CN101769813A - 组合平衡式标准装置 - Google Patents

Abstract

一种组合平衡式标准装置，主要解决装置的灵敏度、稳定性和准确性等技术问题，其采用技术方案是在标准梁上设置有一组前电磁力发生器，在平衡梁上设置有一组后电磁力发生器，前、后电磁力发生器分别连接有被测传感器和控制解算系统，适用于微小扭矩标准装置，特别是达mNm级的微小量程段的扭矩标准装置。

Description

组合平衡式标准装置

技术领域：

本发明涉及一种测量转矩的仪表的测试及校准，特别是一种扭矩标准装置。

背景技术：

在工业、交通运输、国防等领域，各种动力机械和工作机械中广泛采用传动装置，因而扭矩测量装置和扭矩传感器得到广泛使用，这些扭矩测量装置和传感器的实施验收、定期检查、校准均需要准确度比其高一级的扭矩标准装置进行量值传递，现有的上述扭矩装置均采用砝码加载，对扭矩传感器进行检定与校准，其基本原理是：机械天平的随遇平衡原理和扭矩对偶平衡原理的结合，其中随遇平衡理论是机械天平的基本理论，其横梁的灵敏度高低，取决于横梁的重量、重心的位置及横梁上各个着力点的位置，通过配重设计，使装置标准力臂的质心、重心完全重合于回转轴心线上，使标准力臂在任意位置均可以保持平衡状态，这种通过配重调节完全消除由于质心、重心不重合所引起的偏心力矩的方式即为随遇平衡；其中扭矩对偶平衡理论是指扭矩标准装经典的理论，扭矩标准装置是由标准梁和平衡梁组成(即两组机械天平的组合)，其扭矩对偶平衡理论是在标准梁上加载扭矩值，在平衡梁上作用同样一个反扭矩，使装置通过标准梁和平衡梁上各自施加的一对平衡力偶矩来达到进行扭矩校准测量的目的。

随着科学技术的飞速发展，在惯导、自导及自动控制系统等技术领域，广泛使用微特电机，因而测试微特电机的微小量程扭矩传感器和小量程扭矩传感器得到广泛应用，但是上述现有的扭矩标准装置，对小于10Nm以下，尤其是达mNm级的微小量程段，其灵敏度和稳定性是无法得到保证，针对此，德国PTB采用101Nm静重式标准扭矩装置(不确定度5×10^-4)，该装置进行有级加载标定扭矩传感器，或用标准传感器和被测微小扭矩传感器串联，进行比对法标定，但没有过标，难以适应技术发展的需求；也有业者采用精密天平改制的微小扭矩标定装置，将转子装在改制的天平上，通过游丝对偏心质量的转子线圈加电流，偏心质量偏离铅垂位置形成力臂，该力臂和质量块的乘积为力矩值，此力矩值导致改装的天平平衡梁倾斜，然后以有级法加载，使平衡梁平衡，以此标定(不确定度为1×10^-2)，显然该技术方案仍然无法满足微小量程扭矩标准装置的需求，如何解决此难题，精密电磁天平的相关技术，可提供有价值的信息，在应用机械天平随遇平衡原理的基础上，将电磁技术和电子技术应用在机械天平上，在计量质量的行业中，出现了精密电磁天平，它是随遇平衡原理和电磁力平衡原理结合的新技术，使天平在质量计量行业获得新的突破，其高稳定性和灵敏性均得到良好的验证；电磁力平衡原理是：当被称物和标准砝码质量不相等而产生一力矩差时，天平横梁向一方倾斜，位移传感器的差动铜片随之摆动，将天平横梁倾斜的角度转换成位移(弧长)的变化，然后位移传感器将位移信号变成电信号，经位移放大器放大，再经加和放大器放大，负反馈给力矩器以电流，使力矩器产生力矩(即电磁恢复力矩)，再使横梁向反向倾斜，实现电磁力平衡。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种组合平衡式标准装置，它能实现高灵敏度，高稳定性，高准确性的微小扭矩计量校准的需求。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：组合平衡式标准装置包括有标准梁、平衡梁、砝码和砝码加载及基架，各组成均安装在基架上，标准梁和平衡梁两侧对称布设有砝码和砝码加载，标准梁和平衡梁分别经挠性连接接口连接有被测传感器，其特点是：在标准梁上设置有一组前电磁力发生器，在平衡梁上设置有一组后电磁力发生器，前后电磁力发生器分别连接有被测传感器和控制解算系统。本发明以现有的扭矩标准装置的随遇平衡原理和扭矩对偶平衡原理再结合电磁力平衡原理建立组合平衡式标准装置。

本发明在原有的扭矩标准装置的基础上再组合电磁力平衡系统，能充分发挥称量领域将电磁技术和电子技术应用于机械天平的技术成果，组合平衡式标准装置的标准梁实际上就是一台高精度电磁天平，从而解决微小扭矩标准装置，需要高灵敏度、高稳定性和高准确性的难题。

附图说明：

图1是本发明组合平衡式标准装置俯视示意图。

图2是图1的A向示意图。

图3是图1的结构框图。

具体实施方式：

参照图1、2、3，组合平衡式标准装置包括有标准梁1、前砝码及砝码加载2、前电磁力发生器3、平衡梁4、后砝码及砝码加载5、后电磁力发生器6、被测传感器7、控制解算系统8和基架9。

标准梁1，其结构和现有设备基本相同，并能满足装置高灵敏度要求。

前砝码及砝码加载2，其结构和现有设备基本相同。

前电磁力发生器3，是标准梁1以电磁补偿力矩作用而自动平衡系统中的关键元件之一，也称力矩器，其结构和精密电磁天平的电磁力发生器相同，其功能是：当标准梁1向一方倾斜时，位移传感器的差动铜片随之摆动，将标准梁1的角度转换成位移的变化并转换成电信号，该信号经位移放大器放大，再经加和放大器放大负反馈给前电磁力发生器3以电流，使电磁力发生器3产生力矩(即电磁恢复力矩)，再使标准梁1向反向倾斜，实现准确的平衡；，前电磁力发生器3对称布设在标准梁1的两端，其每一端的数量可为1～5个不等，图1示前电磁力发生器3的数量是3个，并和被测传感器7及控制算系统8相连。

平衡梁4，其结构和现有设备基本相同，并能满足装置高灵敏度要求。

后砝码及砝码加载5，其结构和现有设备基本相同。

后电磁力发生器6，是平衡梁4以电磁补偿力矩作用而自动平衡系统中的元件，其结构和功能均和前电磁力发生器3相同或相似。

控制解算系统8，包括电脑及软件、K2000数采仪、TT1扭矩传感器、DMP-40表等组成，相应技术可参照现有扭矩标准装置和精密电磁天平装置，控制解算系统8分别连接前、后电磁力发生器3、6和被测传感器7。

基架9，是一框架型构件，用以安装组合平衡式标准装置的组件。

现有的大量程扭矩标准装置主要是以砝码加载，对扭矩传感器进行检定与校准，是按静力平衡原理工作，无法达到微小扭矩测量精度，本发明以电磁力平衡连续加载，并参照电磁天平的现有技术，采用相应的计算机控制系统，包括前、后电磁力发生器3、5的控制、扭矩传感器计量、检定时数据的自动采集系统、计算机数据处理、以及数据分析和自动输出等，从而构成高灵敏度、高稳定性、高准确性的组合平衡式标准装置，适用于小于10Nm及以下的扭矩标准装置，特别是适用于达到mNm级的微小量程段的扭矩标准装置。

Claims (3)

1.一种组合平衡式标准装置，该装置包括有标准梁、平衡梁、砝码和砝码加载和基架，各组成均安装在基架上，标准梁和平衡梁两侧对称布设有砝码和砝码加载，标准梁和平衡梁分别经挠性联接接口边接有被测传感器，其特征在于：在标准梁(1)上设置有一组前电磁力发生器(3)，在平衡梁(4)上设置有一组后电磁力发生器(6)，前、后电磁力发生器(3、6)分别连接有被测传感器(7)和控制解算系统(8)。

2.根据权利要求1所述的组合平衡式标准装置，其特征是标准梁(1)在两端分别对称设置有一组前电磁力发生器(3)，平衡梁(4)在近中段分别对称设置有一后电磁力发生器(6)。

3.根据权利要求1或2所述的组合平衡式标准装置，其特征是标准梁(1)每一端的前电磁力发生器(3)的数量是3个。

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