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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(chǎng)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(cè)與誤差補(bǔ)償。尺寸和形位精度可用電子測(cè)微儀、電感測(cè)微儀、電容測(cè)微儀、自準(zhǔn)直儀和激光干涉儀來(lái)測(cè)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(cè)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(cè)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(lái)測(cè)量。檢測(cè)可采取離線的、在位的和在線的三種方式。誤差預(yù)防通過(guò)提高機(jī)床制造精度、保證加工環(huán)境條件等來(lái)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(duì)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(cè)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(cè)量在工業(yè)甚至其他一些領(lǐng)域顯得尤為重要,而電容測(cè)微儀作為一種非接觸式的,能夠精準(zhǔn)測(cè)量微小相對(duì)位移、微振動(dòng)和微小尺寸的儀器,具有溫度穩(wěn)定性好、測(cè)量范圍大、測(cè)量精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等一系列優(yōu)點(diǎn),它的相對(duì)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(guò)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(cè)量等領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用。
電容測(cè)量?jī)x器對(duì)工業(yè)計(jì)量中的很多被測(cè)參數(shù)都可以進(jìn)行測(cè)量。在冶金工業(yè)中,可以對(duì)金屬制板厚度進(jìn)行了測(cè)量;機(jī)械加工行業(yè)中,軸系晃動(dòng)量的測(cè)量、機(jī)械零部件的表面粗糙度測(cè)量、孔徑測(cè)量、圓柱度測(cè)量、不圓度測(cè)量、三座標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)上應(yīng)用;農(nóng)業(yè)用塑料薄膜厚度檢測(cè)、軸向柱塞泵體油膜厚度測(cè)量;國(guó)防工業(yè)用氣體動(dòng)壓軸承測(cè)量、氣浮陀螺測(cè)量;石油工業(yè)中石油密度測(cè)量;化學(xué)工業(yè)中鍍層厚度測(cè)量。另外還有環(huán)境介質(zhì)檢測(cè)、電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量、鋼管直徑測(cè)量、光盤平面度檢測(cè)、磁盤動(dòng)平衡測(cè)量、金屬線膨脹系數(shù)測(cè)量等。針對(duì)不同的工業(yè)計(jì)量中的檢測(cè)參數(shù),經(jīng)變換和不斷的改進(jìn)更新達(dá)到實(shí)現(xiàn)測(cè)量和控制操作的目的。
電容測(cè)微技術(shù)有著廣泛的應(yīng)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(shí)意義。
被測(cè)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(cè)量問(wèn)題,如微小位移和微小壓力變化的精密測(cè)量。
作為電容式測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量、精密定位等。電容測(cè)微儀可以測(cè)量一般的長(zhǎng)度,也可測(cè)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(cè)量,也可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量;據(jù)目前相關(guān)材料看,電容測(cè)微儀的分辨力可以達(dá)到1nm~0.1nm,用于測(cè)量微位移及微小尺寸的系統(tǒng)精度能達(dá)到10nm左右,測(cè)量壓力及壓差的系統(tǒng)精度達(dá)到帕級(jí),此外測(cè)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(lái)出現(xiàn)的成功應(yīng)用電容測(cè)微儀技術(shù)測(cè)量盲小孔和微孔直徑?,F(xiàn)在電容測(cè)微儀的主要生產(chǎn)廠家有天津大學(xué)精儀學(xué)院,英國(guó)Queensgate Instrument公司,美國(guó)Wanye Kerr公司等。