时间：2022-06-29 19:39:22
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇测量仪，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】倾角测量仪；MSP430；加速度传感器；低功耗
1.引言
本超低功耗倾角测量仪的设计中，使用了TI公司的MSP430、TPS61070、TPS61040和TPS54331等器件和加速度传感器，实现了超低功耗高精度角度测量仪的制作。首先，我们使用MSP430单片机，此单片机不仅具有处理能力强、运算速度快、片内资源丰富等优点，而且具有超低功耗和间歇工作的优势。其在工作时工作电流只有200uA左右，当处于休眠状态时其工作电流在1uA左右，较好的满足了超低功耗和控制运算的需求。在实际使用中，我们让它工作在2.5V，省电模式下RAM数据保持在低功耗模式，消耗电流仅0.1μA。其次，设计中还使用了TI公司的芯片TPS61070和TPS61040组成两级BOOST升压电路，相对于反激式升压电路相比，该方案不但效率高，而且有利于降低电源损耗。在选择降压电路方案中，使用了TI公司的TPS54331芯片组成BUCK降压电路。当25V将至2.5V时普通的线性降压芯片效率只有10%，但是这块芯片在轻载情况下效率也可达到30%以上，而且功耗低。此次设计中，主要使用TI的芯片，性能很好，对制作的实现起到了促进作用。
2.方案设计与论证
本设计要求通过测量重力加速度进行角度测量，并保证精度达到±1度以内，用2200uF电容供电，在工作情况下能持续工作60秒以上，并用1.5V干电池给电容充电。
2.1 控制系统的比较与选择
方案一：采用DSP，具有高精度，运算速度快的优点，但DSP功耗高，不满足本设计低功耗要求。
方案二：采用ATML的12C5A16AD，这款单片机价格便宜，但是运算速度比较慢，功耗大，不符合本设计的要求。
方案三：采用TI公司的MSP430单片机为控制系统。此单片机不仅具有运算速度快的特点而且具有间歇工作的优势。在工作时其电流在200uA左右，当处于休眠状态时其电流在1uA左右，较好的满足了超低功耗的要求和控制运算需求。
综上论证选取方案三。
2.2 测角传感器比较与选择
方案一：MMA7455，它是10位精度三轴数字加速度传感器，具有I2C，SPI通信接口，但是测量结果偏差较大，需要校正。
方案二：MMA8452加速度传感器，此传感器是一款智能、低功耗、三轴、电容式微机加速度传感器，具有体积小，重量轻和丰富嵌入式的特点，可以减少整体功耗，有利于实现系统的超低功耗运行。此传感器具有12位高精度，偏差小，不需要校正的优点，而且能够返回数字信号，有利于信号采集与功能实现。
综上论证选取方案二。
2.3 供电降压电路选择
方案一：用7805组成线性降压电路。选用7805虽然能将电压降到要求值，但是，7805的工作原理就是将额外的压降加在了芯片上，当电压由25V降到5V时，7805会严重发热，功耗很大，在超低功耗下很难工作。
方案二：用TPS54331芯片构成开关型BUCK降压电路。TI的TPS54331芯片集成了MOSFET与控制系统的功能，可以实现25v到3.3v的稳压。用此芯片实现的开关型BUCK降压电路功能，比功耗小，效率也高。
综上论证选择方案二。
2.4 充电升压电路选择
方案一：用反激击式升压电路，此电路虽然实现输入输出隔离，但是此方案工作效率低，功耗大，不利于1.5v蓄电池长期使用。且反激式电路需绕制高频变压器，占用空间较大，不利于使用。
方案二：用TI公司的芯片TPS61070和TPS61040组成两级boost升压电路，相对反激式升压电路相比，该方案效率高，易于低功耗设计的实现。
综上论证选择方案二。
2.5 系统总体结构设计
通过以上方案选取我们的系统总体结构为通过boost升压电路，将1.5V电压升到充电电压25V给电容充电。用充好电的电容通过BUCK电路降压对测量仪进行供电，通过测试按键发出信号后测量仪进行测量后显示。系统设计框图如图1。
3.理论分析和计算
3.1 倾角的计算方法
低功耗单片机控制，通过MMA8452加速度传感器将加速度在X、Y、Z轴上（芯片坐标轴如图2）的分量通过I2C通信传到单片机里，根据几何关系进行角度计算后由HT1621驱动的4位LCD角度显示。显示分辨率为0.1度，精度达±1V，测角范围为0-90度。
从倾角传感器输出到单片机的是重力加速度的XYZ轴分量，通过以下公式计算出：设X轴与水平面仰角α度，将坐标系投影到XZ平面，可得一平面坐标系，由此可求得各轴上的静态加速度值：
经传感器采集后输送给单片机Ax、Ay、Az三个数字量，其中，，，角度值。
3.2 理论功耗分析
3.2.1 单片机功耗
MSP430此单片机不仅具有运算速度快的特点而且具有间歇工作的优势，在工作时其电流在200uA左右，当处于休眠状态时其电流在1uA左右，较好的满足了超低功耗的要求和控制运算需求。
我们选用的MSP430单片机在典型的200KHZ时钟、2.5V电压下工作时，仅消耗2.5μA，在1MHZ时钟、2.5V电压下工作时有250μA，在RAM数据保持在低功耗模式下消耗电流仅0.1μA。它具有5种工作模式，不同模式下消耗在0.1～400μA间，待机模式下消耗仅0.8μA。将CPU置为省电模式，可以大大减小能耗。
3.2.2 显示器功耗
HT1621驱动的段位显示屏，此显示屏虽然屏幕比较小，显示内容有限，但是此显示屏可以在极低功耗下工作，外接32KHZ晶振，而不用内置时钟源，可以将工作电流控制在60μA以下。与普通的LCD显示屏相比，此显示屏不用背光，断码显示，用I2C总线传值，功耗更低。此显示器驱动芯片有间歇模式，处理完指令后可以进入间歇模式，等待激活后继续处理数据。这样可以大大降低功耗。
3.2.3 加速度传感器功耗
我们用的MM8452加速度传感器可以低功耗和正常两种模式。
如图3所示，此传感器开启后可以工作在唤醒和休眠2种模式下，当可以设定工作时长，节省能耗。低功耗模式下工作电流仅为14μA，正常模式下工作电流为24μA。
3.2.4 供电电路功耗
用TPS54331芯片构成开关型BUCK降压电路。TI的TPS54331芯片集成了MOSFET与控制系统的功能，可以实现25v到0.8-5v的稳压。用此芯片实现的开关型BUCK降压电路功能，比线性电源功耗小，效率也高。
我们为了进一步降低功耗，将单片机供电调整到2.5V，可以使MSP430工作在极低功耗下。
4.电路与程序设计
4.1 电路设计
4.1.1 Buck降压电路
由于电容电压为25V，所以必须采用降压电路将电压降到2.5V后对电压和加速度传感器供电。为了减小功耗采用TI公司的的TPS54331芯片组成buck电路。此芯片组成的Buck电路最大极限是由28V降到0.8V，且该芯片稳定性好，精度准，功耗低等优点。Buck电路图如图4。
4.1.2 充电装置电路
用1.5V干电池对电容进行充电，要求充电到25V。所以要将1.5V电压经过升压电路升到25V。我们采用TI公司的TPS61040和TPS61070芯片组成两个Boost电路，分两级将1.5V升到5V再生到25V。TPS61040芯片最大升压范围是由1.8V到28V。TPS61070芯片最大的升压范围是由0.9V到5.5V。所以由单独一片芯片不能制成由1.5V到25V的Boost升压电路，故采用两级升压。这两种芯片都具备稳定好，精度高，功耗低等特点，对充电稳定有重要意义。充电装置电路图如图5-1。
TPS16070芯片将电池1.5V电压升至5V，参数R1，R2及确定：根据芯片要求R2取180KΩ，R1=R2（Vo/VB-1）=180k*（5/0.5-1）=1.62MΩ，电容C2=3pF（200k/R2-1）=0.33pF。TPS61040芯片将上级输出升至25V，通过调节电位器R5来调节输出，其中输出Vout=1.233（1+R4/R3），通过调节R3与R4值可以改变输出电压。
4.1.3 加速度传感器电路
测试按键与单片机相连控制是否进行测试，单片机与MMA8452加速度传感器通过I2C通信，由单片机与显示器连接进行显示，加速度传感器电路图如图6。
4.1.4 总体设计电路图（如图7、8）
4.2 程序结构与设计
程序流程判断图如图9所示。
系统供电后，单片机启动首先进入休眠状态，并实时监测是否有键按下，若无键按下，继续等待；若有键按下则根据按键功能进入测量状态或模式转换显示，然后由液晶显示新测量的数值，单片机重新进入休眠状态，继续检测是否有键按下。
5.测试方案和结果
5.1 测试方案
调整好水平台，将斜坡放在水平台上，将电容充好电后尽快的接入测量仪中，然后调整斜坡进行测试观察电容能工作时间和测量的角度。
5.2 测试结果
如表1、表2所示，2200uF电容供电，以每5秒一次的频率进行测量时，测量仪工作时间约3分钟。
100uF电容供电，可工作时间约为20秒。
6.结论
本超低功耗倾角测量仪由于设计合理，结构简单，方案选取恰当，单片机、芯片和电阻电容等参数选取合适，所以很好的满足基本和发挥要求，真正实现超低功耗的功能。本设计以超低功耗为目标，设计制作，较好的完成了超低功耗工作的目标，并实现了较高的精度，成功的完成了设计目。该作品可用于实际测量，在实验室及工业生产中可作进一步推广。
参考文献
[1]马光.单片机原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2006（1）.
[2]马淑华，王凤文，张美金.单片机原理与接口技术（第二版）[M].北京：北京邮电大学出版社，2007.
[3]张加胜，张磊.电力电子技术[M].东营：中国石油大学出版社，2004（6）.
[4]刘润华，李震梅.模拟电子技术基础（第二版）[M].东营：中国石油大学出版社，2007（1）.
[5]段晓敏，李杰，李文怡.基于MEMS加速度计的数字倾角测量仪的设计[A].电子设计工程，2009，17（8）：71-72.
[6]周庆飞，徐明龙.基于MSP430的高精度倾角测量系统设计与实现[B].自动化与仪器仪表，2011，153：40-42，48
[7]郭俊杰，赵维谦，邱丽荣等.基于差动电容的高精度倾角测量系统设计[B].传感器与微系统，2009，28（8）：96-98.
[8]唐原广，赵曙东.基于单片机的倾角测量系统[B].微计算机信息，2007，23（3-2）：95-97.
[9]谢浩元，喻言，欧进萍.基于无线倾角传感器的桥梁扰度测量研究[A].防灾减灾工程学报，2010，30（增刊）：31-34.
[10]王志辉，康绍峥，李宁等.无线数字式倾角测量系统设计[J].
基金项目：国家大学生创新创业训练项目（编号：20111080）。
关键词 热铺层；厚度测量仪；设计方法；成本控制
中图分类号：U418.6
文献标志码：B
文章编号：1000—033X（2012）07—0065—03
0 引言
在公路养护与工程施工工艺的沥青混凝土路面摊铺过程中，沥青混凝土厚度的控制对施工成本控制、路面平整度、路面质量和验收都具有非常重要的影响。目前，对沥青混凝土热铺层的厚度测量一般采用十字螺丝刀套一个矿泉水瓶盖插入热铺层，再用刻度尺测量螺丝刀插入深度来获得测量数据。这种方法存在很大的测量误差，精确度不高，使工程成本难以控制，且很容易因人为因素造成路面平整度下降（沥青摊铺机自动调平系统中的手动旋转找平仪滑杆一圈可调整厚度范围为0.2cm）。
如果用深度游标卡尺进行测量，由于沥青混凝土热铺层温度高（普通沥青混凝土温度达150℃，改性沥青混凝土达170℃），而且混凝土中沥青具有强粘性，现有游标卡尺在使用过程中容易因发热引起安全隐患。主标尺容易在测量过程中因磨损而造成测量误差，主标尺粘上沥青后滑动困难，深度测量零位不可调节，使用不方便，因此深度游标卡尺实用性不强。
申请日为2007年5月22日，公告号为CN201045574的中国实用新型专利公开了一种便携式保温层厚度测量仪。该测量仪主体为带有刻度的圆柱尺体，尺体头部设为平头圆锥体，尾部设为握柄，尺体外设有护帽。由于所设护帽是为了使用完毕后套入尺体方便携带，因而在测量温度较高的沥青混凝土热铺层时无法隔热。且所述测量仪仅包括一个尺体，使其测量的精度受到了限制。
1 厚度测量仪设计
如图1所示，厚度测量仪包括主尺、动尺、隔热手柄、自动复位弹簧、零位调节螺母和零位调整锁紧螺母等部件。动尺设置在主尺中部，并与其通过滑动间隙配合；隔热手柄套在主尺一端外部，并与其紧固连接。与现有技术相比，本设计提供了一种能够精确测量沥青混凝土热铺层厚度的厚度测量仪。
1.1主尺（含隔热手柄）
主尺设计如图2所示，外部包裹隔热手柄，隔热手柄采用耐高温材料制作而威，方便摆放、作业和携带，主尺上标有标准刻度，测量范围根据动尺移动距离来确定。主尺设计要求应方便加工制作，可采取整体车加工或者铸造加工而成。
1.2动尺
动尺设计如图3所示，包括动尺基部和动尺测量头两部分为方便测量头拆卸。动尺基部和动尺测量头之间采用螺纹连接，动尺测量头的宽度比动尺基部窄。动尺测量头与零位调整螺母滑动间隙配合；动尺基部与主尺之间滑动间隙配合。
1.3零位调节系统
零位调节系统由零位调整螺母和零位调整锁紧螺母组成，二者均通过螺纹联接固定在主尺尾部。外部设置有隔热套，隔热套采用耐高温材料制作而成。零位调节系统能有效消除因测量头磨损带来的测量误差，零位调节范围可根据主尺尾部螺纹范围来确定。
1.4自动复位弹簧
自动复位弹簧设置在主尺和动尺测量头之间的空隙中。弹簧设计要求耐疲劳、耐高温，且具有较强的弹性零位复位功能，设计时应充分考虑适合的弹簧弹力来确保测量简便。
1.5测量仪装配
测量仪装配如图4所示，动尺基部与主尺之间是滑动间隙配合，动尺测量头穿出主尺，和零位调整螺母之间采用滑动间隙配合，并可滑动，从该零位调整螺母中间孔穿出。在主尺和动尺测量头之间的空隙中，设置有自动复位弹簧。两个动尺锁紧与拨动螺栓固定连接在该动尺基部上。该动尺基部的正面标有与主尺配合的长度刻度值；动尺测量头采用耐磨合金制作成，呈圆锥平头型，可拆卸更换。此外，为了降低加工难度，本设计的动尺基部还包括刻度部分和基尺部分，并采用螺丝连接固定成一体。动尺锁紧与拨动螺栓固定连接在所述动尺基部上。
2 厚度测量仪的具体实施方式
测量时，测量人员手握隔热手柄，推动动尺锁紧与拨动螺栓，将动尺测量头推出并垂直插入沥青混凝土热铺层，在动尺测量头顶住热铺层下层路面或基层，且零位调整螺母下表面刚好顶到热铺层上层时，拧紧动尺锁紧与拨动螺栓，从而固定动尺。之后拔出测量仪，结合主尺和动尺的刻度读出沥青混凝土热铺层的测量厚度，即可简单、方便、安全地得到精确的测量数据。测量结束后，直接用纸巾或毛巾将测量仪上粘有的沥青和杂物擦净（事先可涂抹油减少沥青料的粘结），松开动尺锁紧与拨动螺栓，动尺在自动复位弹簧的作用下自动复位。
当厚度测量仪被多次使用后，动尺测量头会因磨损而变尖或者变短，此时可以将动尺测量头推出，采用机加工或者砂纸打磨成一定的圆锥平头，并将其复位，调节零位调整螺母进行调零设置，调零设置后用零位调整锁紧螺母锁紧。当动尺测量头磨损到一定程度时，可以单独更换动尺测量头，并重新进行调零设置。这样可以有效节约材料资源，降低购置成本。此外，如果沥青混凝土热铺层下面为多孔隙面层时，为减少测量误差，应采取多次测量来对比取值，同时测量仪器还可设计采用三连杆测量系统，这样就能大大减少因底面层空隙对测量厚度造成的影响误差。同时，本测量仪数据显示方式也可以加载位移传感器，通过数据转换后采用数显方式进行数据读取。
3 结语
【关键词】 期间核查 核查方法 核查方案 核查实施
计量工作中检定、校准的工作质量直接影响到经济领域、社会生活和科学研究中量值统一和准确可靠。所以计量检定、校准工作首先要保证我们所使用计量标准器及相关的配套仪器设备的的准确可靠，这一目标是靠量值溯源实现的。在量值溯源这个周期内如何监控测量仪器的可信度，这就是我们这里所说的期间核查。它是监控测量仪器周期内可信度的一种手段。下面从期间核查定义及其意义、核查计划及准备、核查的实施及不合格的处理方面加以介绍。
1 期间核查及重要意义
1.1 什么是期间核查
期间核查是指对测量仪器在两次检定或校准的时间间隔内进行的核查。期间核查的目的是在两次检定或校准的时间间隔内保持测量仪器检定或校准状态的可信度。也就是对测量仪器的示值在规定的时间间隔内是否保持其在规定的最大允许误差或扩展不确定度或准确度等级内的一种核查。
1.2 期间核查与检定校准的区别
检定或校准是在标准条件下，通过计量标准确定测量仪器是否合格。而期间核查是在两次检定或校准之间，在实际工作的环境条件下，对预先选定的同一核查标准进行定期或不定期的测量，考察测量数据的变化情况，以确认其校准状态是否持续可信。
检定或校准必须由有资格的计量技术机构用经考核合格的计量标准按照规程或规范的方法进行，用高一级的计量标准对测量仪器的性能进行评估，具有溯源性。期间核查是由本实验室人员使用自己选用的核查标准按照自己制定的核查方案进行，是在使用条件下考核测量仪器的性能有无明显变化，不具有溯源性。
1.3 期间核查对于计量技术机构保证工作质量具有现实意义
实验室一般对仪器进行定期检定或校准，以保证其量值的溯源性，并加以必要的维护和保养，以保证设备的有效性和可靠性。因此，大多数实验室认为，只要对仪器进行了定期检定或校准，仪器就是可靠的，出具的数据就是有效的，使仪器的期间核查成为实验室最易忽视也最不重视的环节。实际上，使用频率高、易损坏、性能不稳定的仪器在使用一段时间后，由于操作方法，环境条件如电磁干扰、温度、湿度、以及移动、震动等因素的影响，并不能保证检定或校准状态的持续可信度。因此，实验室应对这些仪器进行期间核查。比如，分析天平是实验室称取物质质量的常用仪器，使用频率最高，容易受到被称量物质的污染，过载、使用不当还会造成刀口损坏，影响天平的灵敏度和准确度。此外，仪器的信噪比、单色光带宽、杂色光强度和样品室、比色皿的污染等都可能影响仪器的灵敏度和准确度。实验室应针对具体的仪器进行分析研究，掌握仪器分析原理和性能特性以及可能影响检验结果准确性和稳定性的因素，确定需要进行期间核查的仪器名称，编制相应的期间核查方法。
仪器的期间核查并不等于检定周期内的再次检定，而是核查仪器的稳定性、分辨率、灵敏度等指标是否持续符合仪器本身的检测/校准工作的技术要求。针对不同仪器的特性，可使用不同的核查方法，如仪器间比对、方法间比对、标准物质验证等。期间核查的时间间隔一般以在仪器的检定或校准周期内进行一二次为宜。对于使用频率比较高的仪器，应增加核查的次数。实验室应根据仪器的性能和使用情况，在规定的时间间隔内，使用相应的核查方法对仪器进行期间核查，只要检查方法有效，周期稳定，期间核查能及时发现测量仪器技术指标的变化，如发现超差现象，能及时预防和发现不合格的仪器并避免误用，保证检验结果持续的准确性、有效性，为顾客和社会提供可信的数据和满意的服务。
2 期间核查的计划与前期准备
2.1 期间核查对象的确定
并不是所有的仪器均需期间核查，需要期间核查的仪器设备由仪器设备管理员制定仪器设备期间核查计划。通常包括以下设备，实验室的计量基准、参考标准、传递标准、工作标准。对于辅助设备及其他测量仪器是否进行期间核查，应根据在实际情况下出现问题的可能性、出现问题的严重性及可能带来的质量追溯成本等因素，合理确定是否进行期间核查。一般从以下几个方面考虑：对测量结果的质量有重要影响的关键测量设备的关键值；具备相应的核查标准和实施核查的条件；不够稳定、易漂移、易老化且使用频繁的测量设备；经常携带到现场检测的的测量仪器；使用频次高的和使用环境恶劣的检测设备；曾经过载或被怀疑出现过质量问题的测量设备；有特殊规定的或仪器使用说明书中有要求的。
有些设备无需单独实行期间核查。如检测中使用的采样、制样、抽样的设备；没有量值要求的辅设备；计算机及设备；性能稳定的实务量具，如砝码、；量块等。
2.2 期间核查方案的制定
核查方案的制定要考虑到所要控制的测量过程的工业特性或要监控的设备的技术指标，如准确度、重复性、复现性；核查标准的技术指标，主要是稳定性；核查控制线的计算及过程是否在控的判断方法；由于不同测量标准实现量值传递过程不同，根据不同情况选择核查方法以及根据具体情况选择核查次数。一般概括为以下内容：选用的核查标准、核查点、核查方法、核查程序、核查频次、核查记录的方式、核查结论的判定原则，发现问题采取的措施。
2.3 期间核查标准的选择
核查标准应具有需核查的参数和量值，能由被核查仪器、计量基准和计量标准测量；核查标准应具有良好的稳定性，某些仪器的核查还要求核查标准具有足够的分辨率和良好的重复性，以便核查时能观察到被核查仪器及计量标准的变化；必要时，核查标准应可以提供指示，以便再次使用时可以重复前次核查实验时的条件，例如环规使用刻线标示使用直径的方向；由于期间核查是本实验室自己进行的工作，不必送往其他实验室，因此核查标准可以不考虑便携和搬运问题。
2.4 测量范围和测量参数的选择
期间核查不是重复检定或再校准，不需要对测量设备的所有参数和所有测量范围进行核查。实验室可根据自身的实际情况和实际经验进行，有如下情况：
原则上对设备的关键参数应进行期间核查。但是对于多功能设备，应选择基本参数。例如，对数字多用表可选择直流电压和直流电流，因为电阻可以由直流电压和电流导出；而交流电压和电流是通过积分转换为直流电压和电流的。
选择设备的基本测量范围及其常用的测量点进行期间核查。例如，对于数字多用表的直流电压可选择10V进行期间核查，因为其内部基准电压为10V；而直流电流可选择1mA，因为其内部直流电流为1mA的恒流发生器。又如，电子天平可选择100mg进行期间核查，因为电子天平通常配备有100mg的砝码。必要时，可选择多个测量点进行期间核查。
2.5 期间核查时机的确定
期间核查的目的是保持测量仪器的可信度，只有准确掌握核查时机及核查频次才能达到这一目的。期间核查一般分为定期和不定期的期间核查。根据测量仪器使用的条件、频度及仪器可靠性资料，规定期间核查的时间间隔。
定期的期间核查：期间核查为了能充分反映实际工作中各种影响因素的变化，则核查时必须注意保持所有实验室条件的复现，才能够保证数据变化只反映仪器被核查参数的变化。测量仪器刚完成溯源时做首次核查，有利于确定仪器的初始状态参数，以便观察数据的变化。首次核查正常状况下必须确定在这一时间。应规定两次核查之间的最长时间间隔，除首次核查外一般正常使用的仪器周期内做两到三次核查为宜。其他具体情况视被核查仪器的状况、使用状况和计量检定人员的经验具体确定。
不定期的期间核查一般有以下状况：测量仪器即将用于非常重要的测量、或非常高准确度的测量、测量仪器的准确度要求已接近测量仪器的极限时，测量前应进行期间核查；大型测量仪器的环境温湿度或其他测量条件发生了大的变化，刚刚恢复；测量仪器发生了碰撞、跌落、电压冲击等意外事件后；对测量仪器性能有怀疑时。
3 期间核查的贯彻实施
3.1 期间核查的程序文件及作业指导书
期间核查程序文件应包括以下内容：需要实施核查的测量仪器；核查方法和评审程序；核查的职责分工和工作流程；出现过程失控或发现有失控趋势时的处理程序。
期间核查的作业指导书应规定：核查对象和核查标准；测量的参数和测量方法以及测量点；核查的记录信息和记录的保存；必要时，核查曲线图或核查控制图的绘制方法；核查频次及临时增加核查的特殊情况；核查结果的判定原则与核查结论。
3.2 期间核查方法
通用的期间核查方法：当设备经高一级检定或校准后，立即进行首次期间核查，将参考值y0（一组测量的平均值，次数一般要求大等于10）赋予核查标准。隔一段时间按核查计划进行第一次核查，得到核查数据y1（同y0是平均值并同一点）。按计划重复上述步骤，直到n次核查，得到各次核查数据y1，y2，…，yn。以被核查测量仪器的最大允许误差或计量标准的扩展不确定度确定核查控制的的上下限。即y1，y2，…，yn在[y0-Δ，y0+Δ]或[y0-U，y0+U]即可，说明被核查的测量仪器处于可信状态。
测量过程控制的控制图法：控制图是对测量过程是否处于统计控制状态的一种图形记录。一般对于准确度较高的计量基、标准采用。控制图通常成对使用，平均值控制图主要用于判断测量过程中是否受到不受控的系统效应的影响。标准差控制图和极差控制图主要用于判断测量过程中是否受到不受控的随机效应的影响。控制图法可详见《计量标准考核规范》附录。
3.3 核查记录的内容、形式及保存
核查记录是证明测量仪器在某个时刻的状态，记录的内容应充分、完整，以便多次数据具有可比性。包括以下内容：依据的技术文件；被核查仪器的信息即名称、编号、型号生产厂等及相关技术指标；核查标准的信息即名称、编号、型号生产厂等及相关技术指标；核查时的环境参数如温度、湿度、振动等；核查的相关信息即时间、参数、操作人员；原始数据的记录及处理，必要时做核查曲线或控制图；核查结论。
记录的形式及保存：可以把上述内容用表格的形式，或表格与图并存表示。将原始数据和核查曲线按程序文件的要求保存和管理。也可用电子文档形式保存，以便数据更新和查阅。
3.4 对核查不合格的处理
在期间核查时要能及时发现核查过程中的异常和可疑情况，发现被核查仪器的技术状态异常，应进行分析、查找原因，可更换核查方法和增加核查点，必要时应进行提前检定或校准，或对不符合结果及时制定预防和纠正措施。
参考文献：
关键词 氧量测量仪；调试；维护；故障排除
中图分类号 TP336 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)071-0220-02
氧量测量仪主要用于测定锅炉烟气中的氧分压即氧气的体积百分数含量（简称氧含量或氧量），通过安装氧化锆氧分析仪，在线实时监测烟气中的氧含量，调节空气和燃料的最佳配比，实现优化燃烧。在节能减排、安全环保诸方面具有重要意义和显著经济、社会效益。
1 氧量测量仪工作原理
氧量测量仪由氧化锆探头（下文简称锆头）和氧量变送器两部分组成，氧化锆探头用于将含氧量转化为mV信号，氧量变送器再由mV信号计算出氧量。锆头的核心部件是氧化锆固体电解质氧浓差电池。氧浓差电池由参比半电池和测量半电池组成，两个半电池间用氧化锆固体电解质连接，实际上就是一根氧化锆管，涂于氧化锆管内外壁上的多孔性铂膜作为两个半电池的电极，供引出氧浓差电势用，在高温下当其两侧气体中的氧浓度不同时即产生氧浓差电势，当温度一定时，仅跟两侧气体中的氧气含量有关，通过测量氧浓差电势，即可测得氧气含量比，只要一侧氧气含量固定，就可求得另一侧氧气含量。
2 氧量测量仪日常维护要点
1）仪器在使用1500-2000小时以后，需要对其准确度进行检查，方法是按正常使用时的操作程序通入氧标准气，观察其指示的读数和标准气氧含量的差值，若大于仪器的规定误差，就需要进行校准。校验的方法是先调好标气（氧含量为4%左右，流量300 mL/min～500 mL/min），再将连接软管与探头“标气入口”相连，校验量程气可采用干燥的空气。若所测值与标气值有差别，可调节本底电势，把氧量值调节到与标气值相同。本底电势一般为负值，绝对值要小于20 mV，否则锆头可能老化。校准过程中，应保证不漏气。校准完毕后，应拧紧“标气入口”螺帽。
2）需对仪器气路的密封性进行检查，检查方法为封死进入仪器取样管道，在变送器侧加压至1 MPa，压力能稳定1-2分钟，则表示取样管道无泄露。
3）由于氧量测量仪是长期在线测量，烟气中的粉尘含量大，锆头陶瓷过滤器和进气孔容易被堵塞，使用一段时间后需定期拆出清理，探头再拆装过程中注意避免剧烈震动，以免损坏。
4）由于锆头锆管长期在高温的环境下工作，容易使得锆管性能破坏，出现锆管内阻增大，误差变大，并反映迟钝。因此，在仪器使用一年后要检查锆管的老化程度。方法是先把仪器升温稳定，通入5分钟空气后关闭流量计调节阀，用电阻计测量锆管电极的热电阻，如果电阻大于（80-100）Ω，说明锆管已经老化，必须进行更换。
5）更换锆头时，要注意保护电极与锆头螺旋接触面，更换锆头后，应校正氧化锆的氧浓度显示值。如不进行此项工作，氧化锆检测的氧浓度可能会与实际浓度产生偏差，从而印象测量。
6）在停炉或者氧量测量仪退出使用时，不能在切断电源的情况下放置在烟气管道内，应保持加热器供电以防止锆头和锆管被腐蚀。
3 氧量测量仪在应用中出现问题的分析及解决
在实际工作中，仪器会出现各类故障，根据故障现象，我们分析出引起仪器故障的原因以及排除方法，如表1所示。
4 氧量测量仪安装应该注意的问题
1）因为测量元件是氧化锆陶瓷，质地脆弱，应选择无振动、无明火燃烧的地点安装，并要防止有害气体流经探头检测点，否则将造成很大的测量误差（示值偏大）。因此，在探头插入烟道安装完毕后，应用密封材料，把探头边缘缝隙堵死。
2）由于锆头必须工作在（750±100）℃的地方，所以直插式探头应安装在（750±100）℃的烟道处，如果所选定的测量点温度过低，测出的含氧量会偏大；温度过高，一方面影响探头使用寿命，另一方面会使氧量变送器的温度补偿精度降低。如果因工艺或设备条件限制，不能采用直插式，可采用旁路插气恒温式，即烟气从烟道抽出，经旁路管，探头安装在旁路管内，并自动恒温在750℃左右。
3）当烟气中含有CO，H2，CH4等可燃气体以及硫化物，且工艺上无法消除或减少上述气体时，可采用旁路式探头，将待测烟气抽出，经水洗处理，减少上述气体，然后再经探头检测，但此测量方法会引起测量误差。
4）由于探头一般是直接插入烟道中，即使是使用比较干净的气体燃料，探头上过滤器的堵塞也是不可避免的。因此，应在探头过滤器表面安装防尘罩。
5）锆头最好能在停炉时安装，如果做不到这一点，则安装探头时，就应该格外小心。因为探头的过滤器是碳化硅材料，其热性能差，遇到温度突然变化时，就容易爆裂、破碎。所以探头安装时，应该缓慢地、逐步地插入测量烟道。
6）锆头最好是垂直安装，同时应安装在可以用法兰固定的炉墙或烟道墙上。锆头安装孔，必须垂直墙的外表面，安装孔的尺寸要留有足够的余量。
7）氧量变送器安装地点，应满足温度和湿度的规定要求，同时由于变送器内部结构为插件式电路板，所以应避免振动和污染，以防插件接触不良。探头至变送器的信号线宜屏蔽，而且宜与电源线分开布线，减少电磁干扰。
5 结束语
氧量测量仪投运初，运行良好。随着时间的推移，由于工艺及其他种种原因导致锆头容易老化和积灰，锆头寿命基本上只有1-2年，如何解决锆头老化以及积灰的问题是我们以后需要思考的问题。
参考文献
[1]章顺增,李仲杰,黄必胜等.氧分析仪常见故障及消除方法[J].在线分析仪表维修工第一版[M].北京:化学工业出版社,2003:163-165.
[2]王森.电化学式氧分析器在线分析仪表维修工必读[M].北京:化学工业出版社,2007:92-108．
【关键词】虚拟仪器 测量 LabVIEW
1 虚拟仪器概述
虚拟仪器（Virtual Instrumentation）是一种计算机控制的仪器系统，以通用化计算机作为核心的硬件平台，由使用者自己设计定义，具有计算机操作界面，测试功能由软件来实现。它通过应用程序，将通用化计算机与功能化硬件相结合，这样使用者可以通过友好图形界面，自己操作计算机，完成对被检测量的采集、判断、分析、显示、存储数据等功能。
1.1 虚拟仪器与传统仪器的比较
虚拟仪器是以计算机为基础的软硬件测试平台，它可代替传统测量仪器并自由构建专有仪器系统。传统的测量仪器受到硬件的限制不能发挥很大的互联。而虚拟仪器将仪器硬件搭载到计算机平台，再加上应用软件，将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合，大大缩小硬件成本和体积，通过软件实现对数据的显示、存储及分析处理。
1.2 虚拟仪器系统的构成
虚拟仪器系统由硬件和软件构成，硬件是基础，软件是核心。基本硬件是计算机和信号采集调理部件。计算机自身包括微处理器、储存器、显示器等部件；信号采集调理部件为GPIB仪器控制模块，VXI/PXI，仪器模块/总线标准模块以及数据采集卡。软件构成主要有开发平台软件和用户应用软件。目前使用最多的计算机语言是美国国家仪器公司（national instruments，NI）的LabVIEW。LabVIEW全称laboratory virtual instrument engineering workbench（验室虚拟仪器集成环境），是功能强大灵活的仪器和分析软件应用开发工具，图形化，用图标来代替文本行，创建应用程序。
LabVIEW具有以下主要特点：图形化的仪器编程环境；高效内置的程序编译器；灵活的程序调试手段；数据采集与仪器通信应用的支持；数据处理和分析函数库；支持多种系统平台；开放式的开发平台等。LabVIEW程序包括三个部分：前面板、框图程序、图标和接线端口。前面板模拟真实仪器前面板；框图程序利用图形语言控制前面板上的对象；图标和接线端口把LABVIEW程序定义成子程序，实现模块化编程。
2 虚拟电子测量仪器概述
2.1 传统仪器测量系统概述
传统电子测量仪器，如信号发生器、逻辑分析仪、示波器、频谱分析仪等，都是硬件化的技术方案，因其结构上的先天局限性，决定了相互之间没有令人满意的互联与通信机制，不能实现充分的信息与资源共享，所以在不改变设计思路的情况下，难以组建成综合测试系统或电子测量平台，也就不能完成对被测系统的综合分析、评估，进而得出准确判断。
2.2 虚拟电子测量仪器集成系统设计概述
虚拟仪器技术是以计算机为核心的测试测量仪器组建技术，由计算机操纵，利用高性能的软硬件平台及模块化硬件板卡，结合高效灵活的应用软件，完成各种测量、测试任务；除信号的输入输出外，测量、控制、分析、变换、显示等功能均由软件来实现。
2.3 虚拟仪器与传统仪器测量系统比较的优点
虚拟仪器技术的优势是，使用者可以自定义专用仪器系统，功能灵活容易构建，应用面广。它符合“硬件软件化”发展趋势，被称作“软件仪器”。它的功能齐全且多样化，价格合理，因此具有很强的竞争力，在仪器计量领域有很大的发展空间。它主要有以下特点：软件是虚拟仪器的核心；性价比高；缩小仪器厂商与使用者之间的距离；扩展性强，开发维护费用低，可配置性强；有良好的人机交互界面；信息量大，测试过程完全自动化，数据可编辑、打印、存储，有完整的时间记录和测试说明；通过软、硬件的升级，可便捷地提升测试系统的水平和能力；信号电缆少，故障率低，有操作保护；系统开放、灵活，功能可更改，技术更新快；可以和其他设备互联；软、硬件都具有模块化、开放性、可重复使用及互换性等特点。
3 虚拟电子测量仪器设计原理
虚拟电子测量仪器的软件应用程序，由LabVIEW编程环境开发，动态链接库通过CLF节点调用，达到与USB控制器的互联通信。LabVIEW程序编写分为前面板和后面板，前面板有登陆界面和各个虚拟仪器界面。后面板是编程程序框图，对前面板的各个模块进行编程，再把它们整合在一起，组成一个大的、整体的程序框图。
程序设计中，使用软件模板提供的旋钮、按钮、开关、数字显示、图表、图形等控件，在前面板设置输入输出对象，按照使用者的实际需求，设计图形化交互界面。框图程序设计是图形化程序的源代码，与前面板一一对应，使用软件提供的结构控制、数值运算、字符串运算、数组运算、布尔运算、信号分析、波形处理、文件输入输出、仪器控制等控件，按照使用者的需求，控制和分配前面板的输入输出。程序中的数据信号根据程序逻辑关系，沿数据线流动，满足“数据流驱动”。
在虚拟电子测量仪器中，硬件部分由USB控制卡，信号发生卡和信号采集卡组成。12V电源供电，通过USB2.0连接到计算机，与软件连接相通。
参考文献
[1]林君，谢宣松等.虚拟仪器原理及应用[M]. 北京：科学出版社，2006.
[2]李江全等.虚拟仪器设计测控应用典型实例[M].北京：电子工业出版社，2010.
[3]李江全，李玲，刘媛媛.案例解说虚拟仪器典型控制应用[M].北京：电子工业出版社，2011.
[4]林继鹏，茹锋.虚拟仪器原理及应用[M].北京：中国电力出版社，2009.
[5]石博强.虚拟仪器设计基础教程[M].北京：清华大学出版社，2008.
[6]张崇雄.虚拟仪器技术分析与设计[M].北京：电子工业出版社，2007.
关键词：热电材料；塞贝克系数；双端可调；高精度；测量
中图分类号：TP216 文献标识码：B 文章编号：1004－373X(2009)04－134－04
Bi－end Tunable Seebeck Coefficient Measuring Equipment
LIANG Xiaofeng,WANG Zixin,REN Shan,CHEN Dihu
(Physics and Engineering School,Sun Yat－Sen University,Guangzhou,510275,China)
Abstract：Concerning the problems of complex structure,time consuming and low control precision,a new Seebeck coefficient measuring system is designed,which contains precise voltage and current control module,it is based on fuzzy self－tuning PID controller.The measurement system can measure samples in either directions.Experiments show that the system is of good noise immunity,high controlling and measuring precision.
Keywords：thermoelectric material;Seebeck coefficient;bi－end tunable;high precision;measurement
0 引 言
20世纪末以来,对热电材料的研究成为材料科学的一个研究热点［1］。作为一种能源转换材料，热电材料的应用不需要传动部件,工作时无噪音,无排弃物,与太阳能,风能,水能等二次能源的应用一样,对环境没有污染,并且这种材料性能可靠,使用寿命长,具有广泛的应用前景。
塞贝克系数是热电材料的重要性能参数之一,现有涉及塞贝克系数的测试装置，主要存在结构复杂，测试过程耗时较长，需根据极性来进行样品安装，测量精度较低等问题。针对上述问题，系统采用了精确的高电压电流控制电路，选用半导体致冷片作为制冷机制，简化了系统结构，可实现从任意方向对热电材料的塞贝克系数进行快速的温度控制以及测量。
1 热电材料简介
热电材料指通过其热电效应实现热能和电能直接相互转换的功能材料。目前已有一系列的热电材料被研制出来，如BizTe系、PbTe系、SiGe 系等合金，但由于其热电转换率相对较低，限制了热电材料的广泛应用。衡量热电材料的热电性能使用优值系数Z， Z值越高，热电转换效率越高，热电材料的性能越好［2］。优值系数Z可通过以式（1）计算得出：
Z=S2σ/k(1)
其中：S是塞贝克系数；σ是材料的电导率；k是材料的热导率［3］。
塞贝克系数是热电材料重要的性能参数之一，从式（1）可见，塞贝克系数S越大，优值系数Z越大，材料的热电性能越好。精确测量材料的塞贝克系数，对于研究热电材料性能以及开发新型热电材料具有重要的现实意义。
热电材料的塞贝克系数可表示为:
S=limΔT0VΔT(2)
式中：E为温差电材料两端产生的塞贝克电动势；S即塞贝克系数；ΔΤ为温差电材料两端的温差。
2 系统设计方案
2.1 系统概述
传统测量塞贝克系数的装置，都是固定一端用于加热，另一端用于制冷，对不同极性的样品进行测量时需要重新装卸。该系统的一个突出特点就是在每个样品夹内均设有加热及制冷机构，样品夹内的加热机构采用交流调压模块控制加热丝实现，制冷机构采用半导体致冷片实现。半导体制冷片是一种利用半导体珀尔帖效应而制的器件，将其冷端贴在样品夹上，热端与水冷装置相连。致冷片通过吸热效应把样品一端的热量传至致冷片的热端，并通过水冷装置把样品冷端的热量带离系统。该测量仪的热电材料温度控制测量仪的硬件结构图如图1所示。
图1 硬件结构图
通过加热与致冷机制，该系统可以从任意方向对热电材料的塞贝克系数进行测量、且不需确定待测样品的极性，对于温度的控制响应迅速且精度较高，可避免将样品从样品夹上拆卸再重新装上所带来的麻烦，简化了测试步骤，缩短了测试时间。
该测量仪的系统电路如图2所示。
图2 系统电路框图
温度传感器测量出的温度信号，经中心控制器模糊自调整PID运算后，求得两路通道的加热控制值及制冷控制值，分别通过D/A转换和积分电路，输出至相应的控制执行电路以实现对温度的控制。样品两端的电势差，经高精度A/D转换送入中心控制器。
2.2 温度测量电路
温度测量电路由恒流源电路以及放大滤波电路组成。该设计采用豪兰德电流源电路［4］，引入了深度负反馈，利用集成运放来实现恒流输出，电路如图3所示。恒流源输出的1 mA电流传至温度传感器PT100，把温度值转变电压信号输入至放大滤波电路，经过增益以及有源低通滤波器滤波后，由A/D转换成数字信号送入中心控制器。
图3 豪兰德电流源电路图
2.3 控制执行电路
对于样品的控温，需要较大的功率，因此涉及对高电流及高电压的精确控制，这是该系统的设计重点之一。系统的加热与制冷采用不同的机制来实现，实现了高精度的电压电流控制。
加热电路采用全隔离单相交流调压模块。全隔离单相交流调压模块是集同步变压器、相位检测电路、移相触发电路和输出可控硅于一体，当改变控制电压的大小，就可改变输出可控硅的触发相角，实现单相交流电的调压。由中心处理器输入0~10 V直流控制信号， 输出0~220V可调交流电压，驱动加热丝进行加热。
该系统采用PWM脉冲对半导体致冷片Peltier进行控制,通过调节脉冲的占空比来控制制冷的程度。制冷电路通过PWM控制积分电路的充电以及放电，当PWM脉冲为低电平时，MOS管导通，电容开始充电，电流经Peltier及电感流到地；当PWM脉冲为高电平时，MOS管截止，由于电流突变,电感产生较大的电动势,这时电流呈线性下降的趋势,通过控制MOS管的导通和截止，就能形成与脉冲的占空比有关的电流，以驱动致冷片Peltier进行制冷。
电路中的电感与电容组成的电感电容滤波器在这里有2个功能：一是减少PWM驱动造成的电磁干扰；二是滤波使得较为稳定的电压输出提升了Peltier的制冷性能。系统还接有风扇，直接对场效应管进行散热。系统的PWM积分电路如图4所示。
图4 PWM积分电路
关键词:多处理器;DSP;ARM;Nios II;系统结构;测量仪器设计
中图分类号:TP216文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)10-0030-02
两个或多个微处理器一起工作来完成某个任务的系统称为“多处理器系统”。多处理器系统是目前信息技术的重要研究领域,也是下一代信息系统的系统设计技术。目前使用的多处理器系统大多数是以同种处理器构成的,而实际需要的目标系统往往包含性能需求不同的几个子系统或者功能模块,如果使用性能相同或相似的同种处理器就容易造成资源浪费或不足,这种情况下,使用不同种处理器根据各自特点来设计系统就能通过合理的模块划分实现资源配置的最优。本文的简易示波和频谱测量仪器正是基于这种考虑而设计的。
现有的示波器和频谱分析仪通常是独立的,测试人员在对系统或电路进行测量时,往往需要知道信号的时域和频域两方面的特性,这样就必须使用两台测量仪器,这是由仪器本身的复杂性决定的。本文所设计的基于不同种处理器的测量仪器,能够同时分析信号的时域和频域特征,为电子、通信、控制等领域的工程师和研发人员方便地测试系统提供了可能。
一、多处理器系统结构
(一)系统整体结构
本文设计的多处理器系统由ARM9嵌入式处理器、DSP和Nios II三种处理器组成,三种处理器系统分别制作PCB板,通过总线的方式互连,并连接至底板,由此三种处理器组成的多处理器系统整体结构框图如图1所示:
图1所示由不同种处理器构成的多处理器系统,是要同时实现简易数字示波器和频谱分析仪两项功能,也就是说用一套系统实现两种测量仪器。根据各种处理器自身的特点,将要实现的功能进行了功能模块的化分。在按键控制使能下,Nios II系统通过高速A/D芯片得到信号源的样值,并通过串口将样值编码发送给ARM9系统,同时抽取一部分样值编码发送给DSP系统,ARM9系统采用描点法将接收到的样值编码在液晶显示屏上绘制出信号波形,而DSP系统将接收到的样值编码进行FFT运算,以得到信号的频谱特征,计算完成后,DSP系统将信号的频谱值发送给ARM9系统,ARM9系统将频谱在液晶显示屏上显示出来。
(二)各功能模块基本结构
本文所设计的多处理器系统是由三种不同处理器的开发板和带有液晶显示屏的底板构成,各个功能模块分别独立开发,然后按照通信协议将几种处理器系统连接起来,使其协同工作。
根据奈奎斯特抽样定理,要无失真的恢复原信号,在进行A/D变换时,抽样频率应为原输入信号最高频率的2倍以上。为了加宽测试信号的频谱范围,得到准确度较高的信号波形,前端需要使用高速A/D。本系统选用AD公司的AD9283BRS-80,该芯片是一片8bit采样频率达到80MHz的A/D转换芯片,并且该芯片的供电电压只需3V。理论上来说,输入信号的频谱宽度可达40MHz,但为了保证信号波形的完整和稳定,经过实测,本文要求输入信号中的高次谐波分量不高于30MHz。一般来说,单片机等低速处理器很难满足如此高的采样速度,但对于以FPGA为物理载体的SOPC技术却能比较容易的实现。本文使用了Altera公司的以Nios II处理器为核心的SOPC系统来接收高速的模数转换后的数据,Nios II处理器是一种32bit嵌入式微处理器软核,使用RISC指令集,利用IP核复用技术构建系统,本文设计的SOPC系统在EP1C6Q240C8 FPGA上实现。本功能模块的结构图如图2所示:
Nios II系统使用双串口,分别与ARM9系统和DSP系统的串口连接,实现数据和握手信号等控制信号的传输。ARM9系统采用SAMSUNG公司的S3C2410为主芯片,S3C2410采用了ARM920T内核,0.18um工艺的CMOS标准宏单元和存储器单元。其低功耗、精简和出色的全静态设计特别适用于对成本和功耗敏感的应用,而且S3C2410丰富的片内资源和接口也为设计者的开发提供了便利。ARM9系统接收Nios II系统和DSP系统两个系统发送来的数据,并采用描点法在液晶显示屏上分别显示信号的时域波形和频域波形,简单地说,本部分相当于显卡的功能。该功能模块的结构图如图3所示:
频谱分析仪包括模拟式频谱分析仪和数字式频谱分析仪两种,而数字频谱分析仪最常用的设计方法就是FFT方法。这种频谱分析仪采用数字方法直接由模拟/数字转换器(ADC)对输入信号取样,再经FFT运算后获得频谱分布图。FFT运算时间与需要的乘法次数和处理器的速度有关,每个FFT输出结果所需的乘法次数为:
(1)
式(1)中N为取样点数,对于N=1024点FFT,需要5120次乘法。DSP处理器由于其自身的硬件特点,非常适合做计算复杂的运算,而1024点FFT(快速傅里叶变换)又经常作为衡量DSP器件性能的常规基准程序之一。选用DSP芯片来进行FFT运算,能够满足频谱分析仪对高频率、高分辨率和高速的要求。本文选用的是TI公司的TMS320C6713芯片,该芯片是TMS320C6000系列中最快的一款浮点处理器,其主频可达200MHz,为高精度和快速应用提供了硬件支持。本模块主要功能即是从Nios II模块取得A/D变换后的1024个样点数据,对其进行FFT变换,并将得到的频谱数据发送给ARM9模块。该功能模块的结构图如图4所示:
二、系统硬件连接及通信
本文所设计的多处理器系统由ARM9处理器、DSP处理器和Nios II处理器组成,各处理器分别制作成PCB板,各板之间的连接通过自定义的A、B、C三条总线连接,对于多处理器系统,一个重要的问题是处理器间的通信问题。处理器必须能够互通信息,以保持系统所有部分的同步和样值数据的流动。多处理器间的通信问题通常包括点对点通信和全局共享访问通信两种方案。在点对点通信方案中,数据简单地以“生产线”的方式从一个处理器流向另一个处理器,单独的样值或样值包被分阶段处理。算法分成分离的子任务,并平均地在各个处理器中分配,如图5所示:
图5点对点通信示意图
由于结构简单,能够很容易地看出特定算法被分成了哪几个任务以及任务如何在单个器件中分配,本文设计的多处理器系统采用了点对点的通信方式,即各模块之间通过各自的串口与其他模块通信。各功能模块的串口均设置为8位数据位,无奇偶校验位,1位停止位,无流控制,波特率为115200。通信协议主要包括两个部分,即联机状态查询和收发数据启动。具体说来,发送方首先向接收方发送“0×55”,接收方在确认收到“0×55”并且空闲时,向发送方回复“0×33”表示已联机并处于空闲状态;发送方接收到“0×33”确定接收方空闲时,向其发送“0×aa”告知其将要发送有效数据,接收方在接收到“0×aa”后认为该字节以后的数据均为有效样值点,对其进行相应的处理。
三、系统软件设计
本文设计的多处理器系统,根据三种处理器各自特点的不同,进行了任务的划分,并分别编写了软件程序。Nios II系统主要完成A/D采集的样点的初始处理,主要包括在一个样本周期内选取2048个点直接发送给ARM9部分,再从该2048个点中选取1024个点发送给DSP部分;DSP部分对接收到的1024点数据直接进行FFT运算,然后得到其频谱,简单起见,本文只将计算所得频谱的幅度谱数据发送给ARM9部分;ARM9部分根据接收到的Nios II数据和DSP数据,在TFT液晶显示屏上绘制信号的时域波形和频谱。系统的整体软件流程图如图6所示:
图6系统整体软件流程图
四、结语
本文设计的多处理器系统,最显著的特点就是综合考虑了各种处理器的性能特点,通过合理的功能模块划分,实现了系统资源的合理配置,提高了系统的实时性和稳定性,并在此基础上完成了数字示波与频谱分析测量仪器的设计。该设计由于兼顾了信号的时域分析与频域分析,因此能够简化测试工程师对系统或电路的测试工作。同时,本文给出的设计方案也可以作为系统级IC设计工程师的参考。
参考文献
[1]李莹,李燕.基于Nios II的多处理器系统设计方法[J].单片机与嵌入式系统应用,2007,(3).
[2]Niu Wenliang, Li Zheying,Han Xi.DFG model of measurement instrument based on SOPC technology[J].ISTM 07. Proc,Aug.2007.
关键词：风速仪；温度测量；瓦斯监测
近年来，我国矿山灾害事故频发，不仅给矿山正常生产带来了影响也造成了巨大的生命财产损失，有效减少矿井灾害是采矿工作人员的无可推卸的责任。作者通过分析数据发现，大部分的矿井灾害事故，都与矿井的温度、风速、粉尘煤尘、可燃性气体这几个因素密切相关，当这个几个因素异常时也就是灾害发生的时候。因此，作者就想通过研制一种仪器，同时对这些因素进行监测预警，从而达到减少矿井灾害的目的。
1 仪器研制背景及意义
矿井中的风速是一项重要的工作参数，风速过高会增加巷道通风阻力、使煤尘飞杨、对人体健康不利；风速太低，容易使防止巷道或工作面中的风流呈紊流状态对生产作业不利。此外，温度、烟雾浓度、瓦斯气，煤气、一氧化碳等可燃性气体也是影响矿山安全生产的重要因素，矿井安全事故中通常都会伴随着温度、烟雾深度、及一氧化碳等可燃性气体浓度的变化。因此，对这这些环境变量的监测预警可以有效防止和减少矿井火灾、透水、煤与瓦斯突出、气体中毒等安全事故的产生，对于保障矿山安全生产具有重大意义。
2 仪器基本原理
仪器主要实现的功能有风速测量、温度测量、多种可燃性气体的监测预警，为了实现这些功能，我们采用了多种多样的电子元器件主要有电阻、导线、温度传感器、一氧化碳传感器、对管，另外，还用到了码盘、焊接棒和电阻测量计等测量元件。仪器的核心模块主要有三处，传感器模块（MQ-2 和MQ-7气体传感器、温度传感器）、风速轮和码盘、K60单片机和显示屏，MQ-2 和MQ-7分别用来实现对烟雾和一氧化碳的监测，K60则对数据进行处理，并且将信号最终输出到不同显示器件上。
利用MQ-2和MQ-7传感器模块实现对矿井中的烟雾、煤尘及瓦斯气，煤气、一氧化碳、氢气、液化气等可燃性气体的监测预警
对于温度测量，采用了常见的温度传感器测量，并将测量值转换为电信号，经K60单片机处理后在显示屏上输出。温度传感器和单片机的工作原理如图3所示，温度传感器有三个管脚，分别接地、接电源正极、和K60单片机的PTC7管脚，实现对周围环境的温度监测。并且通过12864显示器输出显示温度的测量值。
风速的测量是一个比较复杂的过程 ，用到了单片机和码盘等元件，为了实现对风速的准确测量，整个系统比较复杂 ，但其具体原理却比较简单。就如常用的风扇一样，当风吹动风扇转动时，其转速与风速的大小存在一个确定的关系。我们设计一个小型的风轮，将其对着来风方向即可转动，事先用标准仪器进行校准，模拟出风轮转速与风速的关系式。由于风轮与k60单片机相连，于是就可以通过关系式就可以计算出风速了。
3 仪器性能
经过实验检验，该仪器具有以下功能：
3.1 能够准确的测试出风速值，经与标准仪器比较其误为1%。
3.2 对烟雾、煤尘及液化气、丙烷、氢气、天然气等可燃气体有很高的检测灵敏度，对丙烷、丁烷、氢气的检测灵敏度为大于30ppm，对co检测灵敏度更是低到了10ppm，一旦环境中的气体浓度超过临界值，系统即会报警，且临界值可以根据环境要求设置。
3.3 能够实时的测量出测试环境的温度，经过与标准仪器对比其误差为0，5%。
4 仪器创新点
4.1 不仅能够对风速进行测量，还同时进行了温度的测量，对矿井的生产生活有重大的意义。
4.2 利用风扇――码盘――对管输入系统，具有极大的创造性，很好的解决了转速与风速之间的关系。
4.3 利MQ-2和MQ=7传感器对多种可燃性气体进行监测警，对于防止和减少矿山灾害有重大的意义。
4.4 风速仪小巧轻便便于携带，采用包装盒设计，能够有效防止外部环境干扰内部工作电路，能够经受比较恶劣的矿井环境，且内置元件寿命比较长，耐用性好。
4.5 K60单片机的管脚具有多个功能，在测量风速的同时还能处理其他信号，扩展能力强：比如还可以对温度传感器、CO传感器、湿度传感器、烟雾传感器的物理信号进行处理，从而得到矿井的更多工作参数。
4.6 一次可以测量多个环境参数，真正实现了多功能，改变了以往测量任何一项指标均需要专门仪器的过程，也降低了成本。
5 仪器实际意义及应用前景
我们设计出的矿井多功能风速测量仪能够准确地测量矿井风速，通过测量的风速确定矿井风速是否处于安全生产范围内，以便能及时调节巷道风速，为矿山安全生产提供保障。在测量风速同时，对矿井中的温度监测，有效预知火灾等矿井灾害也可以让矿井管理者根据井下的温度情况更好的安排工人的作业，确保良好的工作环境。此外，还能对矿井中的甲烷、丙烷、一氧化碳浓度、氢气等可燃性气体及烟雾浓度作实时监测，一旦其浓度超过安全值即会报警，从而有效减少矿井灾害和安全事故的产生，减少人员伤亡和财产损失。
除了功能丰富实用外、我们将全套仪器用耐压塑盒包装，外设电源总并关，采用可充电池供电，装置小巧轻便易于携带，能够适应矿山复杂的工作环境，且与实现相同功能的传统设备比，成本大大降低，且节省能源对环境污染小，符合当前发展需要。因此，可以预见该设备将有广阔的应用前景。
总之，虽然测量风速、温度、烟雾浓度、一氧化碳浓度等均有专门的测量仪器，都各有特点，但是使用起来不方便，且成本太高，因此，我们设计的多功能风速测量仪，能够同时测风速、温度并对烟雾浓度、煤尘浓度、瓦斯气、煤气、一氧化碳等可燃性气体进行监测预警。装置测量精度高，灵敏度好，适用范围广，能够准确测定矿井环境工作参数、防止和减少火灾、瓦斯突出、气体中毒等安全事故。仪器使用方便、成本较低、功能实用非常容易在矿山推广使用。
参考文献
[1]李晓林，牛昱光，阎高伟，等.单片机原理与接口技术[M].北京：电子工业出版社.
[2]贾萍，别文群，朱云鹏，等.单片机原理与应用[M]北京：广东高等教育出版社.
关键词：工程测量；测量仪器；新型仪器
所谓工程测量主要就是利用专业的仪器和设备对各种相应的位置以及其它的一些参数进行测量。从这句话可以看出工程测量仪器对于工程测量具有十分重要的影响，直接影响到测量的结果的精度以及测量的效率。随着科学技术的不断的进步，工程测量的仪器和设备也在不断的更新换代，很多新型测量仪器在工程测量中投入使用，在很大程度上改变了传统的工程测量的方式，使得工程测量逐渐朝着智能化和数字化的方向发展，极大的降低了工程测量的劳动强度，减少了测量的繁琐的步骤，提高了测量的效率，保证了测量结果的精度。
一、工程测量中的数字化技术应用
传统的工程测量技术主要是为了水利，交通，建筑等行业服务，随着经济的发展，社会的进步，科技的提升，现代的数字化技术、全球定位技术（GPS）、地理信息技术（GIS）、遥感技术（RS）等各种新型技术在工程测量中得以应用。
通过对原有的工程数据进行数据化，可以将已有的纸制地图通过其数字化仪将其输入进计算机，进行编辑、修补后形成相应的数字地图大比例尺地形如和工程图测绘是传统的测量工作主要内容，传统的制图方法作业辛苦，程序繁琐复杂，同时还有一定的误差。而数字化成图技术拥有精确度高、劳动强度小、方便及时更新、利于储存和传递等以往传统测量所不能相比的优点。数字化成图技术现在包括两种有内外业一体化和电子平板两种模式。内外业一体化其主要设备是全站仪，手术板等，可以快速采集信息并对其进行处理和储存，是现如今最常用的一种方法。
二、工程测量中的仪器运用与数字化技术发展前景
GPS是美国从上个世纪七十年代开始对其进行研制，历经20年，在1994年全面建成，其主要目的是用于军事，对海、陆、空全方位进行三维导航和定位。后发展为多种用途，经过对GPS的研发，现如今可用于交通工具的监测、城市规划、工程测量等。
Real Time Kinematics简称RTK，中文翻译为实时动态技术，这项技术是在GPS发展起来的基础上能够提供实时流动站在指定的坐标体系中的三维定位动态和静态的结果。而且在一定的范围之内其精度可以达到厘米级别，是一种全新的GPS定位测量方法，对于GPS的应用上RTK是一个重大的里程碑。RTK技术测量方法是将1台GPS接收器固定且安装在已知的坐标点上，对相应的GPS卫星进行细致观测，再把其收集起来的载波相对应的位置观测量传输到其基准站电台上，借由基准电台再发射出去，流动站点的GPS接收器再对相应的GPS卫星观测，也同时收集载波相位观测量，也同时接收由基准电台发射出的信号波段，经过相应的方法得到基准站的载波相位观测量，流动展点的GPS接收器在通过OTF（运动中求整周模糊）技术通过对基准站的在不相位测量量和流动展点的载波相位观测量结合来得出求解整周模糊度，通过以上手段，最后再求解出厘米级别的精度流动展点的位置。
GIS技术中文全称是地理信息技术是集合了计算机可续，测绘遥感学，管理科学和空间科学信心科学多位一体的新兴学科，现已经成为了多学科的集成，并加以运用于各个领域的基础平台和地学空间信息的最基础的技术手段和使用工具。该项技术的优势不仅仅是由于他可以在地理数据收集管理、存储、分析、三维可呈相和结果输出多位一体的数据流程，还因为是他的空间提示、预警预测和辅助决策的功能。以现状来看，由于GIS技术是一种发展比较成熟的技术科学，在未来也能够成为一门比较热门的产业，在测量绘图、农田水利、环境监测、城市规划和城市管理等领域也能够发挥十分重要的作用。
数字摄影测量，在数字影像和摄影测量的基础原理上，通过对计算机技术，数字影响的处理技术，摄影匹配、模式的识别等多种学科的理论方法。在对大面积，大比例尺地形的测绘，地籍测量中采取的最常用的技术手段和方法就是航空摄影测量，航空摄影测量可以对测量地形提供数字的，影像的等多种形式的地图产品。全数字摄影测量法再通过和GPS技术结合，通过自身的研发，逐步向自动化、数据化方向前进，并为信息系统和地理信息平台的建立提供了相对精准且可靠的数据依据。
RS技术其中文翻译为遥感技术，可作用于大面积的同步测量，实时性数据的综合性与可比性，以至于在经济性上都有较大的相对优势，可以进行快速的普及。对于较大的地形地貌等测量时，RS技术和以往的测量绘图手段相比，具有较大的优势。在通过和GPS等各种新型的测量方法结合，对于各种地形的测量都为其快速的更新提供了较为便利的技术和手段。
3S（GPS、GIS、RS）技术相结合，可以相互互取彼此的优势，用来提高自身技术的发展，一种自然的发展趋势，三者之间的相互作用可以比喻为“人的一个大脑和一双眼睛”的模式，即GPS和RS为GIS提供相应的地区信息和空间定位信息，GIS则进行着相应的空间信息收集和分析，以便于从GPS和RS所提供的大量数据中找出有用的和信心并加以综合集成，使其成为在较为科学的决策凭据。在我国的3S技术中，较为成功的案例有三峡工程、青藏铁路工程、南水北调工程、西气东输工程等等大型的工程。3S技术为大型的工程提供的数据是最为有效的，并且3S技术还可以对信息的收集，信息的分析处理，重要位置的决策进行辅助，是较为突出的优势。
三、结束语
近年来我国的基础设施建设的速度和规模都在不断地扩大，每年都有大量的工程投入到建设当中。在工程建设当中，对于工程测绘的精确度和速度都有了较高的要求，新型测绘技术的不断投入到实际的使用当中。现代的工程测量工作逐渐形成内外作业一体化，数据收集和数据自动化，测量远程控制和系统运行智能化，测量结果数据化，测量数据测量信息的管理可视化，信息的共享和传递网络化的发展倾向，尤其3S技术的结合是相对突出的。为此，在未来的工程中会越来越多的采用其新型的测绘技术，而测量技术也会通过这样的需求更加人性化，数据更加的准确精确。最终也要求了工程测量人员必须不断的增强自身的专业学识，学习和掌握新的测量仪器的使用，保证其测量工作的顺利进行和测量工作的质量。
参考文献
[1]李二明，范北林，闵凤阳，陈东东；长江科学院；中煤国际工程集团沈阳设计院 《人民黄河》 2011年第05期
[2]姚紫峰 哈尔滨松江铜业(集团）有限公司；《中国新技术新产品》2012年第04期
一、最大允许误差
测量仪器的最大允许误差可简称为最大允许误差，其符号为MPE,其绝对值为MPEV。按JJF1001-1998≤通用计量术语及定义≥（下称JJF1001-1998）定义为：对给定的测量仪器，规范、规程等所允许的误差极限值。有时也称测量仪器的允许误差限。反映的是示值误差的最大变化范围。最大允许误差可用绝对误差、相对误差或引用误差等来表述。例如：测量范围为0~25mm ,分度值为0.01mm的千分尺其示值的最大允许误差0级不得超过±2mm; 1级不得超过±4mm。
二、示值误差
根据JJF1001-1998中的定义，示值误差是测量仪器的示值与对应输入量的真值之差。测量仪器的示值误差是测量仪器的最主要的计量特性之一，其实质就是反映了测量仪器准确度的大小。示值误差大则其准确度低，示值误差小，则其准确度高。示值误差从概念上讲，它是针对某一确定的受检点（段）而言，即计量器具在检点（段）上的误差，它是一个确定的值，而不是在测量范围内误差可能变化的范围。同时由于示值误差的数学处理是代数差，对某一确定的具体受检点（段）而言，示值误差的值，是确定的，其符号也是确定的，具有唯一性，不可能同时既为正又为负。示值误差范围与示值最大允许误差同是对示值误差极限值的表述，它们的主要差别在于示值误差极限值的取得方式不同。示值最大允许误差是通过规范、规程等人为规定；示值误差范围是通过对实际测量的各点示值误差进行计算或处理得到的。
三、准确度
根据JJF1001-1998中的定义，准确度表述为：测量结果与被测量真值之间一致程度。测量准确度只用于定性，例如比较测量结果，哪一个准确度较高、较低、或者在说明测量结果的质量时，就是说测量准确度符合哪一个技术规范的要求或不符合、达不到所规定的要求。很明显，其中没有用量值来表达。测量仪器的准确度表达则可用以下形式：
（一）某个等级或某个级别，或等与级均用；
（二）符合或不符合某个技术规范要求，即按某种规范是合格，还是不合格。
因此把测量仪器表达为哪一级或哪一等，例如0.5级是恰当的。尽管某些仪表的技术规范中规定中其引用误差不超过0.5%时，就可用0.5级来说明其准确度。
四、测量不确定度
在JJF1001-1998中，测量不确定度被定义为：表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。测量不确定度的评定主要是解决了传统误差理论上由于多种因素引起误差分量的不确定性使测量结果缺乏可比性等问题，从而奠定了其现代误差理论的基础。测量的目的是确定被测量的值或获取测量结果。测量不确定就是对测量结果质量的定量表征，测量结果的可用性很大程度上取决于其不确定度的大小。但是作为测量仪器的性能，建议用准确度表述而不用不确定度来表述。
关键词：连铸 测量 原理 特点
中图分类号：TH821 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）06-0117-01
1 前言
随着现代工业的发展，市场对中厚板厚度精度不断提出更高的要求，为了生产高精度、高附加值的产品，唐钢第一钢轧厂为厚板坯引进了一台R7m辊缝测量仪，此板坯连铸机辊缝测量仪测量精确，操作和维护简单，适应在恶劣环境中工作，设备防水性能好（IP67），设备刚性和稳定性好，经久耐用。各系统均按照我厂的实际要求和连铸机的具体参数定制，完全满足具体连铸机的需要。
2 R7m辊缝测量仪检测原理
2.1 导辊辊缝测量
2.2 导辊外弧对弧状况检测
在辊缝测量仪的外弧侧左端和右端各设置了一个内有防水倾斜角传感器的导辊对弧传感器来测量外弧导辊的对弧情况，图3给出了其测量原理示意图，图4为传感器内部结构示意图。
为了更加精确地测量连铸机的对弧情况，根据连铸机导辊直径和导辊间距的变化，在一个对弧传感器上将设计1-2个倾斜角传感器，保证测量板与相邻导辊良好接触，进一步提高对弧检测精度和可靠性。
2.3 导辊旋转状况检测
在辊缝测量仪的每侧均安装了导辊旋转传感器来检测内弧和外弧导辊的旋转情况，并根据分节辊的情况，设置了相应数量的导辊旋转传感器，来检测每一节导辊的旋转情况。
3 传感器的精度和重现性
在校验条件下，辊缝测量仪所使用的传感器的精度和重现性指标见下表1，该精度和重现性的测量检验在出厂前安装调试过程中和进行现场校验时均可进行。
4 R7m辊缝测量仪特点
5 R7m辊缝测量仪使用过程中需注意事项
（1）辊缝仪在吊运、安装过程中严禁开机。（2）在开始使用之前，充电器接口和网线接口必须盖好拧紧，防止受潮进水。（3）使用前保证辊缝仪充电饱满。（4）测量结束后，需保证辊缝仪清洁。（5）每次测量辊缝时，需保证结晶器下口宽度≥1400mm以上，防止辊缝仪顶撞结晶器窄面足辊。（6）每次测量时，结晶器振动需停止振动。（7）每次测量前需检查扇形段情况，保证无死辊、塌辊情况，且辊面干净，无积渣等现象。（8）为保证送引锭和拉引锭时，避免拉矫辊压在辊缝仪上，其送、拉引锭时由手动控制。
6 R7m辊缝测量仪应用效果
R7m辊缝测量仪在一钢厂的应用，为检修提供了大量的可靠数据，大大降低了人工检测对弧等工序带来的误差和工人的劳动强度，为连铸机的稳定生产提供了强有力的保证，进而获得了较大的经济效益。
参考文献
[1]朱峰.多功能辊缝检测系统的研究与开发[D].南昌大学，2008.
关键词：关节轴承；测量弊端；浮动工作台；测量仪；误差分析
中图分类号：TH711 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）09-0001-02
关节轴承主要是由一个带外球面的内圈和一个带有内球面的外圈组成的一对滑动摩擦副，可在一定角度范围内作倾斜运动，当支承轴与外径安装孔不同心时，仍能正常工作。
1 产品技术要求
关节轴承内圈外球面球径尺寸及精度合格与否，直接影响关节轴承的装配质量，甚至影响关节轴承的寿命，因而对其内圈外球面直径尺寸及精度有较高的要示。图1为一典型关节轴承内圈外球面磨加工工序技术要求。外球面除要求满足一定的球径尺寸SΦ外，还要求控制球直径变动量、圆度误差及外球面对内孔的跳动量符合要求。
2 测量现状分析
目前轴承行业生产现场测量关节轴承内圈外球径尺寸及球直径变动量大致有下列几方法：采用万能量具如外径千分尺测量；采用轴承专用外径测量仪如D913或D914测量；采用三坐标机或测量长仪测量，但采用这些测量方法都存在相应的弊端。
采用外径千分尺测量时，由于外径千分尺测量精度不够，加之存在人为因素，满足不了精确到0.001mm测量要求，而且测量时间长不方便。
采用轴承专用外径测量仪D913或D914测量时，由于关节轴承内圈外球面有油槽存在，一般把仪器测点调成二低一高形式，采用标准件调整比对测量，如图2所示。这样调整存在的弊端如图3所示：随着外径的增大（或减小），套圈中心在如图所示的aa线上移动，即所测为弦长值而不是直径值；而且该方法测量点不是直接通过球心，即非法线测量，此时仪表上所反映的数值与球径的数值不线性比例增长（或减小），因而不能真实反映球径的数值及球径变动量。对于没有油槽存在的内圈，一般把测量点和支点调整在球中心截面上，但由于存在宽度误差，其测量点也不一定通过球中心，也即所测量的值也是弦长而不是直径值。并且采用轴承专用外径测量仪D913或D914测量外球径时最大的弊端是只能测量一个截面而不是测量任意截面的球直径及球直径变动值。
图2 图3
采用三坐标机或测量长仪测量时，由于三坐标机或测量长仪一般安装在计量室，无法满足现场快速简易测量要求，一般利用其制作标准件而不是现场测量工具。
3 测量仪的测量原理
为了达到准确测量球径的目的，测量点必须经过球心；为了达到测量任意截面球径的目的，测量点或工件两者之一必须能任意角度旋转；为了克服球径大小不影响测量准确度的目的，需让工件浮动，使测量点恒经过球心。为了达到上述目的，设计的测量原理如图4
所示。
图4
4 测量仪的结构
为实现图4所示的测量原理，设计的测量仪如图5
所示。
图5
仪器主要由以下几部分组成：浮动支承机构（上滑板、下固定板、钢球、保持架、盖板等）；上下调整机构（固定轴、调整丝杆、滚花螺母等）；测量系统（指示仪表、调整支点、指示仪表固定座等）；定位圆台；底座等组成。
被测关节轴承内圈外球面通过圆台锥面定位，定位圆台可以在上滑板X轴方向调整，保证关节轴承内圈球中心在X轴方向与测量系统中心（指示仪表与调整连线）在同一直线上；通过调整调整丝杆可使下固定板、上滑板、定位圆台及被测关节轴承内圈一起上下移动，保证在Y轴方向上被测关节轴承内圈球中心与测量系统中心处在同一直线上。通过这样的调整，保证指示仪表所测得的值为球径值。
5 误差分析
本仪器用内圈外球面定位，所以当用球径标准件调整好仪器后，对于球径大小不同的被测内圈时，测量点不一定通过球中心线，如图6为当Sφ1至Sφ2变动时，球心上升b值的高度，从图中直角三角形直角边与斜边的关系要知，实测的球径值与Sφ2相差很小，其计算公式如下：Sφ2-，以测量关节轴承内圈GE60ES.02外球面为例，其球径要求是Sφ81+0 -0.02mm，设计的定位圆台内径a为φ40mm，若以Sφ81-0.02mm调整好仪器后，测量球径尺寸Sφ81mm，此时测量误差为Sφ2-=2-=-4×10-6mm，这个数值很小，可以忽略。
图6 图7
再者，本仪器受制造误差影响也将影响其测量误差。如图7，V形槽存在X轴方向的加工误差，将使工件偏离所调整的中心位置，假设V形槽在X轴方向有0.02mm偏离时，以测量关节轴承GE60ES.02外球面为例，此时测量误差为81-2×=81-80.9999=1×
10-4mm。这个数值很小，可以忽略。当V形槽存在Y轴方向的加工误差，其计算相似。
通过分析计算，本仪器可满足测量外球径及变动量的目的。实际比对测量效果也进一步了本测量仪的精度准确性。表一为采用本测量仪与采用阿贝测量仪测量10个关节轴承内圈GE60ES.02外球面测量的数据比较。
从表一的数据可以看出，测量结果变化在0.001mm以内，说明该测量仪满足测量要求。
6 结语
