測控儀器設(shè)計(jì)第1頁/共173頁第三章測控儀器總體設(shè)計(jì)

概述

第一節(jié)設(shè)計(jì)任務(wù)分析與創(chuàng)新點(diǎn)的構(gòu)思

第二節(jié)測控儀器設(shè)計(jì)原則

第三節(jié)測控儀器設(shè)計(jì)原理

第四節(jié)工作原理選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第五節(jié)測控系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)的確定

第六節(jié)測控儀器的造型設(shè)計(jì)第2頁/共173頁概述總體設(shè)計(jì)考慮的主要問題：①設(shè)計(jì)任務(wù)分析與創(chuàng)新點(diǎn)的構(gòu)思②測控儀器若干設(shè)計(jì)原則的思考和討論③測控儀器工作原理的選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)④測控系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)的確定⑤測控儀器造型設(shè)計(jì)第3頁/共173頁第一節(jié)設(shè)計(jì)任務(wù)分析與創(chuàng)新點(diǎn)的構(gòu)思

第4頁/共173頁一、設(shè)計(jì)任務(wù)分析㈠參數(shù)特點(diǎn)㈡參數(shù)載體（測控對象）㈢功能要求㈣使用條件㈤國外現(xiàn)狀㈥國內(nèi)現(xiàn)狀一、設(shè)計(jì)任務(wù)分析與創(chuàng)新點(diǎn)的構(gòu)思

第5頁/共173頁二、創(chuàng)新點(diǎn)的構(gòu)思三坐標(biāo)測量機(jī)側(cè)頭的改進(jìn)例子體積縮小、Abbe誤差減少一、設(shè)計(jì)任務(wù)分析與創(chuàng)新點(diǎn)的構(gòu)思

第6頁/共173頁一、設(shè)計(jì)任務(wù)分析與創(chuàng)新點(diǎn)的構(gòu)思

第7頁/共173頁一、設(shè)計(jì)任務(wù)分析與創(chuàng)新點(diǎn)的構(gòu)思

第8頁/共173頁第二節(jié)測控儀器設(shè)計(jì)原則END：第一節(jié)設(shè)計(jì)任務(wù)分析與創(chuàng)新點(diǎn)的構(gòu)思第9頁/共173頁對于直線尺寸測量儀器的設(shè)計(jì)，1890年阿貝提出一條指導(dǎo)性的原則：阿貝原則一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第10頁/共173頁Abbe原則：為使量儀能給出正確測量結(jié)果，必須將儀器的讀數(shù)刻線尺安放在被測尺寸線的延長線上被測零件的尺寸線和儀器中作為讀數(shù)用的基準(zhǔn)線（刻線基準(zhǔn)）應(yīng)順序排成一條直線一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第11頁/共173頁舉例1：游標(biāo)卡尺一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第12頁/共173頁舉例2：Abbe比較儀標(biāo)準(zhǔn)被測一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第13頁/共173頁舉例2：Abbe比較儀一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第14頁/共173頁舉例2：Abbe比較儀一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第二點(diǎn)讀數(shù)第二點(diǎn)瞄準(zhǔn)第15頁/共173頁參數(shù)計(jì)算誤差：一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第16頁/共173頁為什么Abbe比較儀的誤差??？比較兩個(gè)誤差公式：一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第17頁/共173頁誤差和傾斜角成一次方關(guān)系，習(xí)慣上稱為一次誤差誤差和傾斜角成二次訪關(guān)系，習(xí)慣上稱為二次（微小）誤差遵守阿貝原則可消除一次誤差，而僅留有二次微小誤差一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第18頁/共173頁所有的儀器都遵守Abbe了嗎？沒有！不適合Abbe原則的情況外觀尺寸過大多自由度測量儀器一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第19頁/共173頁思考一次誤差和二次誤差的幾何意義想一想你知道的符合Abbe原則的測量器具、儀器或方法一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第20頁/共173頁Abbe原則的擴(kuò)展標(biāo)尺與被測量一條線若做不到，則應(yīng)使導(dǎo)軌沒有角運(yùn)動(dòng)應(yīng)跟蹤測量算出偏移加以補(bǔ)償一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第21頁/共173頁（一）Eppenstein光學(xué)補(bǔ)償方法用硬件來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償：結(jié)構(gòu)布局來實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第22頁/共173頁（一）Eppenstein光學(xué)補(bǔ)償方法一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第23頁/共173頁高精度測長機(jī)不符合Abbe原則瞄準(zhǔn)視場中出現(xiàn)相同偏移再次瞄準(zhǔn)即在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行了補(bǔ)償，∵ΔL=S1S2,h=f誤差自動(dòng)消失一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第24頁/共173頁（二）激光兩坐標(biāo)測量儀中監(jiān)測導(dǎo)軌轉(zhuǎn)角與平移的光電補(bǔ)償方法一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第25頁/共173頁一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第26頁/共173頁一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展高精度激光小角度測量法補(bǔ)償?shù)膶?shí)質(zhì)是使θ=0第27頁/共173頁測量符合Abbe原理平面轉(zhuǎn)角用補(bǔ)償來消除典型的光機(jī)電算一體化儀器系統(tǒng)比較復(fù)雜一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第28頁/共173頁（三）以動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直儀來檢測導(dǎo)軌擺角誤差的電學(xué)補(bǔ)償方法(實(shí)時(shí)補(bǔ)償概念，計(jì)數(shù)器直接補(bǔ)償)一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展補(bǔ)償?shù)膶?shí)質(zhì)是動(dòng)態(tài)修正第29頁/共173頁（四）平直度測量過程中的阿貝誤差補(bǔ)償布萊恩：“平面度測量系統(tǒng)的工作點(diǎn)應(yīng)該位于垂直于滑塊移動(dòng)方向的，并通過測量點(diǎn)的方向線上”一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第30頁/共173頁（四）平直度測量過程中的阿貝誤差補(bǔ)償布萊恩：“…若做不到在方向線上，則應(yīng)使導(dǎo)軌沒有角運(yùn)動(dòng)”針對三座標(biāo)機(jī)等測量直線度一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第31頁/共173頁一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第32頁/共173頁（五）遵守阿貝原則的傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第33頁/共173頁討論測量孔徑時(shí)遵守Abbe原則的困難一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展第34頁/共173頁思考：一、阿貝(Abbe)原則及其擴(kuò)展左圖正確設(shè)置為什么是正確的？第35頁/共173頁二、變形最小原則及措施第36頁/共173頁變形最小原則：盡量避免在儀器工作過程中，因受力變化或因溫度變化而引起的儀器結(jié)構(gòu)變形或儀器狀態(tài)和參數(shù)的變化二、變形最小原則及措施第37頁/共173頁儀器承重變化，引起儀器結(jié)構(gòu)變形而產(chǎn)生測量誤差溫度變化引起儀器或傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)變化，導(dǎo)致光電信號的零點(diǎn)漂移及系統(tǒng)靈敏度變化要求儀器變形要小二、變形最小原則及措施第38頁/共173頁（一）減小力變形影響的技術(shù)措施二、變形最小原則及措施第39頁/共173頁一米激光測長機(jī)測量步驟2二、變形最小原則及措施(力)測量步驟1+工件重量第40頁/共173頁13二、變形最小原則及措施(力)第41頁/共173頁重量=測量頭架+工件變形尾座軸線有5”傾角時(shí)的誤差：二、變形最小原則及措施(力)第42頁/共173頁①固定角隅棱鏡與尾座固連在一起②固定角隅棱鏡的錐頂安放在尾桿的軸線離底座導(dǎo)軌面等高的同一平面內(nèi)③可動(dòng)角隅棱鏡的錐頂位于測量主軸的軸心線上（符合阿貝原則）④盡可能減小固定角隅棱鏡和尾桿在水平面內(nèi)的距離d二、變形最小原則及措施(力)第43頁/共173頁1234二、變形最小原則及措施(力)第44頁/共173頁1)、尾座有傾角Δθ:對零時(shí)：測量時(shí)：結(jié)果：二、變形最小原則及措施(力)第45頁/共173頁消除誤差的對應(yīng)措施：第一、第二條措施尾座零位變化Δ1固定角偶棱鏡也是變化Δ1相互抵消二、變形最小原則及措施(力)第46頁/共173頁2)、測量頭架有傾角由于第三條措施，符合Abbe原則而忽略不計(jì)3)、尾座有擺動(dòng)不能消除，但是d盡可能減小就是針對這個(gè)設(shè)計(jì)的二、變形最小原則及措施(力)第47頁/共173頁2.光電光波比長儀消除力變形的結(jié)構(gòu)布局二、變形最小原則及措施(力)第48頁/共173頁減少誤差的措施采用了工作臺(tái)、床身、基座三層結(jié)構(gòu)光電顯微鏡、固定參考鏡和干涉系統(tǒng)的分光鏡：相對位置嚴(yán)格保持不變支撐床身的三個(gè)鋼球支撐結(jié)構(gòu)各不相同二、變形最小原則及措施(力)第49頁/共173頁（二）減小熱變形影響的技術(shù)措施二、變形最小原則及措施第50頁/共173頁①采用恒溫條件：減小溫度變化量②選擇合適的材料：減小線膨脹的影響，或選用線膨脹系數(shù)相反的材料在某些敏感環(huán)節(jié)上進(jìn)行補(bǔ)償二、變形最小原則及措施(熱)第51頁/共173頁③采用補(bǔ)償法：如測出被測件與標(biāo)準(zhǔn)件的溫度t1和t2，被測件與標(biāo)準(zhǔn)件的線脹系數(shù)a1和a2，則溫度誤差的修正公式為：式中，L為被測件的標(biāo)準(zhǔn)長度二、變形最小原則及措施(熱)第52頁/共173頁1.絲桿動(dòng)態(tài)測量儀對環(huán)境條件及溫度變化影響的補(bǔ)償溫度絲桿波長計(jì)算的補(bǔ)償量在1m范圍內(nèi)均勻以脈沖數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償二、變形最小原則及措施(熱)第53頁/共173頁2.擴(kuò)散硅壓力傳感器零點(diǎn)溫漂的補(bǔ)償擴(kuò)散硅壓力傳感器(傳感+轉(zhuǎn)換)：①擴(kuò)散電阻的離散性很大，橋路各電阻值不等，即R1≠R2≠R3≠R4②擴(kuò)散電阻的各個(gè)電阻溫度系數(shù)不等，即a1≠a2≠a3≠a4③擴(kuò)散電阻隨溫度非線性變化二、變形最小原則及措施(熱)第54頁/共173頁⑴橋路的平衡條件(壓力有關(guān))二、變形最小原則及措施(熱)隨力變化而變化第55頁/共173頁設(shè)計(jì)若能滿足以下條件，則可消除誤差：二、變形最小原則及措施(熱)第56頁/共173頁⑵串、并聯(lián)電阻對電阻溫度系數(shù)的影響1)在電阻為R的擴(kuò)散電阻上串聯(lián)電阻RS二、變形最小原則及措施(熱)第57頁/共173頁串聯(lián)電阻后其電阻溫度系數(shù)降低二、變形最小原則及措施(熱)第58頁/共173頁2)在擴(kuò)散電阻上并聯(lián)電阻RP二、變形最小原則及措施(熱)并聯(lián)電阻第59頁/共173頁

并聯(lián)后同樣也能降低電阻溫度系數(shù)二、變形最小原則及措施(熱)第60頁/共173頁⑶串并聯(lián)電阻補(bǔ)償原理二、變形最小原則及措施(熱)第61頁/共173頁橋臂1（串聯(lián)）：等效電阻等效溫度系數(shù)橋臂2（并聯(lián)）：等效電阻等效溫度系數(shù)二、變形最小原則及措施(熱)第62頁/共173頁橋路的各電阻和ａ值Ｋ值再將Ｋ值ＲＰ和ＲＳＲＰ和ＲＳ值能夠同時(shí)滿足平衡方程，電橋總是處在平衡的條件下，達(dá)到補(bǔ)償溫度漂移的目的二、變形最小原則及措施(熱)第63頁/共173頁三、測量鏈最短原則第64頁/共173頁什么是測量鏈？測量鏈的作用是感受被測量和標(biāo)準(zhǔn)量的信號。因此凡是和感受被測量和標(biāo)準(zhǔn)量有關(guān)的所有元件，如被測件、標(biāo)準(zhǔn)件、感受元件、定位元件等均屬于測量鏈三、測量鏈最短原則第65頁/共173頁典型儀器三、測量鏈最短原則第66頁/共173頁測量鏈中的元件誤差對儀器精度的影響最大，并且一般都是1:1影響到測量結(jié)果測量鏈各環(huán)節(jié)的精度要求應(yīng)最高，測量鏈環(huán)節(jié)的構(gòu)件數(shù)目應(yīng)最少，即測量鏈最短原則三、測量鏈最短原則第67頁/共173頁測量鏈最短，只能從原始設(shè)計(jì)上加以保證，而不能采用補(bǔ)償?shù)霓k法來實(shí)現(xiàn)三、測量鏈最短原則第68頁/共173頁放大指示鏈：是將感受的信號進(jìn)行放大，以便于觀察處理和顯示放大指示鏈和輔助鏈兩大環(huán)節(jié)，它們對儀器精度的影響程度要低于測量鏈輔助鏈：游絲、輔助齒輪等三、測量鏈最短原則第69頁/共173頁四、坐標(biāo)基準(zhǔn)統(tǒng)一原則第70頁/共173頁坐標(biāo)系基準(zhǔn)統(tǒng)一原則：設(shè)計(jì)、加工、測量基面統(tǒng)一經(jīng)濟(jì)地獲得規(guī)定的精度，避免附加的誤差對于部件：設(shè)計(jì)、裝配、測量基面統(tǒng)一四、坐標(biāo)基準(zhǔn)統(tǒng)一原則第71頁/共173頁四、坐標(biāo)基準(zhǔn)統(tǒng)一原則第72頁/共173頁四、坐標(biāo)基準(zhǔn)統(tǒng)一原則第73頁/共173頁五、精度匹配原則根據(jù)各部分對儀器精度影響程度的不同來提出不同的精度要求和恰當(dāng)?shù)木确峙錅y量鏈精度最高，依次遞減五、精度匹配原則第74頁/共173頁要求低要求高

精度要求三、測量鏈最短原則第75頁/共173頁六、經(jīng)濟(jì)原則工藝決定成本設(shè)計(jì)元件按照精度最低原則進(jìn)行增加調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)、用光機(jī)電算進(jìn)行補(bǔ)償?shù)榷际怯行У慕档途鹊姆椒?biāo)準(zhǔn)和批量是減少成本的最佳方案六、經(jīng)濟(jì)原則第76頁/共173頁第三節(jié)測控儀器設(shè)計(jì)原理END：第二節(jié)測控儀器設(shè)計(jì)原則第77頁/共173頁第三節(jié)測控儀器設(shè)計(jì)原理一、平均讀數(shù)原理二、比較測量原理三、補(bǔ)償原理第78頁/共173頁§3-3

一、平均讀數(shù)原理第79頁/共173頁誤差：對徑：§3-3

一、平均讀數(shù)原理第80頁/共173頁一般情況：一個(gè)讀數(shù)頭的誤差用周期波來表示：式中，k為各階諧波的階次，e為各階諧波的幅值§3-3

一、平均讀數(shù)原理第81頁/共173頁對于n個(gè)讀數(shù)頭時(shí)的誤差：對于某一階次諧波而言：§3-3

一、平均讀數(shù)原理第82頁/共173頁利用：§3-3

一、平均讀數(shù)原理第83頁/共173頁對于某一階次波最后得：K由于為整數(shù)，上式改為：§3-3

一、平均讀數(shù)原理第84頁/共173頁1）當(dāng)k=cn時(shí)。其中c為正整數(shù)，即諧波階次為讀數(shù)頭n的整數(shù)倍時(shí)：§3-3

一、平均讀數(shù)原理第85頁/共173頁2）當(dāng)K≠cn時(shí)，即諧波階次不等于讀數(shù)頭數(shù)n的整數(shù)倍時(shí)：§3-3

一、平均讀數(shù)原理第86頁/共173頁結(jié)論：在光學(xué)度盤式圓分度測量裝置中，當(dāng)采用在度盤圓周上均布n個(gè)讀數(shù)頭的結(jié)構(gòu)，并取n個(gè)讀數(shù)頭讀數(shù)值的平均值作為讀數(shù)值時(shí)，則可以消除k=cn階諧波以外的所有諧波對讀數(shù)誤差的影響§3-3

一、平均讀數(shù)原理第87頁/共173頁簡單：N=2，則2、4、6…次諧波不能消除N=3，則3、6、9…次諧波不能消除N=4，則4、8、12…次諧波不能消除N=∞？§3-3

一、平均讀數(shù)原理第88頁/共173頁對徑讀數(shù)例子§3-3

一、平均讀數(shù)原理第89頁/共173頁兩路信號的平均值讀數(shù)為：（特殊性為電信號+附加相位）§3-3

一、平均讀數(shù)原理第90頁/共173頁平均讀數(shù)原理小結(jié)：多讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)平均讀數(shù)原理不能消除測量過程中軸系晃動(dòng)對測量結(jié)果的影響平均讀數(shù)原理已成為高精密圓分度測量裝置中一條重要設(shè)計(jì)原理§3-3

一、平均讀數(shù)原理第91頁/共173頁平均讀數(shù)原理應(yīng)用非常廣泛光柵莫爾條紋、多次采樣、多次讀數(shù)等在設(shè)計(jì)中都是應(yīng)該重視的§3-3

一、平均讀數(shù)原理第92頁/共173頁不足：采用多頭讀數(shù)系統(tǒng)，要求各個(gè)讀數(shù)頭的特性完全一致，這會(huì)使工藝裝配調(diào)整的成本增加平均讀數(shù)原理的實(shí)質(zhì)是起到補(bǔ)償（抵消）部分系統(tǒng)誤差的作用§3-3

一、平均讀數(shù)原理第93頁/共173頁第三節(jié)測控儀器設(shè)計(jì)原理二、比較測量原理第94頁/共173頁比較測量原理(差模信號)廣泛地應(yīng)用于各種物理量的測量比較測量原理尤其適合于幾何測量中的復(fù)合參數(shù)測量，如漸開線齒形誤差、齒形切向綜合誤差、螺旋線誤差、凸輪型面誤差等的測量工作§3-3

二、比較測量原理第95頁/共173頁（一）位移量同步比較測量原理（二）差動(dòng)比較測量原理（三）零位比較測量原理§3-3

二、比較測量原理第96頁/共173頁齒輪§3-3

二、比較測量原理第97頁/共173頁萬能齒輪整體誤差測量機(jī)原理§3-3

二、比較測量原理第98頁/共173頁復(fù)合參數(shù)測量激光、光柵、電子和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，使位移量同步比較由機(jī)械式向電子式發(fā)展，由于這種發(fā)展，使位移量同步比較原理在儀器設(shè)計(jì)中獲得了新的廣泛前景測量鏈短、精度高、性能高§3-3

二、比較測量原理第99頁/共173頁（二）差動(dòng)比較測量原理§3-3

二、比較測量原理第100頁/共173頁減少共模影響抵消緩慢變化參數(shù)§3-3

二、比較測量原理第101頁/共173頁電感傳感器采用差動(dòng)原理§3-3

二、比較測量原理第102頁/共173頁非差動(dòng)：差動(dòng)時(shí)：差動(dòng)式電感傳感器的靈敏度比非差動(dòng)式的提高了一倍§3-3

二、比較測量原理第103頁/共173頁第三節(jié)測控儀器設(shè)計(jì)原理三、補(bǔ)償原理第104頁/共173頁儀器的精度不可能完全靠加工來保證，巧妙的補(bǔ)償可以取得較好的效果平均讀數(shù)原理就是補(bǔ)償?shù)氖褂美樱€有各種各樣的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)等這些例子只是一種啟發(fā)，一定要根據(jù)具體情況和要求來選擇§3-3

三、補(bǔ)償原理第105頁/共173頁1、補(bǔ)償環(huán)節(jié)一般應(yīng)選擇儀器中結(jié)構(gòu)上的薄弱環(huán)節(jié)、工藝上的薄弱環(huán)節(jié)、精度上的薄弱環(huán)節(jié)、以及儀器中對環(huán)境條件及外界干擾的敏感環(huán)節(jié)作為補(bǔ)償環(huán)節(jié)，在選擇具體的補(bǔ)償環(huán)節(jié)時(shí)，應(yīng)考慮到通過該環(huán)節(jié)最易于實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，且補(bǔ)償效果最靈敏§3-3

三、補(bǔ)償原理第106頁/共173頁2、補(bǔ)償方法結(jié)構(gòu)補(bǔ)償：如愛彭斯坦光學(xué)補(bǔ)償法數(shù)據(jù)處理補(bǔ)償：如在高精度的圓度儀中，為了消除軸系徑向誤差對測量結(jié)果的影響，采用了誤差分離技術(shù)，通過測量方法及數(shù)據(jù)處理，把軸系徑向誤差從測量結(jié)果中剔除出去§3-3

三、補(bǔ)償原理第107頁/共173頁3、補(bǔ)償要求不同的補(bǔ)償對象，有不同的補(bǔ)償要求有些需要對整個(gè)行程范圍或量程范圍進(jìn)行連續(xù)的逐點(diǎn)的補(bǔ)償，如對于導(dǎo)軌直線度偏差的補(bǔ)償一般要求為整個(gè)行程范圍內(nèi)做連續(xù)的補(bǔ)償有些則僅要求在幾個(gè)特征位置上進(jìn)行，如儀器值的校正，一般可要求校正幾個(gè)特征點(diǎn)，如首尾兩點(diǎn)，或中間幾個(gè)點(diǎn)，達(dá)到在選定的特征點(diǎn)保證儀器示值精確即可§3-3

三、補(bǔ)償原理第108頁/共173頁4、綜合補(bǔ)償補(bǔ)償或校正儀器總體或某部分誤差，在儀器設(shè)計(jì)中往往采用綜合補(bǔ)償?shù)霓k法不論儀器產(chǎn)生的誤差來自哪個(gè)或哪些環(huán)節(jié)，通過對某個(gè)環(huán)節(jié)的調(diào)整后，便起到了綜合補(bǔ)償?shù)男Ч?-3

三、補(bǔ)償原理第109頁/共173頁綜合補(bǔ)償案例1（正弦機(jī)構(gòu)）§3-3

三、補(bǔ)償原理第110頁/共173頁§3-3

三、補(bǔ)償原理第111頁/共173頁綜合補(bǔ)償案例1（正弦機(jī)構(gòu)）理論值：近似值：最大原理誤差：§3-3

三、補(bǔ)償原理第112頁/共173頁條件最大誤差減小至杠桿長度§3-3

三、補(bǔ)償原理第113頁/共173頁綜合補(bǔ)償案例2§3-3

三、補(bǔ)償原理第114頁/共173頁綜合補(bǔ)償案例2：§3-3

三、補(bǔ)償原理第115頁/共173頁END：第三節(jié)測控儀器設(shè)計(jì)原理測控儀器工作原理的

選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)測控儀器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)的確定測控儀器的造型設(shè)計(jì)第116頁/共173頁工作原理選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、傳感器的選擇與設(shè)計(jì)二、標(biāo)準(zhǔn)量及其細(xì)分方法的選用三、數(shù)據(jù)處理與顯示裝置的選取四、運(yùn)動(dòng)方式與控制方式的確定一、傳感器的選擇與設(shè)計(jì)第117頁/共173頁按照轉(zhuǎn)換功能劃分：位置檢測要求準(zhǔn)確、分辨率足夠數(shù)值檢測傳感器靈敏度高、線性好、原理誤差小、最好數(shù)字化§3-4

一、信號轉(zhuǎn)換與傳輸原理的選擇第118頁/共173頁按照對信號的感受方式劃分：接觸式：光學(xué)-機(jī)械式；電子-機(jī)械式；氣動(dòng)-機(jī)械式非接觸式：光學(xué)式；電容式；氣動(dòng)式直接引入式：熱工量、電學(xué)量按原理劃分：機(jī)械、光學(xué)、光電、電子、氣動(dòng)等五種§3-4

一、信號轉(zhuǎn)換與傳輸原理的選擇第119頁/共173頁第四節(jié)工作原理選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、標(biāo)準(zhǔn)量及細(xì)分方法第120頁/共173頁（一）標(biāo)準(zhǔn)量的作用用以與被測件進(jìn)行比較測量用來標(biāo)定儀器或檢定儀器的示值誤差§3-4

二、標(biāo)準(zhǔn)量及細(xì)分方法的選用第121頁/共173頁§3-4

二、標(biāo)準(zhǔn)量及細(xì)分方法的選用第122頁/共173頁§3-4

二、標(biāo)準(zhǔn)量及細(xì)分方法的選用第123頁/共173頁§3-4

二、標(biāo)準(zhǔn)量及細(xì)分方法的選用第124頁/共173頁（二）標(biāo)準(zhǔn)量的細(xì)分方法光學(xué)機(jī)械細(xì)分：①直讀法、②微動(dòng)對零法電子細(xì)分：①非調(diào)制信號細(xì)分、②調(diào)制信號細(xì)分法、③相位細(xì)分法光學(xué)細(xì)分（光程、角度）§3-4

二、標(biāo)準(zhǔn)量及細(xì)分方法的選用第125頁/共173頁第四節(jié)工作原理選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)三、數(shù)據(jù)處理與顯示第126頁/共173頁（一）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的功能、類型及選擇方法快速、實(shí)時(shí)擴(kuò)大儀器的使用范圍提高測量精度智能化§3-4

三、數(shù)據(jù)處理與顯示裝置的選取第127頁/共173頁（二）顯示系統(tǒng)的功能、類型及選擇方法指針記錄儀打印數(shù)顯屏幕顯示§3-4

三、數(shù)據(jù)處理與顯示裝置的選取第128頁/共173頁第四節(jié)工作原理選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)四、運(yùn)動(dòng)方式與控制方式第129頁/共173頁直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)連續(xù)運(yùn)動(dòng)和間歇運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)采樣和靜態(tài)采樣閉環(huán)控制和開環(huán)控制PID控制、模糊控制、優(yōu)化控制§3-4

四、運(yùn)動(dòng)方式與控制方式第130頁/共173頁END：第四節(jié)原理選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)第五節(jié)測控系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

與技術(shù)指標(biāo)的確定第131頁/共173頁第五節(jié)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)確定一、從精度要求確定參數(shù)二、從測量范圍確定參數(shù)三、從誤差補(bǔ)償確定參數(shù)第132頁/共173頁工具顯微鏡§3-5

一、從精度要求確定參數(shù)第133頁/共173頁工具顯微鏡光學(xué)靈敏杠桿§3-5

一、從精度要求確定參數(shù)第134頁/共173頁§3-5

一、從精度要求確定參數(shù)像點(diǎn)1像點(diǎn)2人眼最小分辨率縮小折合第135頁/共173頁目的：減小瞄準(zhǔn)誤差（參公式）減小誤差的途徑：↓L2或↑L1↓L2：影響使用–結(jié)構(gòu)+量程不允許↑L1：影響工作距離-結(jié)構(gòu)不允許§3-5

一、從精度要求確定參數(shù)第136頁/共173頁在一定的瞄準(zhǔn)精度條件下，綜合考慮取L1=40mm、L2=70mm，這時(shí)的瞄準(zhǔn)誤差為：這個(gè)數(shù)值對于要求1μm瞄準(zhǔn)精度的靈敏杠桿來說是可以接受的§3-5

一、從精度要求確定參數(shù)第137頁/共173頁第五節(jié)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)確定二、從測量范圍確定參數(shù)第138頁/共173頁小模數(shù)漸開線齒輪齒形誤差檢查儀結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定要求：齒輪最大外徑120mm

齒輪模數(shù)0.2-1mm§3-5

二、從測量范圍確定參數(shù)第139頁/共173頁§3-5

二、從測量范圍確定參數(shù)第140頁/共173頁比較測量測量拖板與基園產(chǎn)生的漸開線齒輪漸開線§3-5

二、從測量范圍確定參數(shù)第141頁/共173頁§3-5

二、從測量范圍確定參數(shù)第142頁/共173頁需要確定的參數(shù)主拖板最大行程L測量拖板最大行程S直尺擺角θ§3-5

二、從測量范圍確定參數(shù)第143頁/共173頁主要參數(shù)的關(guān)系：§3-5

二、從測量范圍確定參數(shù)第144頁/共173頁需要確定的參數(shù)：直尺擺角θ和基圓盤半徑R：經(jīng)驗(yàn)θ≤30°，取R=100mm測量拖板最大行程S：l=21.03mm，取s=29mm主拖板最大行程L：L=87.7mm，取L=89mm§3-5

二、從測量范圍確定參數(shù)第145頁/共173頁第五節(jié)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)確定三、從誤差補(bǔ)償確定參數(shù)第146頁/共173頁電容壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖§3-5

三、從誤差補(bǔ)償確定參數(shù)電極電極第147頁/共173頁§3-5

三、從誤差補(bǔ)償確定參數(shù)第148頁/共173頁§3-5

三、從誤差補(bǔ)償確定參數(shù)第149頁/共173頁通過誤差分析，解析參數(shù)，得出使得誤差為零的幾何參數(shù)條件從理論上講是可行的§3-5

三、從誤差補(bǔ)償確定參數(shù)第150頁/共173頁END：第五節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)確定第六節(jié)測控儀器的造型設(shè)計(jì)第151頁/共173頁第六節(jié)測控儀器的造型設(shè)計(jì)一、外形設(shè)計(jì)二、人機(jī)工程

第152頁/共173頁㈠外形比例的選擇㈡外形的均衡與穩(wěn)定㈢外形的風(fēng)格㈣外形形體的過渡㈤表面裝飾處理§3-6

一、外形設(shè)計(jì)第153頁/共173頁1.整數(shù)比例整數(shù)比例是以正方形為基礎(chǔ)單元而派生的一種比例。一個(gè)單元正方形形成的比率為1:1，二個(gè)單元正方形組合構(gòu)成的矩形比率為1:2，由此可派生出1:3、1:4等多種矩形圖形§3-6

一、外形設(shè)計(jì)第154頁/共173頁1.整數(shù)比例優(yōu)點(diǎn)：容易按一定的韻律關(guān)系處理形體的配合缺點(diǎn)：由于邊長之比為簡單的整數(shù)關(guān)系，整體顯得呆板§3-6

一、外形設(shè)計(jì)第155頁/共173頁2.均方根比例均方根比例事宜正方形的一條邊與此正方形對角線長所形成的矩形比例關(guān)系為基礎(chǔ)，不斷以其新產(chǎn)生的下一個(gè)矩形的對角線長尾長邊所形成的矩形比例系統(tǒng)§3-6

一、外