超精密測量用電容測微儀

電容測微儀的特點(diǎn)是非接觸測量，精度高、價(jià)格低。但測量范圍有限，測量穩(wěn)定性和漂移常令人不滿意。美國Lion Precision公司的電容測微儀分辨率可達(dá)0.5?mm(1?Hz頻響)， 熱漂移每度0.04%滿量程。

精密和超精密加工技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)最主要的發(fā)展方向之一，在提高機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和發(fā)展高新技術(shù)中起著至關(guān)重要的作用，并且已成為在國際競爭中取得成功的關(guān)鍵技術(shù)。我國的制造業(yè)發(fā)展已進(jìn)入了高速發(fā)展階段，先進(jìn)設(shè)備的引進(jìn)和大量專業(yè)人才的涌入使許多沿海地區(qū)的制造業(yè)水平迅速提高。隨著國家決策的科學(xué)化、民主化進(jìn)程不斷深入，相信我國的制造業(yè)會(huì)更快速、更健康地發(fā)展。

就先進(jìn)制造技術(shù)的技術(shù)實(shí)質(zhì)性而論，主要有精密和超精密加工技術(shù)與制造自動(dòng)化兩大領(lǐng)域。前者包括了精密加工、超精密加工、微細(xì)加工，以及廣為流傳的納米加工，它追求加工上的精度和表面質(zhì)量的極限，可統(tǒng)稱為精密工程；后者包括了設(shè)計(jì)、制造和管理的自動(dòng)化，它不僅是快速響應(yīng)市場需求、提高生產(chǎn)率、改善勞動(dòng)條件的重要手段，而且是提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效方式。兩者密切聯(lián)系，許多精密和超精密加工要靠自動(dòng)化技術(shù)才能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，而不少制造自動(dòng)化則有賴于精密加工才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

檢測與誤差補(bǔ)償。尺寸和形位精度可用電子測微儀、電感測微儀、電容測微儀、自準(zhǔn)直儀和激光干涉儀來測量。表面粗糙度可用電感式、壓電晶體式表面形貌儀等進(jìn)行接觸測量，或用光纖法、電容法、超聲微波法和隧道顯微鏡法進(jìn)行非接觸測量。表面應(yīng)力、表面變質(zhì)層深度、表面微裂紋等缺陷，可用X光衍射法、激光干涉法等來測量。檢測可采取離線的、在位的和在線的三種方式。誤差預(yù)防通過提高機(jī)床制造精度、保證加工環(huán)境條件等來減少誤差源及其影響；誤差補(bǔ)償是在誤差分離的基礎(chǔ)上，利用誤差補(bǔ)償裝置對誤差值進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，以消除誤差本身的影響。

在工業(yè)計(jì)量中有很多需要檢測的參數(shù)與位移量的變化有關(guān)，如力、流量、溫度、速度、振動(dòng)、密度、粘度等。所以位移的測量在工業(yè)甚至其他一些領(lǐng)域顯得尤為重要，而電容測微儀作為一種非接觸式的，能夠精準(zhǔn)測量微小相對位移、微振動(dòng)和微小尺寸的儀器，具有溫度穩(wěn)定性好、測量范圍大、測量精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、結(jié)構(gòu)簡單等一系列優(yōu)點(diǎn)，它的相對變化量大，能在特殊環(huán)境下工作，如在強(qiáng)光照射下、在核輻射條件、過載沖擊震動(dòng)環(huán)境等。所以在航空、航天、工業(yè)生產(chǎn)加工、超精密測量等領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用。

被測非電量的變化變換成電容量變化的一種傳感器，它與常規(guī)的光電傳感器、電阻式、電感式傳感器相比有如下優(yōu)點(diǎn)：

輸入能量極低，需要非常小的輸入。由于帶電極板間靜電引力很小，約到10-5N量級(jí)，因此它特別適用于解決輸入能量低的測量問題，如微小位移和微小壓力變化的精密測量。

作為電容式測微儀的核心，發(fā)展的較為成熟、應(yīng)用較為廣泛的轉(zhuǎn)換電路形式有調(diào)頻式、運(yùn)算放大式、脈沖調(diào)寬式和AC橋路法等；按結(jié)構(gòu)形式分類，電容位移傳感器可以分為，變極距型、變面積型和變介質(zhì)常數(shù)型等。變面積型電容傳感器可以測量較大的位移，量程為零點(diǎn)幾毫米至幾毫米之間，線性度優(yōu)于0.5%，分辨力為0.01~0.001μm。變極距型電容傳感器主要適用于較小位移的測量量程在0.01μm至幾百微米，精度可達(dá)到0.01μm以內(nèi)，分辨力可以達(dá)到0.001μm以內(nèi)。其中最基本的是平面變極距型，主要用于精密測量、精密定位等。電容測微儀可以測量一般的長度，也可測量振動(dòng)、壓力、介質(zhì)的溫度等多種參數(shù)。它既可以進(jìn)行靜態(tài)測量，也可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量；據(jù)目前相關(guān)材料看，電容測微儀的分辨力可以達(dá)到1nm~0.1nm，用于測量微位移及微小尺寸的系統(tǒng)精度能達(dá)到10nm左右，測量壓力及壓差的系統(tǒng)精度達(dá)到帕級(jí)，此外測量振動(dòng)、薄膜厚度及液位的儀器均得到成功的應(yīng)用，特別是近年來出現(xiàn)的成功應(yīng)用電容測微儀技術(shù)測量盲小孔和微孔直徑。現(xiàn)在電容測微儀的主要生產(chǎn)廠家有天津大學(xué)精儀學(xué)院，英國Queensgate Instrument公司，美國Wanye Kerr公司等。