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就先進制造技術的技術實質(zhì)性而論,主要有精密和超精密加工技術與制造自動化兩大領域。前者包括了精密加工、超精密加工、微細加工,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;后者包括了設計、制造和管理的自動化,它不僅是快速響應市場需求、提高生產(chǎn)率、改善勞動條件的重要手段,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化技術才能達到預期目標,而不少制造自動化則有賴于精密加工才能達到設計要求。
檢測與誤差補償。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行非接觸測量。表面應力、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。誤差預防通過提高機床制造精度、保證加工環(huán)境條件等來減少誤差源及其影響;誤差補償是在誤差分離的基礎上,利用誤差補償裝置對誤差值進行靜態(tài)和動態(tài)補償,以消除誤差本身的影響。
在工業(yè)計量中有很多需要檢測的參數(shù)與位移量的變化有關,如力、流量、溫度、速度、振動、密度、粘度等。所以位移的測量在工業(yè)甚至其他一些領域顯得尤為重要,而電容測微儀作為一種非接觸式的,能夠精準測量微小相對位移、微振動和微小尺寸的儀器,具有溫度穩(wěn)定性好、測量范圍大、測量精度高、動態(tài)響應好、結(jié)構(gòu)簡單等一系列優(yōu)點,它的相對變化量大,能在特殊環(huán)境下工作,如在強光照射下、在核輻射條件、過載沖擊震動環(huán)境等。所以在航空、航天、工業(yè)生產(chǎn)加工、超精密測量等領域中具有廣泛應用。
電容測量儀器對工業(yè)計量中的很多被測參數(shù)都可以進行測量。在冶金工業(yè)中,可以對金屬制板厚度進行了測量;機械加工行業(yè)中,軸系晃動量的測量、機械零部件的表面粗糙度測量、孔徑測量、圓柱度測量、不圓度測量、三座標測量機檢測上應用;農(nóng)業(yè)用塑料薄膜厚度檢測、軸向柱塞泵體油膜厚度測量;國防工業(yè)用氣體動壓軸承測量、氣浮陀螺測量;石油工業(yè)中石油密度測量;化學工業(yè)中鍍層厚度測量。另外還有環(huán)境介質(zhì)檢測、電機轉(zhuǎn)速測量、鋼管直徑測量、光盤平面度檢測、磁盤動平衡測量、金屬線膨脹系數(shù)測量等。針對不同的工業(yè)計量中的檢測參數(shù),經(jīng)變換和不斷的改進更新達到實現(xiàn)測量和控制操作的目的。
電容測微技術有著廣泛的應用前景,發(fā)展更高精度、高分辨力和穩(wěn)定性的電容位移傳感器有著現(xiàn)實意義。
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:
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,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、應用較為廣泛的轉(zhuǎn)換電路形式有調(diào)頻式、運算放大式、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,精度可達到0.01μm以內(nèi),分辨力可以達到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、壓力、介質(zhì)的溫度等多種參數(shù)。它既可以進行靜態(tài)測量,也可以進行動態(tài)測量;據(jù)目前相關材料看,電容測微儀的分辨力可以達到1nm~0.1nm,用于測量微位移及微小尺寸的系統(tǒng)精度能達到10nm左右,測量壓力及壓差的系統(tǒng)精度達到帕級,此外測量振動、薄膜厚度及液位的儀器均得到成功的應用,特別是近年來出現(xiàn)的成功應用電容測微儀技術測量盲小孔和微孔直徑?,F(xiàn)在電容測微儀的主要生產(chǎn)廠家有天津大學精儀學院,英國Queensgate Instrument公司,美國Wanye Kerr公司等。