電氣自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備技術(shù)原理及應(yīng)用

龍?jiān)磳W(xué)報(bào)網(wǎng)電氣自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備的技術(shù)原理及應(yīng)用作者：秦國新來源：《科學(xué)技術(shù)展望》2014年第25期 【摘要】 電氣自動(dòng)化是現(xiàn)代科學(xué)的重要標(biāo)志，是工業(yè)現(xiàn)代化的核心技術(shù)。其中，電氣自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備是電氣自動(dòng)化過程中不可缺少的組成部分。目前，電氣自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備也向全數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展方向伸出橄欖枝。在本文中，筆者試圖對(duì)電氣自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備的技術(shù)原理進(jìn)行講解，并探討電氣自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備在實(shí)際中的應(yīng)用?！娟P(guān)鍵詞】電氣自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備；技術(shù)原理；應(yīng)用 在電氣測(cè)量設(shè)備中，電氣測(cè)量設(shè)備在不斷變化，正慢慢向自動(dòng)化和高精度發(fā)展。目前，電氣自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室等行業(yè)，其在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的作用越來越顯著。1 電氣自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備技術(shù)原理概述1.1 電氣儀表技術(shù)原理 當(dāng)指針穩(wěn)定時(shí)，可計(jì)算動(dòng)線圈的驅(qū)動(dòng)力矩。當(dāng)用作電壓表或電流表時(shí)，如果兩組線圈檢測(cè)到部分電流，或兩組線圈檢測(cè)到相同的電流，被測(cè)電流的平方或被測(cè)電壓的平方與指針的偏轉(zhuǎn)角成正比；指針的偏轉(zhuǎn)角也與互感隨偏轉(zhuǎn)角的變化率成正比[1]。

電表的典型特點(diǎn)是：作為電壓表使用時(shí)，可以串聯(lián)不同的附加電阻來控制量程；用作大量程電流表時(shí)，固定線圈和活動(dòng)線圈可并聯(lián)；用作小量程電流表時(shí)，可將固定線圈和可動(dòng)線圈串聯(lián)。1.2 電磁儀表技術(shù)原理 吸引線圈通電后會(huì)吸引可動(dòng)鐵芯，使指針偏轉(zhuǎn)；而斥力線圈通電后會(huì)同時(shí)磁化固定鐵芯和動(dòng)鐵芯，兩鐵芯同側(cè)的磁化極性相同，導(dǎo)致斥力使指針偏轉(zhuǎn)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力矩與游絲產(chǎn)生的反作用力矩平衡時(shí)，指針穩(wěn)定在某一位置，從而指示出待測(cè)尺寸。電磁系統(tǒng)儀表的特點(diǎn)是：當(dāng)接通交流電時(shí)，由于動(dòng)鐵芯有一定的慣性，瞬時(shí)值會(huì)迅速變化。指針的偏轉(zhuǎn)角等于被測(cè)電流瞬時(shí)值的平方與交流電流有效值的平方。比例關(guān)系，電磁系統(tǒng)儀表可以測(cè)量直流，也可以用來測(cè)量交流。這些條件導(dǎo)致電磁系統(tǒng)儀器的尺度具有前密后疏的平方律特性。

一旦驅(qū)動(dòng)扭矩發(fā)生變化，可動(dòng)線圈的角度就會(huì)發(fā)生變化。因此，磁電振鏡在從靜態(tài)到穩(wěn)定的過程中會(huì)受到外部電阻產(chǎn)生的阻尼的影響。阻尼可以決定動(dòng)圈的穩(wěn)定性。此外，由于可動(dòng)部件重量輕、摩擦小，如果對(duì)其施加一定的驅(qū)動(dòng)力矩，慣性沖量就會(huì)越過平衡點(diǎn)。一旦超過平衡點(diǎn)，就會(huì)導(dǎo)致動(dòng)圈左右擺動(dòng)；但是，如果動(dòng)圈產(chǎn)生的回路電阻和外部電阻較小，則可以產(chǎn)生較大的阻尼，從而有效避免振動(dòng)情況的發(fā)生。1. 4 磁電系統(tǒng)儀表的技術(shù)原理 磁電系統(tǒng)儀表的技術(shù)原理是對(duì)動(dòng)線圈通電，使線圈在磁場(chǎng)中的電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，使指針轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)圈穩(wěn)定后，驅(qū)動(dòng)力矩等于反作用力矩，偏轉(zhuǎn)角與流過動(dòng)圈的電流成正比[3]。磁電系統(tǒng)儀表的主要技術(shù)特點(diǎn)是只能用于直流電路。如果必須在交流電路中使用儀表，則需要安裝整流器。由于磁電儀指針的偏轉(zhuǎn)角與動(dòng)圈的電流成正比，所以刻度的刻度也很均勻，使秤非常方便。此外，磁電儀具有高靈敏度。這是因?yàn)榇烹妰x表中使用的永磁體與鐵芯之間的氣隙比較小，所以氣隙之間的磁感應(yīng)強(qiáng)度比較高。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度高時(shí)，驅(qū)動(dòng)力矩會(huì)逐漸增大，使用反作用力矩系數(shù)大的游絲可以保證指針穩(wěn)定。

內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度很大，外部磁場(chǎng)的影響會(huì)比較小，從而保證磁電系統(tǒng)的精度比較高。另外，磁電系統(tǒng)的功耗很低，被測(cè)電路對(duì)其影響很小?？傊烹娤盗袃x器是一種靈敏度高、功耗低的設(shè)備。2 電氣自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備的應(yīng)用 隨著計(jì)算機(jī)、機(jī)械、電子等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，電氣自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)在周邊行業(yè)也得到了相應(yīng)的發(fā)展，并在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如復(fù)合材料結(jié)構(gòu)自動(dòng)測(cè)量設(shè)備，其應(yīng)用主要是包括以下幾個(gè)方面。2.1 電氣自動(dòng)化測(cè)量的一般應(yīng)用。原材料的自動(dòng)化計(jì)量主要是針對(duì)大批量生產(chǎn)的原材料的計(jì)量。根據(jù)原材料的特性，采用超聲波或渦流等測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量。這種新材料、新工藝結(jié)構(gòu)的超聲波自動(dòng)測(cè)量，主要針對(duì)近年來在航天、航空等重要現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)中發(fā)展迅速的復(fù)合材料和焊接技術(shù)的應(yīng)用。電氣自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備的應(yīng)用，不僅為自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)增添了活力，也為科學(xué)研究中材料微觀結(jié)構(gòu)表征和缺陷評(píng)價(jià)的測(cè)量帶來了便利。在制造過程中，采用自動(dòng)測(cè)量對(duì)重要的鍛件和鑄件進(jìn)行測(cè)量，可采用自動(dòng)超聲掃描、射線成像法、焊縫超聲自動(dòng)掃描等方法。該工藝主要用于重要管道、專用設(shè)備和服務(wù)設(shè)備的電氣自動(dòng)化測(cè)量。

2.2 電氣自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備典型應(yīng)用龍?jiān)雌诳Ｄ彻緸楹教旃I(yè)生產(chǎn)的某種復(fù)合材料，如果用現(xiàn)有的傳統(tǒng)測(cè)量方法來測(cè)量，需要很多技術(shù)人員花幾天時(shí)間作為復(fù)合材料的承重結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，人們對(duì)復(fù)合材料的質(zhì)量、安全性和可靠性的要求也越來越高。因此，此時(shí)應(yīng)使用自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行測(cè)量。具體來說，可以采用超聲波穿透法，使用安裝在兩個(gè)對(duì)稱多軸掃描機(jī)構(gòu)上的超聲波換能器，使兩個(gè)探頭可以在被測(cè)復(fù)合材料的組分之間自動(dòng)掃描，并利用復(fù)合材料中的入射聲波。衰減變化用于衡量復(fù)合材料的缺陷[4]。此外，通過特定的技術(shù)控制和綜合掃描自動(dòng)測(cè)量設(shè)備，超聲波測(cè)量設(shè)備可以同時(shí)控制相鄰工件的輪廓，并利用入射聲波來評(píng)估和識(shí)別復(fù)合材料中的反射信息。