简介:目前,我国工业发展正如火如荼的进行,机械加工产业的各项发展逐步走向多元化。产生加工误差成为机械加工过程中一种不可避免的因素,但是根据机械加工企业日益增多,导致机械加工的行业竞争日益明显,针对以上形势,降低机械加工误差、增强工件质量与精密度迫在眉睫。本文通过对机械加工所产生误差的原因进行讲述,为提高加工精度、减少误差而不断进行大量的实践。机械加工未来的必然趋势就是将机械加工工艺更加精细化。在实践的接卸加工研究中,因加工误差不可避免,所以研究人员应引起足够的重视,尽量将误差控制到最小化,从而达到机械加工行业的发展目标。关键词机械加工;误差;精度引言以目前的机械加工水平而言,是无法做到百分百精准的。所谓机械精度是指工艺完成后,成品与预计程度相比越符合预计程度的代表精度高、误差小。反之就会造成机械精度误差增大。例如市面较流行的十字绣一样,客户都会选择百分百精准的产品,其主要目的就是使绣出来的成品,能够非常形象与逼真,基本可以达到无可挑剔的程度。因机械加工不可能实现零误差,所以只要将误差尽可能掌握在最小值,不断提高精度,从而实现高品质的加工制作产品。一、提高机械加工精度的重要性机械产品的整体质量取决于机械加工的精度,二者存在密不可分的直接关系,所以只有切实做好机械加工,才能保证产品质量,在实践过程中因制作器械水平有限,技术能力受到限制,使工作无法达到高标准,导致工件的精度受到了严重的影响。另外,可通过改进加工设备设施等其他办法,可在一定程度上减少误差的产生,并能取得良好的效果。所以,改进器械的加工质量,对增强生产能力,具有重要的价值和意义。二、影响机械加工精度误差的原因分析1.机床存在误差机床的精度,顾名思义,就是在机械加工时通过机床所产生的精度。因机床在长时间与高强度的工作状态下,对机床本身造成了不可控制的磨损,加上随着磨损程度的逐步增大,导致误差的数值越来越高。所以我们在实际操作时必须要求主轴运转具有稳准的特点,因为这直接作用于生产出来的工件产品的品质,是导致机械操作加工出现误差的主要原因。2.夹具及刀具误差在机械加工中,因工件类型的多样化,因此刀具的品种也较为多样化,因使用刀具不同,导致在生产中所产生的误差也注定不同,所以刀具的形状对刀具产生的误差中占据着不小的影响。举例说明在固定尺寸的刀具加工时,刀具的精度对工件的生产进度起着重要的作用,刀器所产生的误差对其加工准确度影响相当大,而机床加工对车刀具的要求相对较小。夹具在机器的实际进程中,夹具起着稳定住刀具的作用,想要提高机械操作的准确度,就必须要先核对夹具的状况。并且对固定方法与位置提出更高要求。当遇到位置特殊的夹具时,对产生误差的影响更大,所以当机床进行安装与调试时,务必要引起高度重视。3.定位误差在机械的锻造过程中的所产生的位置对不准问题主要由定位辅助工具以及机器标准不达标所造成的。元件的夹放位置,对定位副制造误差部件的影响相当大。当定位副部件不达标准或者基准不重合时,就会促使制造出来的机械工件产生偏差,从而对器具制造的准确度产生影响。若定位控制标准与设计标准之间任何一项出现差错,就无法通过尝试操作来进行判断误差,因机械加工过程无法避免出现偏差,其中偏差的大小直接决定着工件加工的整体质量和精度。所以,定位基准与定位制造误差值等于定位误差值。4.工艺差异引起误差在生产进行过程中,因部件容易受到打击所带来的破坏。使得在生产过程中,因工作人员的操作不当,导致部件受到刀削、传动和动力的作用,使加工部件变形,继而改变部件与刀具之间的准确位置,使部件出现偏差。另外,使用刀具的品相、质量等对工件的精度都会有一定程度的影响,当刀具的强度较高,部件就会因受到强大的削力,导致刀具发生形变,因此,部件制造的精确值与刀具的硬度及分类间存在一定的联系。例如外圆车刀因刚度较强,不容易变形,所以在加工过程中,误差微小,精度较高。以上可以表明,工艺误差基本以力学有关公式换算而来。5.机床部件影响正常运作的机床是由多个部分构成的,因零件之间的刚度与受力能力不同,以及机床部件零件在加工过程中因作用不同,对刚度的要求也所区别。机床部件因其作用的不同,因此对机床零件的硬度要求无法做到标准一致,也没有好的计算方法对误差进行核算。另外,工艺间差异也会造成部分误差,而造成工艺误差的主要原因是因为不同工件以及切削力的不同所形成的,在运作时,处理工艺的方法不同,就容易出现变形的状况,导致生产出来的工件误差较大,且这些误差是无法用计算方法计算出来的。6.工件受热变形机械加工时,工件出现误差的重要原因主要是由于工件需要连续长时间的运作以及承受相互作用力而引起的发热,进而导致加工部件发生形变,工件的形变必然会加大误差,降低所加工部件的最终质量。当工件进行较高水准的操作加工时这种影响会变得更大。在加工过程中工件因受到多重因素的影响,促使刀、夹具以及工件三者间均会受热引起物理反应会使温度变高,当上升到一定热量,就必然造成机床部分元件的变形,从而影响机械加工的精度。三、提高机械加工精度的措施1.减小原始误差原始误差主要是一些通过人为努力可以减小或消除的误差。如在进行击穿的安装时,必须遵守操作说明以及操作章程,以及对其进行连续的测试与准确度的检验从而实现将误差控制在一定范围的目标,努力将误差变小。另外,选用业内口碑好的机械公司对刀具和夹具进行严格的锻造,在实际使用时对刀具和夹具的各项性能提前进行掌握,尽量降低因材料质量问题导致的因刀、夹具造成的误差。2.加工过程中对误差进行预防企业可以安排专业人员对常见性误差进行深入分析,并能够提出良好的解决方法。企业内部还应不断的增强业务能力,坚决杜绝可以避免的误差,不断改良研究夹具、刀具等基础材料,制作出各项性能更好的器具,有效减少由相互作用而产生的损耗现象的出现。同时,在操作的过程中可以科学多元的运用误差均分等新型方式合理控制误差,从而不断提高工件的精度。3.减少原始误差的有效方法首先,日常应做好对加工设备的维修和养护能够有效减少原始误差的出现。另外,在加工开始时就要对最初的数据进行记录,并以此为基础通过分析可以发现并总结出最初的误差对最终加工误差所产生的影响。根据数据总结来处理最初的误差,发现其中规律并打破规律,对其进行调整,从而实现减小原始误差的现象。4.运用误差补偿技术来提高加工的精度误差补偿作为减少误差的基本方法,在数据测量与收集后,通过电脑软件对其进行补偿的一种技术,其操作流程通俗易懂,不需要较大的投入。所谓误差补偿,其中一种是误差互补法,另一种是误差转移法。其中误差互补法,是指将原有误差进行填补,以达到减少误差目标的一种方法,而误差转移法无法达到消除误差的目的,只是利用最初误差和最终误差间的关系来进行误差消除的方法,但能够有效的减小误差。结束语总结上文可以得知,在机械加工生产过程中必然会存在着一定的误差,但是可以采取人工检查的方式来保证误差处在一个合适的范围,而有效的控制误差也就实现了提高供应精度的目标。以上方法仅能在一定程度上降低和缩小误差,想要真正的提高机械加工工艺,最好方法就是利用科学技术手段改进生产加工方式。因此为了实现机械加工的最高效用,企业应加强对先进科学技术的引进和吸收,实现机械加工整体水平的提升。参考文献1阚达,徐明.减少机械加工误差提高机械加工精度J.建材与装饰,2019(25)220-221.2张淑坤.关于机械加工误差产生原因分析及精度提高方法探讨J.时代农机,2019,46(01)34-35.3赵睿,相里潭,刘法君,何仕荣.如何减少机械加工误差提高机械加工精度J.内燃机与配件,2018(23)119-120.4李晓微.试论减少机械加工误差提高机械加工精度J.科技创新与应用,2017(18)120.5刘明伟.机械加工误差及提高加工精度分析J.内燃机与配件,2016(08)53-55.
简介:
简介:摘要:随着全球对清洁能源的需求增加,新能源发电的规模和重要性不断扩大。准确预测新能源发电的功率输出对于电网运营和能源管理至关重要。本论文旨在分析新能源功率预测的特性,并提出一些措施来提高预测的精度。
简介:摘要:针对常规工频大电流传感器产品精度低、测量范围小、非线性、易饱和的问题,提出了使用开合式开环霍尔传感器进行高精度工频大电流测量的设计方法。该方法涉及产品磁芯设计、结构设计、电路设计、抗干扰及数学模型等方面。将其应用于低功耗、小型智能化电网产品开发中,产品精度可提升至 0.2 级。 关键词:精度因素;开合式;模拟补偿;软件补偿;磁芯结构 0 引言 随着国家电网公司提出“泛在物联网”的理念,传统的模拟电量传感器被模拟数字合在一起的智能化传感器取代。主要应用于电压等级为 400v~1000v的用户侧,如电网配电部门低压智能监测以及家用智能电器电量监测。使用开合式开环霍尔传感器是实现结构小型化、简单化、低功耗的最佳选择,但是其特殊结构使得电流精度不高。本文从开环传感器设计的几个关键因素分析了提高其精度的方法,介绍了一种经过一系列补偿的开环霍尔传感器,可以实现:批量生产一致性好,结构小型化、简单化,长期存放和运输条件下不变形;在 -40℃~85℃下以及 0.1A~4000A交流电流测量保持 0.2%精度,消除磁滞回线和铁芯饱和带来精度误差的因素,满足价格低、低功耗,功能一体化的设计要求。 1 开环霍尔传感器原理 当有电流流过霍尔薄片时,在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势,这种现象称为霍尔效应,该电动势称为霍尔电势,半导体薄片称为霍尔元件。 1.1开环霍尔传感器原理 霍尔传感器根据检测原理可划分为开环霍尔传感器和闭环霍尔传感器。开环又称直测式,其工作原理如图 1所示。将霍尔器件安装在开有气隙的软磁环中,原边电流 Ip 产生的磁通量聚集在磁路中,并由霍尔器件检测出霍尔电压信号 VH,电压信号经过放大器放大后精确地反映原边电流大小。根据推导 [3],当 l1/μ1μ0<< l2/μ0 时,霍尔电势 VH 可等效为 (1) 其中: µ1为软磁材料磁导率; l1为磁环长度; l2为气隙长度; N为输入电流穿心匝数。 1.2 开环霍尔传感器优点 针对电网超小型智能化产品,要同时具备工频计量和故障时大电流测量,适用于电磁环境恶劣的安装现场,开环霍尔电流传感器为首选。 首先开环的霍尔电流传感器,原理简单,结构易于处理,由于对安装空间有一定要求,开环能满足安装空间狭小的情况;其次开环原理霍尔电流传感器的耐冲击电流更大,特别是在四十倍的冲击电流也不会对传感器造成损坏 ,当超过测量范围,也不会发生充磁现象;再有开环的功耗,接近于恒定,电流输出型 ,基本保持在 10MA左右 ,可以和 MCU共享电源 ,在对功耗要求比较高的场合只能使用开环 ;最后开环的电流传感,小切口,小尺寸,但是测量电流可以很大,满足对故障时大电流测量的要求。 图 1开环霍尔电流传感器原理 2 影响霍尔传感器精度分析 2.1 开环霍尔传感器精度因素 影响传感器精度的主要因素在于磁芯固定部分,外壳开模要充分考虑安装情况;穿心线位置是开合式开环霍尔传感器误差主要原因,居中安装设计要考虑影响开环霍尔传感器精度的因素主要有 [1]霍尔元件本身精度、寄生直流电势、不等位电势、温度影响及磁干扰等。文献 [2]介绍了不等位电势产生的原因,主要由霍尔器件本身材料、制造材料及结构特点决定。文献 [3]介绍了利用二极管进行霍尔驱动电流补偿。该方法补偿了霍尔器件霍尔电势系数带来的误差,补偿效果主要取决于霍尔器件与半导体器件漂移的一致性。 2.2 开合式开环霍尔传感器精度因素 开合式开环霍尔传感器采用开环或闭环原理设计,影响开合式开环霍尔传感器的主要因素有霍尔器件失调、霍尔器件灵敏度、磁芯材料、温度影响及地磁干扰等。另外,由于开合式原理的特殊结构,磁芯及外壳的综合设计是影响开合式开环霍尔传感器位置及精度误差的另一因素。 3 高精度开合式开环硬件设计 按照上述分析,影响霍尔传感器精度的主要因素有磁芯磁滞误差 (零点误差 )、穿心线位置误差、霍尔器件温度漂移及磁场干扰等。开环霍尔传感器综合考虑以上因素,是能够做到精度为 0.2级。几下面仅以开环开合式霍尔电流传感器设计为例,简单介绍提高其精度的几种方法。 3.1 霍尔器件选择 由公式 (1) 可知,影响霍尔器件灵敏度的主要因素有霍尔材料灵敏度、驱动电流、输入电流及磁芯开口。霍尔传感器材料有 InSb(锑化铟 )、 GaAs(砷化镓 )、两种。锑化铟价格贵但失调漂移小、灵敏度高,砷化镓高灵敏度略低但高稳定性。由于霍尔器件失调导致的输出偏差是影响霍尔传感器零点输出误差及输出漂移的主要原因,其主要表现在直流分量。灵敏度较高的锑化铟霍尔器件在高灵敏度条件下,霍尔器件失调漂移所占比例小 ,但是本文设计产品为工频测量,零点输出误差及输出漂移可以通过数字滤波去除,因此选择砷化镓霍尔传感器,利用其高稳定度和较高灵敏度的特点。 3.2铁芯材料及安装结构 磁芯作为霍尔传感器的主要聚磁器件,直接影响霍尔传感器检测的精度。由式 (1) 可知,为了获得较高的磁感应强度 B,要求磁芯:磁导率 μ1 较高、截面积 S 较大、磁路 l1 短及开口气隙 l2 小。磁芯材料选择高导磁材料,此时磁滞误差最小。当磁芯 l1/μ1( 磁路与磁导率之比 )<< 气隙 l2/μ0,可忽略散磁,减小产品输出位置误差对输出精度的影响。对磁芯结构设计要求配对的磁芯尺寸尽量接近,且安装后相对位置误差小,这是减少输入电流穿心线位置及零点输出误差的主要因数。 开合式开环霍尔传感器所采用的磁芯构如图 2所示,为减小位置误差,铁芯上下半环要求对称,使得铁芯的切口面完全契合,不产生错位;为适于大电流测量且易于饱和补偿,要求切口距离为合适,按照图 3(1)的 B-H曲线中的 A曲线的形状选择。图 2开合式开环磁芯结构尺寸为实际验证后的铁芯尺寸,该尺寸可以适用于交流 4000A的高精度测量。 图 2开合式开环磁芯结构 3.3线路板设计 文献 [4]介绍了辐射对半导体磁敏器件性能影响的研究,文中提出对霍尔器件进行辐射会不同程度地影响器件电磁性能。为了减少传感器测试干扰误差,需减少干扰对产品的影响。产品设计需考虑: 1) PCB 设计避免回路走线; 2) 考虑适当屏蔽、接地及滤波技术; 3) 减少传感器内部引线长度; 4) 适当增加 EMC 防护技术等。 4 高精度开合式开环软件设计 4.1 铁磁起始磁化及原付边电流曲线 铁磁性物质从磁感应强度 B=0、磁场强度 H=0开始磁化,所绘制出的 B-H曲线为起始磁化曲线,如图 3(1)曲线 A所示。 oa段,随着 H的增大, B急剧增大 ,ab段,若 H继续增大 ,B的增大减慢 ,饱和段 ,b点以后,再增大 H, B增大得很小,曲线上的 a点、 b点称为膝点、饱和点。 通过铁磁起始磁化曲线可以得到对应的原付边电流曲线如图 3(2)所示,图中 C为实测原付边电流曲线,其中 O1段为微小电流; 12段为小电流,非线性曲线; 23段为中等电流,线性曲线; 34段为大电流,欠饱和曲线, 45段为饱和曲线。 4对应膝点, 5对应饱和点。 图 3铁磁起始磁化及电流曲线 4.2低电流线性补偿曲线 图 3(2)曲线 B为近似曲线 C的虚拟直线,设其方程式为 y=kx,在曲线 C12段,简化为一条与虚拟直线相同斜率的直线 y=kx+b,其中 b为偏移量,对于特定的铁芯和结构, b是常数。 (2) 4.3饱和电流一元二次补偿曲线 图 3(2)曲线 C34段为欠饱和段,为计算方便,采用一元二次拟合曲线 (3) 图 3(2)曲线 C和 D为以 3为原点的双曲线,公式中 a、 b、 c为拟合曲线的一元二次方程系数,为常量, x为原边电流, y为付边电流。 根据测量的付边电流,代入 (3),可得校准后的实际原边电流。 4.4 设计案例 表 1:实测电流数据 Measured current data 原边通入直流 (A) 正向电压值 (V) 负向电压值 (V) 5000 2.86 0.445 5100 2.884 0.417 5200 2.908 0.394 5300 2.929 0.372 5400 2.949 0.353 5500 2.966 0.337 5600 2.979 0.322 5700 2.991 0.312 5800 3.002 0.301 5900 3.013 0.292 6000 3.022 0.281 由表 1知 5300A为膝点, 6000A为饱和点,根据在原边通过的正向和反向直流,得到正向和反向模拟输出电压值,按照公式 (3)用 matlab拟合出该曲线,再转化为采样离散值,对应的 a=0.000076314,b=0.152,c=7.4562。这样在每次采样到电流数值后,按照公式 (3)代入 a,b,c,直接得到原边实际电流值。 5结束语 笔者从霍尔传感器开合式开环原理入手,论述了影响测试精度的多种可能因素,并从实际的高精度开合式开环霍尔传感器设计着手,介绍了提高其精度的几种软硬件方法。最终将该系列设计方法应用到实际的产品开发过程中,使产品精度到达 0.2%,且一致性好。际的产品设计需结合产品的应用环境综合考虑,以开发出满足用户需求的具有高精度及高稳定性的产品。 参考文献 [1]程序 ,唐志国 ,李成榕 . 特高频传感器结构参数对其幅频特性的影响 [J].电网技术 2006.doi:10.3321/j.issn:1000-3673.2006.15.005 [2] 劳力云 . 四端霍尔元件的等效电路模型及其参数推导 [J]. 中国计量学院学报 , 1994, 7(1): 111-115. [3]罗志强 , 阳桂蓉 , 王进 . 霍尔传感器温度补偿电路设计 [J]. 兵工自动化 , 2014, 33(10): 87-88. [4]王军 . 辐射对半导体磁敏器件性能影响的研究 [D]. 青岛 : 中国石油大学 , 2007: 50-84.