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精密气电测微仪的研究

作　者: 郑旭
导　师: 赵佩凤
学　校: 大连交通大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 气动测量 FLUENT 嵌入式
分类号: TP216
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 5次
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内容摘要

气动测量技术已经有70多年的发展历史了,尽管近些年来出现了电动量仪、电感量仪,但是由于气动量仪独特的优势,使它在某些领域仍然具有广泛的应用。气动测量是利用空气的流动特性,将被测工件的几何尺寸的变化量转换成压力的变化量,从而在压力指示器上读出被测工件的几何参数的精密测量仪器。由于利用气体作为测量介质,因此这种测量方法具有非接触测量的特点。采用气动测量的方法,测量器和被测工件间没有接触,因此没有测量力,因而在机械加工制造各行业中至今仍然得到广泛的应用。在测量孔径,圆度等特殊工艺参数时,气动测量技术较其它测量技术相比,具有无法比拟的优势。本文从全方面角度对气动测量技术研究。首先对测量的基本原理进行了详细的分析,综合几种典型的测量回路的设计方法,分析其优点和缺点,提出的改进的方案。本方案采用差压气路,气电转换装置是个可调节的特殊结构的节流阀,采用环隙引射的原理,设计出实际的结构,并利用计算流体力学的方法对设计的合理性仿真分析,从理论上验证了方案的可行性。在硬件方面,除加工出气电转换器和搭建气路外,还设计并制作了电子测量装置。每台测量仪都可以多通道测量,每个通道上都有独立的测量单元。测量单元包含了嵌入式处理器、AD转换器、通讯模块等等。测量仪主机是由ARM处理器、外扩存储器、触屏TFT显示器通讯模块等组成。在软件方面,根据测量的要求,设计了图形用户界面(GUI),应用嵌入式实时操作系统HC/OSⅡ,大大简化了任务的设计。最后,利用设计的装置,对气动测量的特性曲线进行了分析研究。数据表明,采用该结构,能很大程度的提高测量仪的测量范围,延伸了量仪的线性区间。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
第一章绪论  10-13
  1.1 课题的研究背景  10-11
  1.2 国内外的研究现状  11
  1.3 本课题的内容、方法与研究意义  11-13
第二章气动测量的原理  13-23
  2.1 气动测量的基本原理  13-16
    2.1.1 基本原理  13-14
    2.1.2 气动测量方案  14-16
  2.2 气体的流动特性  16-19
    2.2.1 有效断面与流量  16-17
    2.2.2 流体的连续性方程  17-18
    2.2.3 流量不变方程  18
    2.2.4 音速与马赫数  18-19
    2.2.5 层流与湍流  19
  2.3 环隙引射差压式气路  19-22
  本章小结  22-23
第三章气动测量系统参数的设计  23-33
  3.1 气电转换器的机械结构设计  23-24
  3.2 气动测量工况的计算  24-29
  3.3 气动测量元件的选型  29-32
    3.3.1 过滤器  30-31
    3.3.2 稳压器  31-32
    3.3.3 差压传感器  32
  本章小结  32-33
第四章气电转换器的仿真研究  33-43
  4.1 仿真的方法与步骤  33-37
    4.1.1 模型建立与网络划分  33-34
    4.1.2 网格质量检查  34-35
    4.1.3 条件设置与仿真运算  35-37
  4.2 计算结果与分析  37-42
    4.2.1 最佳收缩比时气流状态  39-40
    4.2.2 不同间隙下的静压  40-41
    4.2.3 仿真结果分析  41-42
  本章小结  42-43
第五章测量系统硬件方案设计  43-57
  5.1 硬件方案架构  43
  5.2 模拟信号采集与处理电路设计  43-48
    5.2.1 电源供电电路  43-44
    5.2.2 传感器供电驱动与信号前置处理电路  44
    5.2.3 A/D转换电路  44-45
    5.2.4 数据存储电路  45-46
    5.2.5 RS485通讯电路  46
    5.2.6 数字温度补偿电路  46-47
    5.2.7 CPU电路  47-48
  5.3 主机电路方案设计  48-56
    5.3.1 主处理器的选型  48-50
    5.3.2 硬件电路设计  50-56
  本章小结  56-57
第六章测量系统软件方案设计  57-63
  6.1 软件系统架构  57-58
  6.2 软件系统设计  58-61
    6.2.1 μC/OS Ⅱ操作系统  58
    6.2.2 系统的软件结构  58-61
  6.3 人机交互界面的设计  61-62
    6.3.1 μC/GUI简介  61
    6.3.2 界面的设计  61-62
  本章小结  62-63
第七章算法与精度分析  63-67
  7.1 算法的分析与比较  63-65
    7.1.1 分段折线逼近算法  63
    7.1.2 牛顿插值算法  63-65
    7.1.3 两种算法比较  65
  7.2 测量精度分析  65-67
结论和展望  67-69
参考文献  69-71
附录A 主机电路开发板  71
附录B 测量头模拟量采集板  71-72
附录C 部分嵌入式C程序  72-76
攻读硕士学位期间发表的学术论文  76-77
致谢  77

精密气电测微仪的研究

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