電動(dòng)執行機構角度測量方法的改進(jìn)

　　按照JB/T8219-1999要求進(jìn)行角行程電動(dòng)執行機構的測試中，多個(gè)指標與實(shí)測輸出軸行程有關(guān)。用全圓儀來(lái)測量有一定的局限性，一些情況下是不能滿(mǎn)足測試要求的。運用編碼器在精密定位、速度、長(cháng)度、加速度、振動(dòng)等方面得到廣泛的應用，且具有結構簡(jiǎn)單、計量精度高、壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，完全可以設計出滿(mǎn)足測試要求的方案。

1、改進(jìn)的依據及改進(jìn)方法

　　按JB/T8219-1999《工業(yè)過(guò)程測量和控制系統用電動(dòng)執行機構》標準中的5.2.4條款中對試驗用儀器的精度要求是“其基本誤差應小于或等于被測量產(chǎn)品基本誤差限的1/3，其量程范圍與被測值的范圍相適應。”

　　本標準的5.4.1比例式執行機構的基本誤差計算公式：

　　δ：基本誤差；L1：輸出軸行程實(shí)測值(°)；L0：輸出軸行程約定真值(°)；L：輸出軸額定行程(°)。

　　本標準的4.2.1基本誤差要求1級的誤差是±1%。

　　執行器額定角行程值有50°、70°、90°120°、270°這5種。下面計算這5種額定角行程的允許最大值誤差。

　　設：L0：=0°；L=分別代入50°、70°、90°120°、270°;δ=1%代入(1)式，解方程求出L1的允許最大值解得：L1=0.5°、0.7°、0.9°、1.2°、2.7°

　　按測量?jì)x器的精度應為被測量產(chǎn)品基本誤差限的1/3，得到測量?jì)x器的精度為0.17°、0.23°、0.30°、0.40°、0.90°。

　　另外全圓儀安裝在執行機構的輸出軸上會(huì )有安裝偏心現象。安裝偏心就是指全圓儀的圓心與輸出軸的軸心不重合，如圖一所示。設全圓儀半徑為R，O為全圓儀的圓心，O'為輸出軸的軸心，O與O'之間的距離為d，假設起始點(diǎn)(零位)在X軸上，當輸出軸轉動(dòng)角度為α’時(shí)，全圓儀相對輸出軸轉動(dòng)的角度為α。由圖得出幾何關(guān)系式：

圖1 安裝偏心示意圖

　　△α=α'-α即為輸出軸和全圓儀轉角的誤差值，把式(1)代入tg△α=tg(α'-α)并整理得到：

　　對式(2)的兩邊求導得：

　　當式(3)等于0時(shí)，式(2)取最大值即：Rdcosα-d2=0得出

　　把式(4)代入式(2)得：

　　所以△αmax=d/R。所用全圓儀半徑R已知為100mm，當d=1mm時(shí)，△αmax≈0.6°，這樣誤差就比較大了。再加上讀數時(shí)人的視差，用全圓儀來(lái)測量就比較粗糙了。

2、編碼器的種類(lèi)及選擇

　　根據檢測原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應式和電容式。根據其刻度方法及信號輸出形式，分為增量式編碼器和絕對式編碼器。

　　在電動(dòng)執行機構的測試試驗中，要求電動(dòng)執行機構經(jīng)受環(huán)境溫度-25℃～70℃;機械振動(dòng)頻率10～150Hz，位移幅值0.15mm，加速度幅值20m/s2等嚴酷條件，對于編碼器的選用，必須同樣能夠經(jīng)受住同樣的條件，并且測量精度不受其影響。

　　多種編碼器都可滿(mǎn)足上述要求，綜合考慮成本因素，選用了磁編碼器。磁編碼器和其他類(lèi)型編碼器相比，具有高頻特性好，響應速度快;無(wú)接觸位置傳感可以完美應用于氣溫變化大等惡劣環(huán)境下;耗電少、使用壽命長(cháng);結構簡(jiǎn)單、抗沖擊力強，可靠性高。

圖2 常用磁編碼器

圖3 聯(lián)軸器

　　采用目前較為常用的AS5040芯片磁編碼器來(lái)設計所需測試系統。首先，通過(guò)聯(lián)軸器把輸出軸和磁編碼器聯(lián)接，磁編碼器所輸出的脈沖通過(guò)采集卡采集，再通過(guò)如Labview虛擬儀器程序的處理并把測量結果顯示出來(lái)。

3、結語(yǔ)

　　通過(guò)上述改進(jìn)，在電動(dòng)執行機構的測試中遇到的問(wèn)題就得以解決，尤其是在振動(dòng)狀態(tài)下的測量有了可靠的保證，滿(mǎn)足了標準的要求。