精度检测装置

精度检测装置（精选9篇）

精度检测装置 篇1

静态容积法流量标准装置中玻璃管液位计的读数一般由人工读取, 误差大且准确率低。随着智能技术的发展, 基于电荷耦合器件 (Charge Coupled Devices, CCD) 或接触式图像传感器 (Contact Image Sensor, CIS) 的玻璃管液位自动测量系统应运而生。高分辨率的CCD不但价格昂贵, 而且当其测量对象变化较大时, 还需采用光学聚焦系统或机械随动测量机构辅助。根据CIS感光元件线阵排列的特点, 完全可以实现液位的高精度测量, 文献[1, 2]介绍的液位测量装置的测量精度约0.5mm, 且待测液体均为有色。

笔者采用600dpi CIS和S3C2440处理器, 将基于CIS的玻璃管液位测量系统的精度提至±0.10mm, 同时实现了有色和无色液体液位的自动测量。

1 工作原理*

简化的静态容积法流量标准装置中容积测量的示意图如图1所示, V1是一个标准容器, 其液位与容积一一对应。如果知道U型连通器右侧玻璃管中的液位, 通过查表就能得到对应容器中液体的体积。假设V1的圆柱形半径为15cm, 如果液位误差1.0mm, 则相应的体积误差为70.650m L;如果液位误差是0.1mm, 则相对应的体积误差为7.065m L。所以提高液位的测量精度对于静态容积的测量有着重要的意义。

将600dpi高分辨率的CIS置于玻璃管的一侧, 另一侧用平行光源照射。由于有液体和无液体的部分对光的折射率不同, 所以CIS上相应感光元件感应的光强不同, CIS输出的视频信号中, 有液体信号和无液体信号的电压值就不同。通过相应的A/D转换电路, 将电压进行阈值分割, 使得有液体部分对应的电压输出经A/D转换变为零, 这样在一个周期内, 统计零的个数, 就知道液位的实际高度。

2 硬件组成

基于600dpi CIS和S3C2440处理器的玻璃管液位测量系统的硬件组成如图2所示。外置平行光源与SV6134A4C-00型CIS分别位于玻璃管的两侧。CIS总长216mm, 每毫米24个像素点, 整个CIS共有5 184个像素点, 所以其最小分辨率达0.042mm。

CIS的时序图如图3所示, SV6134A4C-00型CIS传感器的3个引脚分别是时钟引脚CP (4MHz) 、使能引脚SI (周期1.5ms) 和视频信号输出引脚VOUT, 在一帧图像信息中有效的像素点输出5 184个, 其余为无效信息。需要特别注意的是, CP开始后的82个CLKS输出的信息是无效的。

测量系统的处理器采用S3C2440, 该处理器通过PWM实现CIS的高频时钟驱动。VOUT输出的视频信号通过A/D转换后的数据存入缓存器AL422B中, 存储一定的液位图像信息后, 处理器执行液位提取算法, 将液位的当前高度实时显示在数码管。

AL422B是一款存储容量为393 216Byte×8bit的FIFO存储芯片。A/D转换器采用ADS930, 其有效电压转换范围1~2V, 当输入在1~2V时输出非零, 当输入为1V时输出为0, 并且通过试验发现当输入为1V以下时输出也为零。在测量时, 通过调理电路将VOUT输出信号中的高低电平, 分别调整至1V的两侧, 则低于1V的有液体信号输出都为零, 通过脉冲计数法就能计算出玻璃管液位的高度了。

3 系统软件

在液位测量过程中, 环境误差可能会引入随机干扰, 所以需要进行数字滤波处理。首先, 一次性读取多幅图像信息, 然后分别对每一幅图像提取液位信息, 最后采用去极值平均滤波法得到液位的实际高度。FIFO读出的多幅图像信息连续存储在一个内存空间开辟的数组区域内, 所以快速、准确地查到每幅图像并计算出每幅图像中液位的高度信息是算法的关键。本软件采用快速查找与统计方法实现, 其相应算法流程如图4所示。

将FIFO读出的一组数据存入图像数组M[]中, 依次从数据头开始遍历, 找到第一个突变的点, 即图像的分界点i1。

在突变点前加入一个长度为L1的窗, 然后对窗内数据进行处理, 如果窗起始单元与窗结束单元之间的变化值window[L1-1]-window[0]<5且|window[i+1]-window[i]|<5 (0<i<L1) , 说明突变点前的数值是稳定的。同理, 给突变点后加入一个长度为L1的窗, 如果window[i]=0 (0<i<L1) 说明确实为突变点, 从突变点后开始进行脉冲统计。

如果在上述突变点前加的L1窗体内有不满足上述变化值的点, 则动态地增加L1的长度, 如果动态加入长度内的点满足变化范围, 则同样满足要求。同理, 当突变点后的L1窗有不满足上述变化的点, 同样动态增加L1的长度, 再进行判断, 如果动态加入长度内的点满足变化范围, 则同样满足要求;如果动态增加的窗内数据依然不满足变化范围, 则舍弃找到的突变点, 继续往后遍历。

将确定为真实图像分界点的值计为M, 然后从M+L1位置依次开始统计零点数。如果遇到非零点, 首先加一个小窗L2, 从此非零点开始存入所加的小窗, L2的初始长度根据实际情况取1~2, 如果L2的窗口内有零值, 继续往后统计, 如果L2的值非零点, 为保证准确度, 动态增加一定的长度, 确定L2内没有零值, 即一幅图像中低电平的值统计完毕, 此时的下标值即为N。

将点数N-M-1存入开辟的图像帧存储数组P[]中, 如果P[]存够指定的图像帧数则结束本次算法;否则继续遍历, 搜索突变点, 统计零点, 直至完成预定数量的图像帧。图像帧存储数组P[]经去极值平均滤波法就可以得到稳定的像素点输出, 将输出代入曲线拟合好的关系式, 就能得到实际的液位高度。

4 试验

在玻璃管液位计装置中, 由于凹形液面的折射率在空气和液体之间, 所以凹形液位产生的过渡区域的数值不能统计为液位的像素信息。为了补偿过渡区域的误差, 通过曲线拟合方式建立传感器检测液位的像素点个数和实际高度间的数学模型。

经过测量, 用于标定的试验量筒容积和刻度均匀。60m L液体对应高度142mm, 平均每毫升液体高度2.366mm。采用高精度的A级滴定管 (精度0.02m L) 向量筒中加入液体, 从15m L一直加到60m L, 每5m L记录一次液体的高度和数码管的液位像素信息显示, 为了保证滴定过程成的准确性, 在每滴完一定的体积后采用人工方式读取液体体积进行验证。表1为3次重复性试验的液体体积和数码管的读数, 将3次重复性试验的数码管读数取平均, 以消除随机误差。

注:D值是该像素点的两倍直接在数码管上的显示值。

将D和h拟合得到直线y1=-0.0207D+224.2973, D和he拟合得到直线y2=-0.0208D+215.9749, 如果y1和y2的斜率相同, 直接用两条直线之间的距离作为修正值。此处斜率不是完全一样, 经过试验取8.60对所有的he值进行修正, 即he的所有值加上8.60作为最后的实际高度输出。如图5所示, 将D和修正后的y值进行曲线拟合得y=-0.02084D+224.5749。将每次数码管的值用Matlab的polyval () 函数重新代入拟合好的曲线, 得到液位的最大误差为0.9mm, 最小误差为-0.01mm。

为了更好地检验拟合直线的准确度, 将拟合好的曲线编程输入S3C2440, 试验过程如上步骤。每次增加5m L, 从18m L开始滴加, 数码管直接输出液位的实际高度, 试验结果见表2, 可见最大误差为-0.09mm, 最小误差为+0.03mm, 都在±0.10mm的范围内。

由以上试验结果可以看出:600dpi CIS输出的视频信号噪声小, 能够清晰地分辨出液位的图像信息。输出信号经调理电路调理后, 可采用ADS930轻松实现阈值分割, 从而通过脉冲计数法实现液位信息的提取。

600dpi CIS最小分辨率为0.042mm, 通过试验可知, 其测量相对误差在±0.10mm以内, 相较于低分辨率的CIS, 提升了液位测量的精度。

本试验使用的600dpi CIS的线性度较好, 像素与高度间的关系可以直接拟合为一次函数。

利用高分辨率的CIS, 并结合相应的硬件转换电路也可以实现无色液体的液位测量。

5 结束语

采用600dpi CIS和S3C2440处理器实现了玻璃管液位计的高精度自动测量。与其他采用CIS实现液位检测的装置相比, 测量精度由0.50mm提高到了±0.10mm。此外, 此液位测量系统计还可以测量无色液体的液位。

参考文献

[1]孙刘杰, 王洪来.基于CIS的水流量标准液位读取装置研究与设计[J].微计算机信息, 2012, (10) :191~192.

[2]于佩.基于FPGA的玻璃计液位检测装置[D].上海:上海理工大学, 2013.

精度检测装置 篇2

1.用指示表测平面误差

2.用摆差测定仪测量跳动误差

3.用三针测量外螺纹单一中径（实验6.2的第二个内容）

4.间接测量结果与测量误差的评定

以上四个实验的指导材料已以jpg格式发到ftp上，请同学们认真预习，同时完成实验报告前半部分(包括“实验目的，实验原理及实验步骤)。实验报告格式已以pdf格式发到ftp，请用A4纸正反面打印。

实验时间 ：

1113106班10月11日周五第一大节

1113102班10月11日周五第四大节

实验地点：

研究院1号楼北223

精度检测装置 篇3

汽车尾气排放物,不仅给大气环境造成严重的污染,而且时时危害着人们的身体健康。由此看来,对汽车尾气的处理将显得格外重要[1~3]。国内外已经开展了大量相关研究[4]。武汉洛特福动力技术有限公司研制了一款汽车尾气处理装置(已在柴油机上成功使用)。其中一个核心零件就是计量泵,它的功能是根据实际工况,抽取特制催化剂溶液到一个封闭容器内与汽车尾气产生氧化-还原化学反应,大大降低甚至消除尾气中的有害成分,排出无害的气体。因此,该装置对计量泵的质量和精度要求很高,尤其是对它的流量复现性精度要求更高[5,6],在使用前必须对计量泵进行全面的检测和标定,为此,本文研制了一款新型的计量泵检测装置。经试用,该检测装置较好地实现了厂家预定的功能,在其他计量泵检测方面具有很好的推广价值。

1 计量泵检测原理

被测计量泵是汽车尾气处理装置的核心零部件, 其功能是通过该泵抽起一定的催化剂溶液与汽车排出的尾气发生化学反应,从而达到净化尾气的目的,本检测装置是为了测试该计量泵的流量是否符合设计要求而研制。对计量泵的基本要求是在指定的条件下,泵出液体的速率恒定,因此我们的检测装置就是测定指定时间内泵出液体的质量是否在允许误差范围内。本装置选择蒸馏水作为循环液体,按厂家设计要求,在60秒内泵出蒸馏水的质量应为25克,正负误差0.25克。

计量泵的检测原理如图1所示,水箱-计量泵-天秤之间形成回路,借助计量泵和水泵可以使液体在回路中循环。单向阀的功能是防止液体产生回流,气泵和两通阀是保证一定压力的气体与通过计量泵抽上来的液体混合,计量泵和水泵的启停工作时间由程序系统控制。检测过程中用水代替特制的催化剂溶液,用压缩空气代替汽车尾气,模拟尾气处理装置的工作环境。系统的工作原理是:计量泵从水箱抽出的水经过单向阀后,与一定压力的气体混合,形成气液混合物,进入天平上的容器。液晶显示屏上显示天秤反馈的质量以及检测结果等信息。当天平上容器的液体到达一定质量后,水泵开始工作,将容器中的水抽回水箱。

2 结构设计

为实现上述的检测原理,我们对机械结构方案进行了多次讨论和论证,最终定下了结构部分的详细设计方案,如图2所示。由于对检测环境要求很高,选择洁净工作台作为机架,为了提高检测效率,该装置设计可以同时检测5个计量泵,即五个工位,而且每个工位都可以独立工作,互不干涉。

该装置在机械结构上的难点主要体现在两个方面: 其一是如何保证密封良好的前提下能快速更换被测计量泵;其二就是如何实现计量泵的快速定位和密封。下面分别进行详细说明。

2.1 密封方案设计

本设计的密封方案就是利用计量泵入、出口端的平面作为密封面,如图3所示,借助端面密封圈进行密封。入口和出口密封圈分别由两个气缸带动可以上下运动,以便实现快速密封。具体的密封方案如图4所示, 入口密封接软管与水箱相连,出口密封通过软管和单向阀与天平相连。

2.2 快速定位设计

如何保证被测计量泵的快速更换和定位是实现上面的密封方案的关键,为此设计了三块板,即上密封气缸固定板、定位面板和下密封气缸固定板,如图5所示。三块板都安装在洁净工作台上,并且彼此之间用支撑板连接,装配完后成为一个整体,保证强度和刚度,同时还能提高定位精度。本方案共设计五个工位,每个工位上有四个气缸,即一个下密封气缸、一个上密封气缸以及两个压紧气缸,压紧气缸的功能是当被测计量泵定位后将其压紧,同时给计量泵施加向下的压力,防止下密封气缸工作时将其顶起。

定位的关键是要从机械结构上保证入口密封、出口密封与计量泵的中心线重合。在安装中,以出口密封为基准,对计量泵和入口密封进行调整。为此设计了嵌套式的计量泵定位套,将其嵌入到定位面板上,并且可沿X、Y方向进行少量调整,如图6(a)所示,以保证计量泵的轴心与出口密封的中心重合;下气缸固定在下密封气缸固定板上,而该固定板上在X、Y方向都开有椭圆孔,下密封能沿X、Y方向调整,如图6(b)所示,以保证下密封的中心与计量泵中心线重合。

3 样机制作与测试

3.1 样机制作

装置整体设计完成后,出全套完整的工程图纸,然后按图进行机械加工。整个设备是以洁净工作台为机架,定位、压紧和密封部件都是安装在洁净工作台上。洁净工作台采用精密仪器箱式结构,方便用户使用,同时具有洁净的工作环境,由于洁净工作台属于非标结构,加工误差较大,因此,我们先加工洁净工作台,然后根据工作台的实际尺寸对其他相关部件进行尺寸微调,这样可以保证后期的安装和定位精度。工作台的操作面板以及水箱采用不锈钢板制作,用不锈钢制作,台架采用漆板制作。图7是样机的实物照片。

3.2 样机测试

动作说明:将计量泵放入测试相应位置后,按“启动”按钮,压紧气缸下行,压紧计量泵,上、下密封气缸同时工作,接通出、入口,并密封,这样,水箱-计量泵天平之间形成回路;再按“开始”按钮,计量泵开始抽水,系统计时开始,30秒后系统自动停止抽水,并从天平反馈抽水质量信息。同时所有气缸退位,松开夹紧装置, 人工退出计量泵。当测试结果在规定误差范围内是,显示屏会显示“ok”,同时绿灯亮;测试出不良品时,红灯亮,发出报警声,并在触摸屏上显示不良原因。

经测试,样机水箱清洗方便,检测时对泵的定位和密封可靠。样机在对产品进行测试时,测试人员可根据测试需要自行设定测试频率及相应时间,可测试的工件频率范围为:0~50Hz。在检测出不良产品时,设备报警,同时触模屏上显示出不良原因。测试时,触模屏上应显示出正在进行的动作并在检测结束时显示测试结果,并具有结果存贮与查询功能。

4 结束语

精度检测装置 篇4

2.1 标准量误差

低温液位校准装置通过测量光栅、伺服电机、导轨和滚珠丝杠组成闭环控制系统，实现连接杆的精确定位，所得测量信号被测量光栅读取，因此标准量测量光栅的示值误差11? ( x)及连接杆定位误差12? ( x)成为该校准装置的标准量误差的主要来源。

2.2 阿贝误差

低温液位校准装置的升降机构通过连接杆同时带动测量光栅的指示光栅和电容式液位传感器，测量光栅的标尺光栅粘贴在升降机构的立柱上，因此校准电容式液位传感器时的测量中心线不与基准测量光栅的运动轨迹共线，测量过程中由于连接杆上下移动，从而使连接杆摆动而产生阿贝误差。

3 低温液位校准装置的.精度设计

3.1 等作用原则的初步精度设计

根据上述对低温液位校准装置的误差来源、机械结构及所设计的具体精度要求的分析，对低温液位校准装置的精度进行设计。

3.2 标准量误差设计

标准量误差来源主要是测量光栅的示值误差和瞄准误差。根据选用的测量光栅的测量精度，取测量光栅的示值误差11? ( x)?31.5 10 mm?? ，且可应用高精度的双频激光干涉仪对测量光栅进行校准。测量过程通过连接杆移动实现，则连接杆定位误差12? ( x)可控制在21.0 10 mm?? 。因此，标准量的误差较小，可以将其精度要求适量提高。

3.3 阿贝误差设计

低温液位校准装置的升降机构通过连接杆同时带动测量光栅的指示光栅和电容式液位传感器，测量光栅的标尺光栅安装在升降机构的立柱上，因此校准电容式液位传感器时的测量中心线与基准测量光栅的运动轨迹不共线，测量过程中由于连接杆上下移动时发生摆动而产生阿贝误差。

4 结 论

本文对应用于航天运载器的低温液位校准装置进行了设计，在低温环境下对所常用的电容式液位传感器进行校准;详细分析了该校准装置的主要误差来源，重点考虑了阿贝误差、环境温度误差的影响，同时对校准装置的主要误差源进行了误差分配和精度设计。结合实际测量条件，经计算可得出该低温液位校准装置的精度能达到 0.3‰，满足提出的设计要求，为进一步研究应用于航天运载器的低温液位校准技术提供了依据。

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一种高精度测温装置的设计 篇5

在工业生产和日常生活中,温度是需要测量和控制的重要参数之一,物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关,许多生产过程都是在一定的温度范围内进行的,需要测量和控制温度,因此温度测量的场合极其广泛。热电阻是工程上应用广泛的温度传感器,使用最多的铂热电阻温度传感器零摄氏度标称中阻值为100Ω和10Ω,电阻变化系数为0.003851。铂热电阻温度传感器精度高、稳定性好,应用温度范围广,是中低温区最常用的一种温度传感器,不仅广泛用于工业测温,而且被制成各种标准温度计供计量和校准使用。

该装置结合单片机和传感器技术,采用AD517及ADS1110芯片和EL-700铂热电阻设计了一种具有无线发射与接收模块的高精度测温装置。该装置既可以单机工作,利用单片机来实现信号检测、处理及显示。又可以利用无线收发模块实现系统与计算机的无线通信,利用计算机实现数据的分析、处理及打印。该测温系统设计简单,具有较高测温分辨率及友好的人机界面,试验数据表明,系统具有较高的测量精度。

1 硬件设计

1.1 热电阻的测温电路

热电阻的测温电路如图1所示,该电路由毫安级恒流源产生电路、差分运算电路和AD517芯片组成。该电路采用两个完全相同的毫安级恒流源分别给热电阻RT和标准参考电阻Rf供电。在恒流源电路中,VD1和VD2为带温度补偿的稳压二极管,四个PNP型的三极管T1、T2、T3和T4组成了两个PNP型复合管,其目的是为了提高放大器的增益,减小误差,以便提高恒流源的稳定度。恒流源与RT和Rf(Rf取为Rf=100Ω)与地组成的电路产生的电压作为差分运算电路的输入信号,根据电路的组成,可以得到差分运算电路的输出电压是与热电阻的阻值成正比的,通过选择合适的元器件参数把该装置的测温范围设置为0~120℃。该测温电路的AD517芯片为高精度、低温漂的单片集成运算放大器,ADS1110是业界最小封装的6位△-∑型及输入电压范围为0~2.048V的模数转换芯片。测温电路中AD517的作用是将差分运算电路的输出电压调整到一个合适的范围,以方便后面的ADS1110进行模数转换。图中R9:和R10为比例放大电阻,RP为集成运放AD517的调零电阻,典型值为20kΩ。经过放大电路调整后的输出电压典型值为Uo,即可作为ADS1110输入电压,经过A/D转换成数字信号之后送入单片机中进行处理。

1.2 总体设计

此基于EL-700铂热电阻传感器的高精度测温装置既可以单机工作,又可以通过无线收发模块实现与计算机之间的无线数据传输,把采集到的温度信号送到计算机中进行分析、处理及打印,从而实现数据的远距离传输与处理。测温装置主要由温度信号的检测与采集电路、LED显示、按键控制、电源、报警及复位、无线发射与接收等功能模块组成,每一个电路模块完成一定的功能,测温装置的硬件总体组成框图如图2所示。

电源模块为整个装置提供电源,在单机工作模式下,利用EL-700铂热电阻温度传感器来检测被测物体的温度信息,传感器的输出信号由测温电路模块进行处理及放大之后经模数转换器ADS1110转换为数字信号送入单片机中,由软件编程来实现温度的显示及控制功能;LED数码管显示模块用来显示相应的温度数值及温标信息;通过按键控制模块及相应的程序可以实现装置的工作模式选择、摄氏温度与华氏温度显示选择等功能。

2 系统的软件设计

软件是整个系统的灵魂,它是系统算法和功能实现的关键,整个测温系统是在程序控制下进行工作的,本系统的软件设计中我们选择以单片机C51语言为主,以汇编语言为辅,采用模块化的设计思想,将该部分设计划分为相应的程序模块,增强了程序的可移植性。整个软件系统主要有单片机主程序、键盘控制子程序、开机自检子程序、温度检测及显示子程序、中断子程序等。单片机主程序流程图如图3所示。

系统上电后单片机首先进行系统初始化,之后程序执行相应的自检子程序,检测测温系统是否有故障。系统默认进入的单机工作模式,在单机工作模式下,可以根据功能按键选择不同的功能,通过系统调用相应的功能按键处理子程序来完成应的功能,并在LED数码管上显示相应的温度信息,具有非常好的人性化特点;在无线工作模式下,此时系统作为一个下位机,可以和远程计算机进行无线通信,实现数据的远距离传输,利用计算机强大的信息处理功能,把下位机传送过来的数据进行分析和处理。

3 试验结果及分析

试验数据通过对普通热水器加热中的水温进行测量取得,测量中采用实验用高精密数字测温仪的示值温度作为被测物体温度检测点的温度真实值,本测温装置测得的温度信息经过电路的转换及单片机的处理后,测得的温度信息在LED数码管上的显示值如表1所示。从表中的数据可以看出,本系统LED显示值和真实值很接近;试验过程中,由于测量环境及其它因素的影响,使得系统的测量值在真实值上下波动,但温度的实际相对误差始终保持在1%以内,从而证明了本测温装置完全能够满足实际的测量要求。

4 结论

文中以单片机为测温装置的控制及数据处理核心,设计了基于铂热电阻的高精度测温装置,具有两种工作模式;采用两个完全相同的毫安级恒流源分别给热电阻和参考电阻供电,利用高精度的模数转换芯片ADS1110完成温度信息的采集及A/D转换,从提高了装置的测量精度;通过单片机的软件编程完成线性化算法及进行数据处理运算,并结合功能按键来实现系统的不同功能。试验数据的结果表明,此测温装置具有较高的测量精度,具有非常广泛的实际用途。

参考文献

[1]方彦军,等.一种新型热电偶温度测量装置的设计[J].传感器技术,2005(11):47-49.

[2]蔡彬彬,等.基于铂热电阻PT100的USB测温仪的设计[J].微计算机信息,2008.24(4):186-188.

[3]李龙,等.一种实用铂热电阻测温电路[J].中国测试技术,2008.3(2):142-144.

高精度自动含气量测量装置设计 篇6

关键词：高精度,单片机,A/D转换,含气量

0引言

当今能源问题关系到经济的发展和社会的稳定,不断增长的世界能源需求和现有资源的消减引起的供求差距越来越大,传统能源对环境的破坏比较严重,新型替代能源的选择就显得越来越重要。非常规天燃气可谓是新一代的“清洁能源”,而且其含量巨大,是常规天然气的2.2倍[1,2],因此非常规天然气成为新一代环保、高效的优质替代能源。虽然非常规天燃气有着众多的优点,但是其开采难度大,开采的投入产出比难以估算,因此对非常规天然气开采价值的研究尤为重要[3]。本文根据美国矿务局的USBM直接法[4],按照GB/T 212-2001的试验要求设计了高精度自动含气量测量装置。本装置不采用排水集气阀而选用微型气体流量计[5],这样可以避免收集到的气体过于潮湿或者部分气体溶于水中带来的误差。

1测量装置的总体设计

测量装置结构示意图如图1所示,其主要反映了测量装置的机械部分。让解吸罐中的自然解吸气通过进气口流过微型气体流量计后由排气口收集。微型气体流量计采集解吸气流量的模拟信号后,并将这些模拟信号通过某种通信方式[6]送入MCP3202转换为数字信号,并将这些数字信号经单片机送入片外RAM存储器。单片机同时还对该数字信号进行计算和分析,最终将分析好的结果送入响应的PC机中。

2数据的转换、存储、处理及显示

A/D转换采用12位串行A/D转换芯片MCP3202,A/D转换芯片的引脚连线如图2所示。此芯片可满足对气体流量信号采集精度和采样速度的要求。

STC12C5410AD单片机具有加密性强、超强抗干扰、单片机时钟电路对外部电磁辐射低、超低功耗等优点,同时还具有串行口编程的功能,这样就可以用一根串行口到USB的数据线实现对单片机的程序下载,同样通过这根线把由单片机所采集并存储的数据读入PC机。该单片机具有512 B的内部RAM,但要采集1 200个点,A/D转换芯片是12位的,因此一个点的数据存储就需要4 B,所需RAM空间要远远大于单片机的内部RAM空间,所以扩展了32 kB的外部RAM空间用于数据存储,采用11.059 2 MHz的晶体振荡器,便于与PC机进行9 600 b/s的串行通信。其最终结果通过RS232传输到PC机中,利用PC机显示最终的结果。本实验装置的单片机控制电路如图3所示。

3测量装置的测量过程

测量装置的基本工作过程为:将解吸罐的出气口接在装置的进气口,从装置的出气口收集气体。当实验开始时,电磁阀处于常开状态,装置每秒采集20个点,每分钟累加一次,将累加后的结果存储,并根据累加结果判断电磁阀的开闭状态和时间间隔。当累加值过小时,电磁阀的时间间隔为固定值,再持续一段时间的采集。在采集过程中,单片机对存储结果进行计算、分析,最终将处理后的结果送到PC机显示。

4实验数据典型样本

为了能使装置准确地测定实验过程中在自然解吸状态下的气体流量,首先在实验室中利用已知的气体流量对实验装置进行校准实验。在控制间隔和开阀时间的情况下进行样本采集,当气体流量太小时,每次的控制间隔量就实时增加,而开阀的时间就相应减少。图4为一次实验中计算机记录的累积流量曲线。图5为一次实验中玻璃管记录的累积流量曲线。

对比两次实验结果可以发现:计算机记录的曲线光滑,符合自然规律;人工记录的曲线粗糙,规律混乱。由于实际实验过程要处于自然解吸状态中,不能有憋气的状况,而当气体流量太小但又没有达到实验终止时,憋气情况肯定是存在的,因此需通过大量的实验来确定最佳的装置参数。

5结论

本装置结构简单,操作方便,可以实现自动化、高精度测量的要求;其通用性较强,适当修改后可以实现对其他流体的数据采集;有很强的存储容量,可以在整个实验过程中将所有结果存储起来,等实验结束后再处理后的实验数据传入PC机中,也可在实验过程中实施实时传输;避免了常用的排水集气法,即避免了对采集到的气体流量的干扰,从而实现了高精度测量。

参考文献

[1]陈会年,张卫东,麟元,等.世界非常规天然气的储量及开采现状[J].断块油气田,2010,17(4):439-442.

[2]雷群,王红岩,赵群,等.国内外非常规油气资源勘探开发现状及建议[J].天然气工业,2008,28(12):7-10.

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精度检测装置 篇7

本文基于ARM和Linux系统，设计了运用CORS系统的高精度北斗车载定位装置。该装置采用Linux下串口通信、TCP/IP协议、NTRIP协议等技术进行相应的数据通信与处理，保证了定位数据的准确性。同时，对差分定位后的数据进行扩展卡尔曼滤波处理，进一步提高定位精度。通过实际道路测试验证，其定位精度有了较大提升，具有较好的应用前景。

1 装置总体结构和设计

设计方案从三个方面论述:硬件的搭建、算法的改进和软件的编写。

硬件:硬件主要包括控制处理模块、通信模块和定位模块。

软件:以Linux系统作为软件平台，在此平台上编写串口通信程序、基于NTRIP协议的认证传输程序以及改进的卡尔曼滤波算法程序。

装置及整个系统框图如图1所示。

2 嵌入式系统硬件

2.1 S3C2440微控制器

采用S3C2440微控制器，具有16 KB指令高速缓存和16 KB数据高速缓存。其主频在1.3 V下高达400 MHz，数据处理能力很强。它能为嵌入式应用提供高性能、低功耗、低价格的小型微控制器解决方案[8]。

2.2 北斗差分定位模块

采用泰斗微电子公司生产的一款支持BD2 B1频点的差分导航定位模块，型号为D303。模块设计有两组UART串口，波特率范围为4 800～115 200bps，数据格式为:起始位1位、数据位8位、停止位1位、无校验位。该模块接收RTCM3.0协议格式的数据，差分定位精度在静止状态下和运动状态下分别为1 m和3 m。

2.3 3G无线网卡

采用华为公司生产的一款基于电信CDMA2000网络的3G无线上网卡，型号为EC122。该无线网卡带标准USB2.0接口，支持Windows和Linux操作系统，支持电信CDMA2000 1X和CDMA2000 1X EV-DO 3G标准，支持T-flash存储卡。

3 扩展卡尔曼滤波原理及算法

由于车载北斗信号容易受到遮挡、干扰等影响，有时会存在较大的系统噪声和测量噪声，会引起北斗的定位精度存在较大差异[9]。针对传统卡尔曼滤波算法，提出一种利用扩展卡尔曼滤波对北斗定位数据进行处理的方法。通过编写Linux下算法应用程序，结合实际北斗数据进行处理计算。

3.1 卡尔曼滤波理论

离散化的卡尔曼滤波系统的状态方程和观测方程可表示为

式中:Xk是系统的n维状态序列;Zk是系统的m维观测序列;Wk-1是p维系统过程噪声序列;Vk是m维观测噪声序列;Φk,k-1是系统n×n维状态转移矩阵;Γk,k-1是n×p维噪声输入序列;Hk是m×n维观测矩阵。

状态一步预测:

状态估计:

滤波增益矩阵:

一步预测误差方差矩阵:

估计误差方差矩阵:

3.2 系统模型

3.2.1 状态方程的建立

设采样周期为T，离散化的状态方程为

式中:

3.2.2 观测方程的建立

离散化的观测方程为

式(10)中:

由上可知，观测方程是非线性的，采用扩展卡尔曼滤波进行线性化，将在预测值处泰勒级数展开，得

根据扩展卡尔曼滤波地推方程和建立的状态方程，得到系统的地推滤波方程如下。

4 嵌入式系统软件设计

整个装置系统的软件分为底层和应用层、底层主要包括U-Boot、Linux内核和驱动程序;应用层则包括串口通信程序、与江苏省全球导航卫星连续运行参考站综合服务系统(JSCORS)服务器连接的NTRIP协议与TCP/IP协议程序、与平台连接的数据处理程序以及TCP/IP协议程序。应用程序通过驱动程序提供的接口来调用内核空间的数据。

在底层，需要完成USB驱动、串口驱动;在应用层，需要通过读写串口接收和传输GGA数据，并将数据通过TCP/IP协议和NTRIP协议发送至JS-CORS服务器。同时，还要将JSCORS服务器发送的RTCM3.0格式数据，发送给差分定位模块解析出位置信息。系统总体软件结构图如图2所示。

4.1 Linux下串口通信程序设计

ARM和差分定位模块的串口传输选用“dev/ttyS1”，在上层用户空间中直接编写应用程序，设置串口波特率为9 600 bit/s,8 bit数据传输，无奇偶校验位。串口通信主要传输三种格式的数据，分别是:GGA格式数据、RMC格式数据和RTCM3.0格式数据。具体流程如图3。

4.2 连接JSCORS系统服务器程序设计

与JSCORS服务器进行连接通信，主要是建立在TCP/IP以及NTRIP协议基础上。TCP/IP协议主要用于连接JSCORS服务器;NTRIP协议是一种用来在Internet上传输RTCM数据的应用层协议，主要用于认证用户信息和传输差分数据[10]。连接JSCORS系统服务器程序流程图如图4所示。

4.2.1 建立TCP连接

在与JSCORS服务器进行基于NTRIP协议认证之前，需要进行TCP连接。连接JSCORS系统的IP和端口分别为58.213.159.132和48665。通过建立TCP socket套接字和配置socket[11]，其中socket函数返回整型套接口描述符sockfd;通过connect函数建立TCP连接;通过send函数发送基于NTRIP协议的用户认证信息;通过recv函数接收基于NTRIP协议的JSCORS服务器返回的信息。

4.2.2 基于NTRIP协议的用户认证与数据传输

NTRIP协议中严格定义了各组成部分间的通信流程和信息格式。通信流程主要分为以下4步。

(1)用空格代替挂载点，向服务器端发送请求信息。

(2)服务器端对接收到的请求信息进行认证。

(3)客户端在得到服务器端返回的源表信息后，选择合适挂载点，再次向服务器端发送请求。

(4)服务器端接收到请求信息后，再次对请求信息进行认证，若通过认证则向客户端返回确认信息(ICY 200 OK)，接着返回用户请求的RTCM3.0格式数据。

4.3 扩展卡尔曼滤波算法程序设计

ARM实时将差分定位数据保存为文件，由扩展卡尔曼滤波算法程序读取文件中对应的时间、经度、纬度、速度、方向角等信息。采样频率为2 Hz。将提取出的数据按照第三节中算法进行处理。算法程序流程图如图5所示。

5 实际测试结果与分析

通过串口线以及3G无线上网卡分别与差分定位模块和开发板连接，启动差分定位模块，输入IP以及端口号等信息，整个系统开始运行。

实验地点选取在有较多树木遮挡的一环形路段，初始位置为东经118°72.728 1'、北纬32°21.103 3'。实际实验地点如图6所示。

为了方便对数据进行观察，取后4位数值进行分析处理。将差分装置直接输出的数据和经过扩展卡尔曼滤波处理后的数据通过MATLAB处理后的轨迹如图7所示。

如图所示，红色轨迹为滤波之后的轨迹，轨迹更接近实际道路行驶的轨迹。由于起始路段存在较多的树木遮挡，车辆定位数据较差，滤波后轨迹比较平滑，滤波效果较好。

为了测量所设计北斗车载差分定位装置的定位精度，选取专业级高精度GNSS接收机“S86”作为对比设备，此接收机支持北斗、GPS、GLONASS等系统，定位精度达到厘米级。

将所设计的定位装置天线和S86天线放置在车顶，设置输出频率为1 Hz，选择3个路段进行实际测试，分别以10 km/h,30 km/h和50 km/h的速度在同个路段进行测试。测试结果如表1所示。

从表1可以分析出，由于路段3较为空旷，定位精度稍高于其他路段;各个速度下的不同路段，定位精度相差不大;速度小于30 km/h时，所设计的车载定位装置的定位精度与定位模块的技术参数指标相比，具有一致性。

6 结论

本文结合CORS系统，设计了基于ARM和Linux的高精度北斗车载差分定位装置。重点阐述了Linux下串口通信以及基于TCP/IP协议和NT-RIP协议的系统平台连接和数据通信。同时，采用扩展卡尔曼滤波算法程序对数据进行后处理，进一步对轨迹进行优化。通过实际道路测试，整个车载定位装置精度有了很大提升，在交通运输等领域具有一定的实际工程应用价值。

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精度检测装置 篇8

我国华北、华东等区域电网都已步入装机、负荷双过亿的特大电网时代。尊重电网的物理规律，从系统全局角度对电力系统进行监测、控制和规划是特大电网发展的必然趋势。广域测量系统WAMS(Wide Area Measurement System)正是顺应这一趋势而诞生的电网动态过程监测分析系统。

我国自90年代中期开始进行WAMS的研究，目前WAMS的应用和研究已达到世界先进水平。以华北电网为例，到2008年6月份，接入华北网调WAMS主站的PMU子站达71个，覆盖了500 kV主网架大部分厂站和部分220 kV发电厂，上传遥测量达到16 000多个，大大提高了电力系统动态过程的可观测性。

作为互联电力系统动态过程监测分析的重要手段，WAMS在规模不断扩大的同时，其高级应用功能也日益得到重视[1,2,3,4,5,6,7]。WAMS系统的分析控制等高级应用功能高度依赖于相量测量装置PMU(phasor measurement unit)的动态数据质量。关于PMU的动态性能测试可分为实验室测试[8]和现场测试。迄今为止，各厂家的PMU产品只是在实验室内进行过离线检验，而在实际运行环境中的精度并没有严格地经过检验。而PMU的动态测量性能是其区别于传统SCADA的最重要特征之一，因为许多现场环境中的实际信号难以在实验室中复现，因此有必要在WAMS主站开发相量测量算法，对PMU自身记录的采样数据(暂态录波数据)进行分析计算，计算结果与同时段该PMU上传的动态数据进行比较，从而判断PMU动态数据质量的好坏。

本文以华北电网WAMS系统的实测数据为例，论证了PMU动态性能在线监测的必要性与可行性。

1 PMU动态性能监测指标

在线PMU测试中主要应找出PMU在以下方面存在的动态特性问题：

(1）滤波延迟差异引起的计时不一致

PMU的相量计算实际上是包含平均处理过程，该过程包含或等值于一个滤波器。该滤波器带宽过大导致引入过多的不感兴趣频段的信号，带宽过窄将导致信号延迟并使曲线被不合理平滑，丧失快速变化信息。

(2）频率的非正常突变

电力系统作为一个惯性系统，其频率是不能突变的。现有采用电气量测量频率的方法往往在暂态过程中测量结果会出现突变，从而影响动态过程监测分析的可信性。

(3）频率偏移引起的栅栏效应和泄漏误差

非同步采样时，离散傅立叶变换结果存在栅栏效应(grid effect)和泄漏(leakage)误差，这部分误差会造成相量计算结果存在固定偏差和虚假振荡。

(4）采样定理得不到满足而引起的混叠误差

目前我国PMU厂家所生产的PMU产品采样频率基本分为4 800 Hz和10 000 Hz两种。实际电力系统信号中往往包含高于采样频率一半的分量，例如HVDC控制系统引起的高频分量等，这些高频分量会对离散傅立叶变换的计算结果产生混叠效应(aliasing effect)。一般情况下，电力系统中高频分量的含量很小，混叠效应引起的误差不会太大。

(5）数据延迟比较

带有正确时标的PMU相量可能由于子站或通信系统的延迟，在不同的时刻到达主站，这将影响后续的分析计算，并进一步影响控制效果，因此有必要比较子站PMU在结果输出上的延迟。

(6)GPS同步错误

GPS同步错误来自于GPS故障，时标与量测时间匹配错误等原因。

2 PMU动态性能监测分析方法

目前，我国几大PMU生产厂家生产的PMU均具有暂态数据录波功能。暂态录波数据是子站装置按照其采样间隔记录采集的通道瞬时值，录波数据采样频率分4 800 Hz(即每周波96点)和10 000 Hz(即每周波200点)两种。录波数据本身的精度取决于A/D转换的精度，目前接入华北电网WAMS的相量测量装置的A/D转换分辨率一般为16位，完全可以满足重现现场真实信号和相量计算的要求。

在调度中心WAMS主站对PMU的暂态录波数据进行计算分析，分析结果与同时段PMU上传的相量测量结果进行比较，可以找出PMU测量结果不合理的地方。

由于各PMU厂家的具体相量测量算法属于商业机密，同时为了避免投资浪费，一个厂站只能安装一套PMU装置，因此，不可能对不同PMU实现同信号(现场信号)的比较测试。在线PMU测试主要应通过比较不同的PMU量测结果与主站计算结果的差异，寻找数据中的矛盾或异常，在此基础上，对出现的矛盾或异常加以解释，从而达到评价各PMU动态性能的目的。

3 实际算例分析

本部分算例均基于华北电网广域测量系统所记录的实际电压数据。

在华北电网调度中心WAMS主站对A电厂和B电厂的PMU子站进行扰动触发后，将同一时段的暂态录波数据和动态数据召唤到主站。在主站对电压录波数据进行计算分析后与子站上传的电压相量动态数据进行对比分析。

为避免滤波延迟，主站对录波数据没有进行滤波，对录波数据的分析处理直接采用文献[7,8,9]的算法。

3.1 频率测量对比

图1给出了A电厂的频率分析结果。图中两条曲线分别为基于2008年3月26日17:27:39的录波数据在主站的频率计算结果和子站PMU上传的同时段频率动态数据。图2给出了这两条曲线之间的差别。图1和图2中纵坐标为Hz。

由图1和图2可以看出，在WAMS主站基于A电厂的录波数据计算得到的A电厂频率与同一时间段该厂PMU装置上传到主站的频率有一定差别，二者的差别在0.004 Hz左右。

图3给出了B电厂的频率分析结果。图中两条曲线分别为基于2008年3月26日17:27:28的录波数据在主站的计算结果和子站PMU上传的同时段结果。图4给出了这两条曲线之间的差别。

由图3和图4可以看出，在WAMS主站基于B电厂的录波数据计算得到的B电厂频率与同一时间段该厂PMU装置上传到主站的频率基本一致，二者的差别在0.002 Hz以内。

为比较A厂PMU装置和B厂PMU装置的动态性能，图5给出了同一时间段内，B电厂和A电厂的频率分析结果。由于本时段电网基本处于稳态运行，因此电网各节点频率应基本一致。由图5可以看出，B电厂的主站计算频率和子站上传频率以及A电厂的主站计算频率基本一致，而A电厂的PMU上传频率与其他三条曲线差异较明显。

3.2 幅值测量对比

图6给出了基于A厂PMU录波数据的主站幅值计算结果和子站上传的A电厂幅值结果。图中纵坐标为500 kV线路相电压的有效值，单位为伏特。

图7给出了这两条曲线之间的相对差别(以线电压500 k V为基准，对应的基准相电压为500/1.732=288.675 kV)。

由图6和图7可以看出，基于A厂PMU真实录波数据的幅值计算结果与A厂PMU子站上传的同时段幅值结果基本一致，二者的误差在1‰以内。

图8给出了基于B电厂PMU录波数据的主站幅值计算结果和子站上传的B电厂幅值结果之间的相对差别。由图8可以看出，基于B厂PMU真实录波数据的幅值计算结果与B厂PMU子站上传的同时段幅值结果存在固定差别，其相对差别在5‰以上。

3.3 角度测量对比

图9给出了主站基于A厂PMU录波数据的电压角度计算结果和该厂PMU装置上传的A电厂电压角度。图中纵坐标为弧度。

由图9可以看出，基于真实录波数据的幅值计算结果与子站上传的同时段角度结果之间的差别在0.011弧度(对应角度为0.7˚)左右。

图10给出了主站基于B电厂PMU录波数据的电压角度计算结果和B电厂PMU装置上传的同时段电压角度之间的差别(弧度)。

由图10可以看出，基于B电厂PMU真实录波数据的角度计算结果与子站上传的同时段角度结果之间差别较大，达到了0.0255弧度(对应角度为1.4˚)左右。

3.4 算例分析

当原始信号频率偏离额定频率(50 Hz)的数值在0.1 Hz以内时，A厂和B厂PMU静态测量误差指标都为：电压(电流)幅值<0.1%;频率误差<0.001 Hz;角度误差<0.1°。

主站算法的测量精度[9]：原始信号频率偏离额定值(50 Hz)小于0.5 Hz的情况下，频率测量误差小于0.000 02 Hz，幅值测量误差小于0.01%，角度测量误差小于0.000 3°。在0.5%的白噪声干扰下，主站算法的测量精度为：频率测量误差小于0.001 Hz，幅值测量误差小于0.015%，角度测量误差小于0.015°。

由以上算例可以看出，PMU子站的相量计算结果与主站根据同时段PMU录波数据的计算结果之间存在一定差别：A厂PMU装置的频率测量精度略差于B厂PMU装置，但其幅值和角度测量精度要略好于B厂PMU装置。

根据分析结果可知，由于现场存在干扰，无论是A厂还是B厂的PMU装置的测量性能都达不到其出厂精度。以上仅为根据不同PMU装置量测结果之间的差异进行的定性分析，但已充分说明有必要制订相关标准和分析手段对各厂站的PMU在线测量精度进行分析比较。

本算例只针对PMU的相量测量精度进行了分析，对滤波延迟、GPS故障等没有进行分析，这部分工作有待于进一步开发新的算法进行综合考虑。

4 结语

基础数据是调度自动化专业最重要的资源。自动化系统的数据处理、信息共享和高级应用功能的实现在很大程度上依赖于基础数据的准确性与可靠性。随着调度决策对自动化系统的依赖程度不断加深，基础数据的好坏直接影响电网的安全稳定运行。

相量测量装置(PMU)及其基础之上的广域测量系统为电力系统各领域中的新应用功能的研究提供了技术上的新思路和新手段,随着其应用理论体系的成熟完善以及在电力系统中的推广应用,将会把现有电力系统动态分析与监控技术全面提升到一个新的水平。在开发基于PMU动态数据的高级应用功能的同时，应高度重视PMU基础数据的质量问题，制订相关标准，实现PMU量测性能在线评估，为高级应用功能的开发完善打好基础。

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浅析齿轮精度检测 篇9

随着现代工业的发展和进步, 对机械传动中的重要零部件齿轮的精度要求也越来越高。齿轮质量以能够传递大的载荷、运转平稳、噪音低和寿命长为准则, 其制造精度非常关键。要求在加工过程中, 遵照相关标准和用高精度的测量设备对所生产的齿轮进行准确、可靠的工艺分析和质量评定。为此, 不仅在齿轮的最后验收, 而且在加工过程中都需要提供各种相应测试仪器对其进行精确检测, 以确保齿轮的各项精度达到技术要求。

2 对机械传动中齿轮的使用要求

齿轮传动在机械传动中应用范围广泛, 无论在航空航天、仪器仪表, 还是在汽车、机床和重型机械等领域, 齿轮传动都起着至关重要的作用, 对它在使用过程中的要求方要有如下几个方面:

(1) 可靠而准确的运动传递过程, 即有良好的运动精度。在齿轮传递运动过程中, 由于加工和安装误差引起的几何偏心和运动偏心而产生的实际转角误差应控制在一定的范围内, 才能保证齿轮传递运动的可靠和准确。例如一些精密设备中读数或分度系统中的齿轮, 要求有精确的传递过程以保证系统的准确性。

(2) 良好的接触精度。要求齿轮在传递运动过程中, 两啮合齿轮齿面间的接触性要好, 工作齿面沿齿高和齿宽方向上有足够大的接触斑点, 避免因接触面积小引起受力集中而造成齿面损坏, 影响齿轮的耐用度。其影响的主要因素是机床、刀具及工件之间的相对位置偏差造成的, 主要有齿廓偏差和螺旋线误差。比如载荷大、转速低的起重运输机械此项要求是极为重要的。

(3) 稳定的载荷传递。即要求齿轮在传动过程中安静平稳, 避免有瞬时和反复多次的传动比变化而产生的噪声和颤动。其主要的影响因素是相邻齿的齿距偏差和齿轮的齿廓偏差, 汽车变速箱和机床齿轮箱中的齿轮此项要求是主要的。

(4) 有一定的传动间隙。根据齿轮传动的特点, 要求两齿轮在传递运动的过程中非接触齿面之间要留有一定的空间, 以有利于润滑液冷却、润滑和储存, 并可以补偿因受力后产生的弹性变形及其他构件的系统误差对齿轮传动精度所产生的影响。主要的影响因素是齿厚偏差及其变动量。对于有一些特殊传动的齿轮不仅要求有准确而稳定的运动传递过程, 还要具有良好的接触精度等使用要求。

3 对齿轮测量设备和相关技术的要求

为保证齿轮的加工精度, 正确的检测手段和选择合适的测量仪器是非常关键的。

(1) 用具有测量单项误差功能的测量仪器在车间或生产现场来控制齿轮加工过程中精度, 其中最主要的是对渐开线齿廓和螺旋线两个单项的测量。

(2) 用综合测量的方法检验成品齿轮的加工精度。

(3) 用具有计算机自动控制系统或电子记录系统功能的检测设备来进行批量较大的齿轮检测, 以保证有较高的工作效率。

(4) 根据齿轮的用途和精度要求的不同, 既有在生产现场使用的中、低档测量仪器, 也需要有在精测室里使用的高档测量仪器。

(5) 如对测量结果需要评值, 要配置自动记录系统或计算机数据处理系统。

(6) 由于有的厂家采用国外技术生产齿轮, 因此, 除有国家标准外, 还有要求用国外标准来进行测量结果评值的。

4 有关齿轮精度标准简介

齿轮精度标准是齿轮所有标准中的基础标准, 也是强制性的标准。我国1960年以前直接应用前苏联TOCT1643-46标准, 后采用原第一机械工业部制定和颁布的JB179-60标准, 在1970年代末颁布了JB179-81和JB179-83机械工业部标准, 在1998年国家技术监督局颁布了GB10095-88《渐开线圆柱齿轮精度》国家标准, 修订后等同于ISO1328国际标准。

5 常用的齿轮精度测量仪器

根据齿轮生产企业的经济实力、生产规模、技术水平和使用范围不同, 常用的仪器大致可分为以下几种类型。

(1) 第一类仪器大多是结构简单, 价格便宜, 手动操作, 人工读数, 故障率低, 占地面积小, 易于实际操作, 特别适用于批量小、精度要求不高的生产现场专项测量使用。比较典型的仪器主要有: (a) 齿轮双面啮合综合检查仪, 它主要用来测量圆柱齿轮和蜗轮副的径向综合总偏差和一齿径向综合偏差, 也可以用来测量两轴夹角为90°的圆锥齿轮分度圆锥顶点的偏移量。 (b) 单盘渐开线检查仪, 对于测量不同基圆直径的齿轮, 需备有相应直径的基圆盘, 用于测量具有较高精度圆柱齿轮的渐开线齿廓偏差。 (c) 齿轮径向跳动检查仪, 用于检测圆柱或圆锥齿轮的径向跳动误差。它们的共同特点是操作简单, 经济适用, 对使用环境要求不高, 广泛地应用于机床、汽车和拖拉机等企业齿轮生产的现场和检查站。

(2) 第二类属于中档仪器, 它们的结构相对较为复杂, 主要测量一个或少数几个误差项目, 主要采用机械展成式测量原理, 配有电子测量记录系统或计算机系统用以控制测量并处理测量结果。常见的有基圆调节式齿廓螺旋线测量仪, 它采用独特的基圆分级式机械展成原理, 用光学分度装置来进行螺旋角调整定位和基圆半径的分级调整, 计算机进行误差数据处理和评值。再有一种万能型齿轮测量机, 此类型是一种多功能仪器, 被测工件在一次装夹中由计算机控制自动完成测量过程, 可测几项主要参数, 如齿廓、螺旋线、齿距偏差, 也可测某些齿轮加工刀具如插齿刀、剃齿刀的相关误差。此类仪器有较高的测量精度, 示值稳定, 自动化程度较高, 应用广泛, 是齿轮加工企业检查站、精测计量室常见的检测设备。

(3) 齿轮测量中心系列, 这是当今国内外具有代表性的高端齿轮测量仪器。特点是被测工件在一次装夹过程中微机控制全自动完成测量循环, 主要可测量内、外直齿或斜齿圆柱齿轮, 直齿、斜齿或弧齿锥齿轮, 齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀和径向剃齿刀, 蜗轮蜗杆、花键及齿条等工件的多项主要检测项目, 并可按相应标准自动评定精度等级。还可对某些有特殊要求的齿轮进行评定, 如齿廓K型图、齿廓凸度和螺旋线轮齿鼓度等。速度快, 精度高, 测量项目全, 自动化程度高, 应用范围广泛。

6 结语

齿轮的检测技术随着制造技术的发展在不断地提高, 齿轮的加工精度则必需严格符合相关标准中的规定, 齿轮精度检测与齿轮精度标准二者是相互依存并相互促进的, 随着齿轮性能的不断提高及设计和制造技术的发展, 齿轮的精度标准和检测技术也会得到不断地完善和进步。

摘要：齿轮是机械传动中的重要零部件, 制造精度要求高。文中重点介绍了齿轮使用中的相关要求, 以及齿轮制造中的检测要求, 并对常用的齿轮精度测量设备进行了分类介绍。