測不同形狀表面的粗糙度,包括: 平面、外圓、內(nèi)孔、凹槽及其他較難 測量的表面。

    既可在車間現(xiàn)場使用,也適用于計量室和實驗室。

    傳感器可在內(nèi)置或轉(zhuǎn)出至90 °、180 °及270 °進行測量,可輕松滿足不同狀況下的檢測要求。

    儀器可在垂直甚至倒置的狀態(tài)下進行操作。

    表面粗糙度測量儀測量精度高,垂直分辨力可達0.01μm,測試范圍寬,垂直量程最大可達+40/-120μm。性能指標達到國家二級機標準,可廣泛適用于各種金屬與非金屬加工表面的檢測。本產(chǎn)品在遵守傳統(tǒng)RC濾波器標準(GB6062)的基礎(chǔ)上,增加了M1(DIN4777),M2(DIN4776)濾波器,可由用戶根據(jù)需要選擇??朔嗽璕C濾波器造成的波形失真和相位失真,大幅度地提高了產(chǎn)品的準確性,擴大了測量應(yīng)用范圍,大大提高了儀器整機析性能。

    表面粗糙度測量儀專用于金屬與非金屬工件表面粗糙度檢測的新型智能化無損檢測儀器,適用于機械加工制造業(yè)、檢測、商檢等部門多種形狀零部件的粗糙度測量;儀器符合國際標準并兼容美國、德國、日本英國等一些工業(yè)發(fā)達國家的標準。測量結(jié)果可以數(shù)字和圖形方式顯示在液晶顯示器上,也可以輸出到打印機上。

標簽: 表面粗糙度測量儀
表面粗糙度測量儀標簽: 表面粗糙度測量儀的特點與適用介紹_表面粗糙度測量儀組合標題:
絕緣電阻測量儀電流漏泄會產(chǎn)生的問題

  絕緣電阻測量儀又叫電氣絕緣強度試驗儀或叫介質(zhì)強度測試儀。將一規(guī)定交流或直流高壓施加在電器帶電部分和非帶電部分之間以檢查電器的絕緣材料所能承受耐壓能力的試驗。電器在長期工作中,不僅要承受額定工作電壓的作用,還要承受操作過程中引起短時間的高于額定工作電壓的過電壓作用。在這些電壓的作用下,電氣絕緣材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化。當(dāng)過電壓強度達到某一定值時,就會使材料的絕緣擊穿,電器將不能正常運行,操作者就可能觸電,危及人身安全?! ‘?dāng)電氣絕緣出現(xiàn)故障時會發(fā)生什么情況?電氣絕緣不僅僅是包著電線的塑料聚合物材料,它是由電纜絕緣層、套管絕緣子、線管內(nèi)空間、馬達和通用設(shè)備組成的完整系統(tǒng)。一個電氣系統(tǒng)就好比一個管道系統(tǒng),電壓好比是液體壓力,電流好比是液體的流速,而電氣絕緣就好比是管壁。絕緣防止電子從導(dǎo)體發(fā)生漏泄――其作用的大小是用絕緣電阻表示的。有效的絕緣電阻系統(tǒng)具有高的電阻值,通常大于幾個兆歐。差的絕緣系統(tǒng)具有較低的絕緣電阻。機械壓力、污染和溫度變化都能造成這些組件隨時間而惡化,使電流發(fā)生漏泄。電流漏泄會產(chǎn)生以下的幾個問題:  1、當(dāng)電流穿過絕緣層時產(chǎn)生熱量,會使絕緣層惡化,直到最終絕緣失效,并會形成火災(zāi)隱患?! ?、漏泄電流必需返回至源極,它將流經(jīng)任何可用的導(dǎo)體、線管、管道、水或大地返回到源極。這種不利的電流會產(chǎn)生危險的電壓?! ?、漏泄電流是沒有效率的。經(jīng)絕緣層漏泄的電流并不能驅(qū)動馬達、發(fā)光或加熱,但是仍然會產(chǎn)生消耗。  4、漏泄電流會引起過流保護裝置跳閘,使馬達和變壓器過熱。結(jié)果就是差的電氣絕緣造成設(shè)備發(fā)生故障、生產(chǎn)線停工?,F(xiàn)在,沒有哪個工廠能夠經(jīng)受得住計劃外的停工。

標簽: 絕緣電阻測量儀
絕緣電阻測量儀 絕緣電阻測量儀電流漏泄會產(chǎn)生的問題_絕緣電阻測量儀

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