長間隙工件間隙電容法與電磁法測量技術對比研究

劉衛　徐林　吳婧

【摘 要】目前，測量某類型長間隙工件間隙的大小采用的方法有非接觸式電容法和接觸式電磁法。分別對這兩種檢測技術的原理進行了闡述，對各自的優缺點進行了對比研究，對兩種方法的檢測結果數據進行了系統不確定度分析和對比。

【關鍵詞】間隙測量；電容法；電磁法

0 引言

控制某類型長間隙工件的間隙大小是該類型工件制造工藝的主要關鍵技術之一，在其制造工藝中必須對該長間隙進行100%的無損檢測。該類型工件間隙設計參數一般為幾個毫米，間隙整體長度可達1米以上。目前采用的長間隙測量方法主要有非接觸式電容法和接觸式電磁法，為實現上訴類型工件間隙的高精度測量，因此開展了該兩種測量方法的對比研究。

1 測量原理對比

1.1 電磁法測量原理

霍爾片在磁場中，通以恒流，產生感生電動勢的現象稱為霍爾效應。其數學表達式為：

U=KIB（1）

式中，U 為感生電動勢；K為霍爾片參量，由霍爾片本身決定（在溫度一定時，為定值）；I為恒流；B為霍爾片所處磁場。

間隙測量專用探頭上所載霍爾片和磁片的間距值與間隙值一一對應，決定了霍爾片所處磁場B；在室溫下，探頭通以恒流I，產生的感生電動勢U由霍爾片所處磁場B決定。因此，通過檢測感生電動勢可得對應的間隙值。

1.2 電容法測量原理

探頭伸進工件間隙內，探頭與組件上下表面形成微小電容，電容的值與間隙的寬度有關。通過對微小電容的相對測量，從而實現對工件間隙的測量。

2 測量技術優缺點對比

電容法和電磁法測量技術優缺點對比：（1）測量方式：電磁法采用接觸式測量法，完成的是點對點的測量；電容法采用非接觸式測量，完成的是面對面的測量。（2）探頭測量方式：電磁法由于采用接觸式測量法，探頭容易損傷；由于采用非接觸式測量，探頭耐磨性較好，不易損壞。（3）檢測效率：電磁法采用雙通道進行數據采集，效率高；電容法采用單通道采集，效率較低。（4）測量值反應的意義：電磁法測值僅與被測件（非磁材料）的結構有關，反映的是空間間隙；電容法測值反映的是金屬層之間的距離，且被測件必須是金屬。（5）抗干擾性能：電磁法沒有進行如溫度補償電路等抗干擾電路的設計，抗干擾能力較差；電容法設計了平衡探頭，儀器漂移較小，帶調零、校準功能，穩定性好，抗干擾能力較強。（6）自動化程度：電磁法設計了傳動裝置，可以進行自動化測量；電容法沒有傳動裝置，目前采用手工測量。

3 系統誤差分析及檢測結果數據對比

系統誤差分析：

測量標準塊是用于繪制標定曲線和校驗儀器讀數用的必備部件。標塊結構能夠模擬被測工件的結構，間隙范圍要含蓋我們的測量范圍，切需要有足夠高的精度以確保標定曲線的正確性和校驗儀器的可靠性。為此我們設計了如下專用間隙標塊。間隙值為1.60mm、1.65mm、1.70mm、1.75mm、1.80mm、1.85mm、1.90mm、1.95mm的標定試塊，材料為不銹鋼、黃銅和鐵各一套，間隙3的上下面的平面度、平行度皆為±0.01mm。以下試驗數據均采用測量標準塊進行測定。

（1）電磁法系統精度實驗

通過大量標準測量塊進行間隙測量，實驗結果顯示：間隙測量系統誤差不大于±0.03mm，儀器穩定性好，重復多次檢測，其相對應各點的數據不超過±0.03mm。

（2）電容法系統精度實驗

實驗均采用間隙標準測量塊的測試數據。在檢測狀態下，重復測量不同的間隙標塊5次，統計出平均值。

4 結論

目前，長間隙工件間隙測量所采用的電容法和電磁法兩種測量技術，具有儀器穩定可靠，測量精度高，操作方便，輸出數據齊全直觀，自動化程度高等特點，總測量誤差小于±0.03mm，是間隙檢測可行并且較好的方法。

目前的研究方向應不斷改進電容法測量技術，并采用電容法代替電磁法。改進的方面有：探頭尺寸改進，自動檢測方法設計，數據采集軟件編制等，還需要進一步深入研究，更好的為科研生產服務。

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[責任編輯：鄧麗麗]