檢測系統(tǒng)的測試誤差及對(duì)儀器設(shè)備的要求
儀器設(shè)備的要求(1)
徐勵(lì)華(西安微電機(jī)研究所)專題講座
控制電機(jī)中的信號(hào)電機(jī)是精密檢測和自動(dòng)控制系統(tǒng)的傳感元件．其本身的精度要求較高，為了滿足高精度的要求，對(duì)檢測它的儀器、設(shè)備、線路、工裝以至測試方法、安裝調(diào)試均有嚴(yán)格要求。但也有些產(chǎn)品和用戶對(duì)產(chǎn)品精度要求并不太高．如果都應(yīng)用高、精、尖的設(shè)備來檢測是很不經(jīng)濟(jì)的。為此，對(duì)不同要求的電機(jī),應(yīng)對(duì)其檢測系統(tǒng)的各種誤差進(jìn)行詳細(xì)分析和計(jì)算．正確合理地選擇儀器設(shè)備工裝線路和采取相應(yīng)的措施。
本文按各類電機(jī)(感應(yīng)同步器，自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器，測速發(fā)電機(jī)等)分別進(jìn)行闡述。
1 感應(yīng)同步器檢測系統(tǒng)測試誤差分析
感應(yīng)同步器在信號(hào)電機(jī)中是精度極高的位置傳感元件，它將線(角)位移變成電信號(hào)，前者為直線式感應(yīng)同步器，后者為旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器．其本身的精度足以與計(jì)量基準(zhǔn)相比擬，例如直線式滑尺達(dá)1．61μm(即士0．8μm)、定尺達(dá)3μm(即土1．5μm)、旋轉(zhuǎn)式達(dá)2”(即士1”)．要檢測這樣高精度的產(chǎn)品，國內(nèi)外有很多種方法，工廠批量大的要求自動(dòng)化程度高，可采用對(duì)比法。計(jì)量部門要求檢測準(zhǔn)確度高．對(duì)直線式采用激光比長儀進(jìn)行比較．對(duì)旋轉(zhuǎn)式采用全組合法來消除儀器本身的誤差�，F(xiàn)從滿足國標(biāo)要求出發(fā)．對(duì)其檢測系統(tǒng)的各部分誤差進(jìn)行分析計(jì)算。
旋轉(zhuǎn)式、直線式感應(yīng)同步器的基本參數(shù)和技術(shù)要求及其試驗(yàn)方法目前沒有國標(biāo)而有部標(biāo)jb3586—3587—84、jb／gq0565—84和jb／gqlll 39—89，其中正確度用峰值表示為了統(tǒng)一起見，檢}jn4系統(tǒng)的誤差分析也均用值計(jì)算。旋轉(zhuǎn)式和直線式感應(yīng)同步器的品種規(guī)格很多。現(xiàn)以其中正確度****及適中的產(chǎn)品為例來說明．列于表1．表2及表3。
感應(yīng)同步器的正確度測量主要用細(xì)分誤差和零位誤差進(jìn)行測試，測試線路如圖1圖2所示。
從圖1可看出．旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)用步器的檢測系統(tǒng)主要由信號(hào)發(fā)生器(電源)、電源隔離變壓器、高精度轉(zhuǎn)臺(tái)、感應(yīng)分壓箱、相敏電壓表(即指零儀)和調(diào)試工裝組成。
從圖2可看出，直線式感應(yīng)同步器的檢測系統(tǒng)除了高精度轉(zhuǎn)臺(tái)用測量儀替代及工裝線路不同外，其它儀器均相同，也可用相當(dāng)精度的數(shù)顯表代替信號(hào)發(fā)生器、感應(yīng)分壓箱、匹配變壓器和相敏電壓表．使檢測系統(tǒng)更加簡單方便。
檢測系統(tǒng)的測試誤差在計(jì)量檢測中稱為測量準(zhǔn)確度δ,它由檢測儀器設(shè)備的檢定誤差  人工誤差δb、安裝和環(huán)境誤差δc組成，由于這些誤差是相互獨(dú)立不相關(guān)的．所以合成的綜合誤差(即系統(tǒng)測量準(zhǔn)確度)δ=  1．1 儀器設(shè)備的檢定誤差  1．1．1 高精度轉(zhuǎn)臺(tái)
目前國內(nèi)大部分用光柵數(shù)顯分度頭。其示值誤差δ41≤1 (峰峰值)；分辨率δ41”為0．
1”穩(wěn)定度δ41為0．1”�？梢詽M足表中正確度為4”產(chǎn)品的構(gòu)測需要．但對(duì)表1中正確度煨高為2”的產(chǎn)品必須用≤o．6”的轉(zhuǎn)臺(tái)或分度頭，否則就應(yīng)該用修正值校正或全組合法來
消除分度頭引起的誤差．以使系統(tǒng)測試誤差減小到要求范圍內(nèi)。
1.1.2測長儀
對(duì)于正確度為5μm以下的產(chǎn)品可用阿貝比長儀，其檢定誤差不大于1．5um，對(duì)于正確度高于5μm的定尺．如用阿貝比長儀必須用修正值校正，可提高到0．9μm．如檢測滑尺，其細(xì)分誤差的節(jié)距一般為2mm．故可選擇任一2min,其精度不大于o．3um的位置進(jìn)行測量，對(duì)于高于3μm的零級(jí)品定尺應(yīng)該用激光干涉儀(誤差峰值約為0．1μm)。
1．1．3相敏電壓表(即指零儀)
當(dāng)最小量程為0．1 μm／30格，其分辨率vmin為3．3×10-3mv／格。假設(shè)旋轉(zhuǎn)式感同
步器極對(duì)數(shù)p=360．****輸電壓vmax=3mv時(shí),會(huì)引起****角誤差δa2=0．6”．這對(duì)于正確度為2”的產(chǎn)品．顯然太大了，若縮小1 0倍(采用低噪聲放大器)即將分辨率提高10倍，使其引起的角誤差縮小為0．06"。假設(shè)直線式感應(yīng)同步器的節(jié)距為2mm，****輸出電壓vmax，為4mv，當(dāng)vmin為3．3×10-3mv／格時(shí)，則δa2約為0。26μm(取δa2=0。3μm�；旧峡梢詽M足要求。
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