CN105547584B - 一种便携式拉向力值系统现场校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种便携式拉向力值系统现场校准装置，其特征在于：包括主承载框架、副承载框架、连接件、手动加载机构(6)、千斤顶(12)和造压泵(13)，副承载框架中心轴线和主承载框架中心轴线一致；千斤顶(12)和造压泵(13)通过油管连接组成的加载机构对装置加载，副承载框架通过千斤顶(12)以交叉叠加形式搭接到主承载框架内；手动加载机构(6)安装轴线与千斤顶安装轴线一致，均处于中心轴线上；被校力传感器(10)通过连接件连接到主承载框架和副承载框架之间实现拉向校准。

Description

一种便携式拉向力值系统现场校准装置

技术领域

本装置适用于计量测试领域，所属专业为力值校准与测试。

背景技术

目前许多试验台使用力传感器和计算机采集系统组成力值系统来进行测试、控制力值参数。

为确保校准结果对产品的实验结果达到最优效果，校准方式较优选择次序为：现场系统在线校准，现场系统原位离线校准，现场系统异位离线校准、实验室系统校准、实验室单独校准。但许多试验台的力值系统不能进行现场系统校准原因有：①没有预留合适的校准空间，无法现场系统原位校准；②没有可以用于校准的可控力源，无法现场系统原位校准；③计算机系统不能拆卸到实验室，最基本的实验室系统校准也无法实现。

当不能对力值系统进行现场校准时，计量/检测部门通常只把力传感器从试验台上拆卸下来，拿到实验室对力传感器单独校准，而计算机采集系统却不进行校准，这种校准方式造成的不良后果：①量值溯源不可靠，不能确保力传感器的校准值与整个力值系统的测试值(在试验台上运行时)是一致的；②无法评估计算机软件的可靠性；③不能检测出信号干扰带来的影响。

国内有少数关于现场力值校准的文献资料。如长春理工大学张海涛于2006年撰写的硕士论文《现场力值系统校准技术研究》，文中只是探讨标准测力仪在利用试验台上的力源进行校准的方法，没有涉及到可以输出载荷的力发生校准装置。如胡国良于2008年在《计测技术》期刊上撰写的《便携式力发生校准装置》，力源是伺服电机，它需要试验台上有配套机构供它安装、固定以及调节整个装置的高度，局限性大。

国外技术被封锁，无处查证。

发明内容

本发明的目的：提供一套自带力源的便携式拉向力值系统现场校准装置和校准方法，实现3kN以下的拉向力值校准,校准扩展不确定度优于0.1％，适合大多数试验台。

一种便携式拉向力值系统现场校准装置，其特征在于：包括主承载框架、副承载框架、手动加载机构6、第一连接件7、第二连接件9、第三连接件11、千斤顶12和造压泵13，主承载框架是由主螺帽5把主底座1、主下横梁2、主立柱3、主上横梁4连接为一体，副承载框架是由副螺帽18和圆弧螺帽14把副下横梁15、副立柱16、副上横梁17连接为一体；副承载框架中心轴线和主承载框架中心轴线一致；千斤顶12和造压泵13通过油管连接组成的加载机构对装置加载，千斤顶的顶部安装在主上横梁4上，千斤顶的顶端设置圆弧压帽19 并通过圆弧压帽顶在副上横梁17上，副承载框架通过千斤顶12以交叉叠加形式搭接到主承载框架内；手动加载机构6安装在副下横梁15上，手动加载机构6安装轴线与千斤顶安装轴线一致，均处于中心轴线上；标准力传感器8通过第一连接件7安装到手动加载机构6上，被校力传感器10通过第二连接件9连接到标准传感器8上，同时被校力传感器10又通过第三连接件11连接到主下横梁上。手动加载机构6和千斤顶12组合使用，即能实现预加载作用，又能实现0～3kN宽量程载荷范围的校准。手动加载机构6和千斤顶12对被校力传感器 10实现拉向校准。

进一步的：造压泵为精控型、便携型。

进一步的：手动加载机构为螺旋传动结构。

进一步的：副立柱16的下部位为螺杆形式，占总长的三分之一以上，这可让副下横梁 15上下移动位置，并使用圆弧螺帽14连接。为满足不同高度的力传感器安装要求，可以联合使用以下方式：旋转手动加载装置6使它的螺杆有效长度副下横梁以下的长度变化，把副下横梁15可以安装在副立柱16所需的位置上，对第三连接件11选用不同的螺杆。

进一步的：圆弧压帽19与副上横梁17的接触面为球面或锥面。

进一步的：圆弧螺帽14与副下横梁15的接触面为球面或锥面。圆弧压帽19和圆弧螺帽 14能对整个装置起到自动调心作用，使标准力传感器8和被校力传感器10所受到的力与千斤顶12和手动加载机构6施加的力在一条直线上。

附图说明

图1为一种便携式拉向力值系统现场校准装置结构原理图，其中，1：主底座、2：主下横梁、3：主立柱、4：主上横梁、5：主螺帽、6：手动加载机构、7：第一连接件、8：标准传感器、9：第二连接件、10：被校传感器、11：第三连接件、12：千斤顶、13：造压泵、14：圆弧螺帽、15：副下横梁、16：副立柱、17：副上横梁、18：副螺帽、19：圆弧压帽；

图2为手动加载机构结构原理图；

图3为第三连接件结构原理图；

图4为主上横梁结构原理图；

图5为副立柱结构原理图。

具体实施方式

为更好的说明本发明，下面结合附图具体说明。

一种便携式拉向力值系统现场校准装置，包括主承载框架、副承载框架、手动加载机构 6、第一连接件7、第二连接件9、第三连接件11、千斤顶12和造压泵13，主承载框架是由主螺帽5把主底座1、主下横梁2、主立柱3、主上横梁4连接为一体，副承载框架是由副螺帽18和圆弧螺帽14把副下横梁15、副立柱16、副上横梁17连接为一体；副承载框架中心轴线和主承载框架中心轴线一致；千斤顶12和造压泵13通过油管连接组成的加载机构对装置加载，千斤顶的底部安装在主上横梁4上，千斤顶的顶端设置圆弧压帽19并通过圆弧 压帽顶在副上横梁17上，副承载框架通过千斤顶12以交叉叠加形式搭接到主承载框架内；手动加载机构6安装在副下横梁15上，手动加载机构6安装轴线与千斤顶安装轴线一致，均处于中心轴线上；标准力传感器8通过第一连接件7安装到手动加载机构6上，被校力传感器 10通过第二连接件9连接到标准传感器8上，同时被校力传感器10又通过第三连接件11连接到主下横梁上。

千斤顶与造压泵组合的加载机构，其特征在于：通过油管把千斤顶和造压泵连接起来，千斤顶两个受力端安装在装置上，形成内力传递。造压泵把压力传递给千斤顶，千斤顶把压力转换成力值给装置加载；造压泵使用精控型、便携型，通过精控压力来精控力值。

手动加载机构由螺帽、手柄、推力球轴承、保持架、防旋转螺杆、防旋转垫片组成。推力球轴承可以减小摩擦力，提高人体对机构产生的载荷值，本装置的手动加载机构最大可产生5kN载荷。

副立柱的向下部位设计为15cm长的螺杆，这可以上下移动副下横梁位置(要保证副下横梁与副上横梁平行)，给传感器的预留安装空间为可调，。

第三连接件一般为：螺杆、螺帽、套筒、立柱销、加长杆。加长杆可有5cm、10cm、15cm、 20cm等多种规格，按传感器的高度需求选择。螺杆的一端与传感器接口配套，另一端设置为相同尺寸，提高利用率。

为满足高度从5cm到20cm不同的测力仪安装空间要求，可以联合使用以下方式：旋转手动加载装置使它的螺杆有效长度(副下横梁以下的长度)变化，把副下横梁安装在副立柱所需的位置上，对第三连接件选用不同长度的螺杆。

实现自动调心：圆弧压帽、圆弧螺帽、主承载框架与副承载框架互相垂直放置。

本装置采用内力加载、传递形式，也就是把整个千斤顶、标准力传感器、被校力传感器都安装在本装置内部，形成内力加载与传输，达到空间力平衡。它不受场地限制，不需在地面安装固定支撑点，只要有一块放置装置的空地就可以。装置可以竖放，横放，可以完全按照被校系统在试验台的安装状态进行安装，尽量让校准状态与使用状态一致，这大大提高了校准结果的可靠性。

力的传递过程：在图1中，当造压泵对千斤顶造压后，千斤顶底座对主上横梁施加向下的力，同时千斤顶顶端会向上顶起整个副承载框架，同时拉起标准传感器和被校传感器；由于被校力传感器安装在主下横梁，主下横梁就受到向上的力。可看出，主承载框架同时受到一对大小相等、方向相反的力，这样作为一个整体的主框架受力是平衡的，让整个装置达到空间力平衡。

使用本装置的校准过程：装置和传感器安装好后，通过手动加载器进行校准前的预加载，使标准传感器和被校传感器达到一个相同的加载点；当标准测力仪和被校力传感器的示值都开始变化且变化率在被校力传感器量程的1％-3％时，此时数显表和计算机显示的力值大小作为空载值、零点值(可以对它们进行清零)，然后参照《JJG455-2000工作测力仪国家检定规程》的技术要求选点校准，依次加载到目标值，目标值是以标准测力仪示值作为标准值来参考。加载时，缓慢旋转手动加载器的同时观测标准测力仪的示值，当标准示值到达目标值时，停止加载，稳定15秒后，同时记录标准测力仪的示值和被校力值系统的示值，然后以同样的方式继续加载到下一个目标值并记录数据。当加载完所有目标载荷后，通过旋转手动加载器和造压泵卸载到空载状态，可以通过上述方法重复校准；最后把被校力值系统从装置上卸下来。

Claims (6)

1.一种便携式拉向力值系统现场校准装置，其特征在于：包括主承载框架、副承载框架、手动加载机构(6)、第一连接件(7)、第二连接件(9)、第三连接件(11)、千斤顶(12)和造压泵(13)，主承载框架是由主螺帽(5)把主底座(1)、主下横梁(2)、主立柱(3)、主上横梁(4)连接为一体，副承载框架是由副螺帽(18)和圆弧螺帽(14)把副下横梁(15)、副立柱(16)、副上横梁(17)连接为一体；副承载框架中心轴线和主承载框架中心轴线一致；千斤顶(12)和造压泵(13)通过油管连接组成的加载机构对装置加载，千斤顶的底部安装在主上横梁(4)上，千斤顶(12)的顶端设置圆弧压帽(19)并通过圆弧 压帽顶在副上横梁(17)上，副承载框架通过千斤顶(12)以交叉叠加形式搭接到主承载框架内；手动加载机构(6)安装在副下横梁(15)上，手动加载机构(6)安装轴线与千斤顶安装轴线一致，均处于中心轴线上；标准力传感器(8)通过第一连接件(7)安装到手动加载机构(6)上，被校力传感器(10)通过第二连接件(9)连接到标准传感器(8)上，同时被校力传感器(10)又通过第三连接件(11)连接到主下横梁上。

2.根据权利要求 1所述的便携式拉向力值系统现场校准装置，其特征在于：造压泵为精控型、便携型。

3.根据权利要求 1所述的便携式拉向力值系统现场校准装置，特征在于：手动加载机构为螺旋传动结构。

4.根据权利要求 1所述的便携式拉向力值系统现场校准装置，其特征在于：圆弧压帽(19)与副上横梁(17)的接触面为球面或锥面。

5.根据权利要求 1所述的便携式拉向力值系统现场校准装置，其特征在于：圆弧螺帽(14)与副下横梁(15)的接触面为球面或锥面。

6.根据权利要求 1所述的便携式拉向力值系统现场校准装置，其特征在于：副立柱(16)的下部位为螺杆形式，占总长的三分之一以上，这可让副下横梁(15)上下移动位置，并使用圆弧螺帽(14)连接。