CN106248106B - 精密离心机和精密温控装置复合的校准设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种精密离心机和精密温控装置复合的校准设备，用于产生稳态加速度和高精度、宽范围的热环境。包括精密离心机、多孔法兰和精密温控装置。精密离心机产生设定的加速度，精密温控装置产生设定的温度环境。精密温控装置通过多孔法兰连接在精密离心机的机臂末端，被校准惯性器件安装在精密温控装置的箱体内，通过加速度和热环境共同作用，校准惯性器件高次项系数的全量程温度灵敏度或温度系数，以提高惯性器件的使用精度。本发明满足惯性器件在稳态加速度和高精度、宽范围的热环境复合情况下的计量校准要求，设备结构紧凑，采用标准化零部件，可灵活安装与拆卸，调试维护方便。

Description

精密离心机和精密温控装置复合的校准设备

技术领域

本发明涉及一种惯性器件的校准设备，特别涉及一种为惯性器件构造稳态加速度和目标温度复合的校准设备，属于惯性器件计量校准技术领域。

背景技术

随着惯性技术的不断发展，人们对惯性计量校准设备提出越来越高的要求。过去在单一标准输入情况下对惯性仪表进行计量校准的工作已不能满足复杂应用环境下对惯性仪表输出量的量值溯源。而且，惯性器件量值特性在单一加速度作用情况下与加速度和热环境复合作用情况下的是不同的，即，不能够通过单次的单一加速度或热作用规律获得准确的加速度和热环境复合作用的规律。因此，研制一种精密离心机和精密温控装置复合而成的校准设备十分必要。

当前，在复合校准设备研究上，热点主要停留在复合环境试验方面，主要包括复合环境试验的试验设备和试验方法。如低温低气压试验箱、温度低气压振动(正弦)综合试验箱和温度低气压振动(随机)综合试验箱等，都是有关复合环境试验的设备，关注的是可靠性试验和功能性测试，而不能用于高精度惯性器件的计量校准领域，而且这些复合设备都是在地面工作，不能用于高速旋转输出大加速度的离心机上。目前鲜有公开的精密离心机和精密温控装置复合而成的校准设备的文献。

本发明在精密离心机的机臂末端设置多孔法兰安装面，通过多孔法兰将精密温控装置安装在远离精密离心机转轴的机臂末端。同时，在精密温控装置内设置箱体安装面，安装放置有被校准惯性器件的箱体，从而使被校准惯性器件直接受到大加速度和热的共同激励。

发明内容

本发明公开了一种精密离心机和精密温控装置复合的校准设备，构造稳态加速度和热环境的复合条件，从而能够对惯性器件在加速度和热环境复合作用下的量值特性进行计量校准与分析。

本发明是通过以下技术方案实现的。一种精密离心机和精密温控装置复合的校准设备，包括精密离心机、多孔法兰和精密温控装置。精密温控装置通过多孔法连接在精密离心机的机臂末端，被校准惯性器件安置于精密温控装置内。精密离心机产生设定的加速度，精密温控装置产生设定的温度环境，两者同时工作以提供加速度和温度复合的环境。精密温控装置设置有箱体，被校准惯性器件置于箱体内。精密温控装置还设有连接所述多孔法兰的底座，精密离心机的机臂末端设有多孔法兰安装面，用于安装所述的多孔法兰。通过大加速度和热环境共同作用，校准惯性器件高次项系数的全量程温度灵敏度或温度系数，以提高惯性器件的使用精度。

所述多孔法兰包括法兰盘、法兰安装孔和法兰通孔。所述底座上设有与所述法兰安装孔在数量和尺寸上一致对应的底座安装孔。精密温控装置通过所述底座和多孔法兰固定连接于精密离心机上。为了使精密离心机在旋转时，载有介质的管路顺利进入精密温控装置内进行热交换，所述多孔法兰还设置有法兰入管路孔和法兰出管路孔。同时，所述底座上也设有与法兰入管路孔、法兰出管路孔在数量和尺寸上分别一致对应的底座入管路孔、底座出管路孔。另外，为安装之便，所述多孔法兰和底座中心还分别设有一致对应的法兰通孔和底座通孔。

所述精密温控装置还包括箱体安装面和箱体，箱体通过箱体安装面安装于所述底座上；箱体内安装有被校准的惯性器件。所述箱体内的箱体安装面上设有被校准惯性器件安装夹具，用于固定被校准惯性器件。

在所述箱体内与箱体安装面相对的另一侧，由外层向内依次设有风扇、滤网和热交换管路。风扇和滤网的作用是使箱体内的热空气流动，具体地，风扇的电机控制风扇的转速，即风扇吹出的风的大小，滤网控制风扇吹出的风的方向，减小空气流动对精密温控装置箱体内温度产生大的波动，从而保证精密温控装置箱体内的温度均匀性。热交换管路位于滤网和所安装的被校准的惯性器件之间；为提高热交换效率，热交换管路通常采用表面积较大的结构，如网状结构等。

所述精密温控装置还包括进管路、热交换接头、出管路和温度产生及控制部件。进管路的作用是为箱体输入热交换介质，出管路的作用是为箱体输出经过热交换后的介质。温度产生及控制部件的作用是产生热交换介质并控制热交换介质的温度。

本发明的校准设备有两种工作模式，即精密离心机静止模式和精密离心机旋转模式。在精密离心机静止模式中，所述温度产生及控制部件为地面温控装置，所述进管路为进液管路，所述出管路为出液管路；此时，其连接关系为：地面温控装置内的热交换介质通过进液管路连接箱体外部第一个的热交换接头，再经箱体外部下方的第二个热交换接头以及出液管路后，形成循环回路。在精密离心机旋转模式中，温度产生及控制部件为液氮控制系统，所述进管路为液氮进气管路，所述出管路为排气管路。所述液氮控制系统包括液氮罐和流量控制部件。此时，其连接关系为：液氮罐排出的氮气经连通在一起的第一个流量控制部件、进气管路、箱体、排气管路和第二个流量控制部件排出。

本发明能获得以下有益的效果：

可以为被校准惯性器件构造稳态加速度和目标温度的复合环境，即被校准惯性器件在通过精密离心机获得精确的加速度的同时，还能通过精密温控装置获得精确的温度条件，从而能够对惯性器件在加速度和热环境复合作用下的量值特性进行计量校准与分析；

满足标准的稳态加速度与热环境组成的被校准惯性器件复合校准的要求，设备的总体布局紧凑，结构强度大，采用标准化零部件，可灵活安装与拆卸，调试维护方便。

复合的加速度、温度环境范围大、精度高。

附图说明

图1为精密离心机和精密温控装置复合的校准设备在精密离心机静止时的结构示意图。

图2为精密离心机和精密温控装置复合的校准设备在精密离心机旋转时的结构示意图。

图3为多孔法兰结构示意图。

图4为精密温控装置的底座示意图。

以上附图中，具体标号如下：1精密离心机，2多孔法兰，3精密温控装置，11机臂末端，12多孔法兰安装面，13配重，21法兰盘，22法兰安装孔，23法兰入管路孔，24法兰出管路孔，25法兰通孔，31底座，32箱体安装面，33箱体，34进液管路，34’液氮进气管路，35-1和35-2热交换接头，36出液管路，36’排气管路，37地面温控装置，37’液氮控制系统，301被校准惯性器件安装夹具，302底座安装孔，303底座入管路孔，304底座出管路孔，305底座通孔，306风扇，307滤网，308热交换管路，309-1和309-2液氮罐，310-1和310-2流量控制部件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1是精密离心机和精密温控装置复合的校准设备在静止时的结构示意图，图2是精密离心机和精密温控装置复合的校准设备在旋转时的结构示意图。该校准设备包括精密离心机1、多孔法兰2和精密温控装置3。精密温控装置3通过多孔法兰2连接精密离心机1的机臂末端11。被校准惯性器件置于精密温控装置3内。其中，精密离心机1产生设定的加速度，精密温控装置3产生设定的温度环境，两者同时工作以提供设定的加速度和温度复合的环境。通过加速度和热环境共同作用，完成惯性器件全量程的加速度、温度特性的校准，从而提高惯性器件的使用精度。

在精密离心机1的机臂末端11设有多孔法兰安装面12，用于安装所述多孔法兰2。精密离心机1还包括配重13，设置于与机臂末端11水平径向对称的另一端，用于平衡精密离心机，重量可根据需要进行调整。

精密温控装置3包括底座31、箱体安装面32、箱体33。其中，底座31用于连接多孔法兰2。所述箱体安装面32将箱体33安装于底座31上。箱体33内设有被校准惯性器件安装夹具301，用于固定被校准惯性器件。被校准惯性器件置于箱体33内，可以同时受到加速度和热的激励。通过大加速度和热环境共同作用，可以校准惯性器件高次项系数的全量程温度灵敏度或温度系数，从而提高惯性器件的使用精度。

在箱体33内与箱体安装面32相对的另一端，由外向内依次还设有风扇306、滤网307和热交换管路308。即，所述热交换管路308位于滤网307和所安装的被校准的惯性器件之间。风扇306和滤网307的作用是使箱体33内的热空气流动，保证箱体33内温度的均匀性。在箱体外可以控制风扇306的电机转速，即吹出的风的大小，还可控制滤网307以调节风扇306吹出的风的方向。

精密温控装置3还包括进管路、热交换接头35-1和35-2、出管路和温度产生及控制部件。温度产生及控制部件的作用是为箱体33内的惯性器件提供热交换所需的高精度温度的介质，并控制该热交换介质的温度。

在图1中，即精密离心机1静止时，进管路和出管路即是进液管路34和出液管路36。温度产生及控制部件即是地面温控装置37，地面温控装置37可以选用恒温槽。其连接关系为：地面温控装置37内的热交换介质经连通在一起的进液管路34、第一个热交换接头35-1、热交换管路308、第二个热交换接头35-2和出液管路36后形成循环回路。

在图2中，即精密离心机1旋转时，进管路和出管路即是液氮进气管路34’和排气管路36’。温度产生及控制部件即是液氮控制系统37’。液氮控制系统37’包括液氮罐(309-1,309-2)和流量控制部件(310-1,310-2)，其作用是保温或微调温度达到设定值。为保持旋转时的重量对称，液氮罐(309-1,309-2)和流量控制部件(310-1,310-2)通常都设有两个。第一个液氮罐309-1通过第一个流量控制部件310-1释放液氮，再经过液氮进气管路34’、箱体33、排气管路36’和第二个流量控制部件310-2后排出到第二个液氮罐309-2。

图3为多孔法兰结构示意图。多孔法兰2由法兰盘21、法兰安装孔22、法兰入管路孔23、法兰出管路孔24和法兰通孔25组成。其中，法兰入管路孔23和法兰出管路孔24是为了使精密离心机在旋转时，载有介质的管路顺利进入精密温控装置内进行热交换而设置。

图4为精密温控装置的底座示意图。底座31上设有与法兰安装孔22、法兰入管路孔23、法兰出管路孔24和法兰通孔25在数量及尺寸上分别一致对应的底座安装孔302、底座入管路孔303、底座出管路孔304和底座通孔305。精密温控装置3的箱体33通过箱体安装面32固定连接底座31和法兰盘21，从而使得精密离心机1通过多孔法兰2固定连接精密温控装置3。

以上精密离心机和精密温控装置复合的校准设备，在复合情况下，最大稳态加速度400m/s²，加速度测量不确定度2×10^-5；温度测量范围-55℃～80℃，温度偏差优于0.1℃，温度波动度0.1℃，温度均匀度0.12℃，温度测量不确定度0.16℃。

Claims (5)

1.一种精密离心机和精密温控装置复合的校准设备，包括精密离心机(1)、多孔法兰(2)和精密温控装置(3)，精密温控装置(3)通过多孔法兰(2)连接在精密离心机(1)的机臂末端(11)，被校准惯性器件安置于精密温控装置(3)内，精密离心机(1)产生设定的加速度，精密温控装置(3)产生设定的温度环境；所述精密温控装置(3)包括进管路、出管路和温度产生及控制部件，其中，温度产生及控制部件提供热交换介质并控制热交换介质的温度；所述校准设备有两种工作模式，即精密离心机静止模式和精密离心机旋转模式；在精密离心机静止模式中，所述温度产生及控制部件为地面温控装置(37)，所述进管路为进液管路(34)，所述出管路为出液管路(36)，所述精密温控装置(3)还包括热交换接头(35-1,35-2)，连接关系为：地面温控装置(37)内的热交换介质通过进液管路(34)连接箱体外部第一个的热交换接头(35-1)，再经箱体外部下方的第二个热交换接头(35-2)以及出液管路(36)后，形成循环回路；

在精密离心机旋转模式中，温度产生及控制部件为液氮控制系统(37’)，所述进管路为液氮进气管路(34’)，所述出管路为排气管路(36’)；所述液氮控制系统(37’)包括液氮罐(309-1,309-2)和流量控制部件(310-1，310-2)，连接关系为：第一个液氮罐(309-1)排出的氮气经连通在一起的第一个流量控制部件(310-1)、进气管路(34’)、箱体(33)、排气管路(36’)和第二个流量控制部件(310-2)排出后排出到第二个液氮罐(309-2)；

复合情况下，所述校准设备最大稳态加速度为400m/s²，加速度测量不确定度为2×10^-5；温度测量范围为-55℃～80℃，温度偏差优于0.1℃，温度波动度为0.1℃，温度均匀度为0.12℃，温度测量不确定度为0.16℃。

2.根据权利要求1所述精密离心机和精密温控装置复合的校准设备，其特征在于：所述精密温控装置(3)设置有箱体(33)，被校准惯性器件安置于箱体(33)内；所述精密温控装置(3)设有连接所述多孔法兰(2)的底座(31)，所述机臂末端(11)设有多孔法兰安装面(12)，用于安装所述的多孔法兰(2)。

3.根据权利要求2所述精密离心机和精密温控装置复合的校准设备，其特征在于：所述多孔法兰(2)由法兰盘(21)、法兰安装孔(22)、法兰入管路孔(23)、法兰出管路孔(24)和法兰通孔(25)组成；所述底座(31)设有与法兰安装孔(22)、法兰入管路孔(23)、法兰出管路孔(24)和法兰通孔(25)在数量及尺寸上分别一致对应的底座安装孔(302)、底座入管路孔(303)、底座出管路孔(304)和底座通孔(305)。

4.根据权利要求2所述的精密离心机和精密温控装置复合的校准设备，其特征在于：所述精密温控装置(3)包括箱体安装面(32)，所述箱体(33)通过箱体安装面(32)安装于所述底座(31)上，所述箱体(33)内设有用来固定被校准惯性器件的被校准惯性器件安装夹具(301)。

5.根据权利要求4所述精密离心机和精密温控装置复合的校准设备，其特征在于：在所述箱体(33)内与所述箱体安装面(32)相对的另一侧，由外向内依次设有风扇(306)、滤网(307)和热交换管路(308)，热交换管路(308)位于滤网(307)和安置的被校准的惯性器件之间。