CN113375935A - 一种超低温设备加载力精确测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种超低温设备加载力精确测量装置及方法，通过包括加载装置、待加载设备、力传感器、加载连接体的测量装置，实现了力传感器工作环境的高度模拟，针对低温应用领域能够精确进行加载力值的测量，能够实现力传感器工作环境的闭环温度控制，解决了低温测量的温度漂移问题，实现了轴承试验所需的力传感器温度控制问题自动化程度的改进，结构稳定，易于实现。

Description

一种超低温设备加载力精确测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种超低温设备加载力精确测量装置及方法，属于超低温技术领域。

背景技术

涡轮泵是液体火箭发动机主要组件之一，它由涡轮带动泵，对液体推进剂进行增压。涡轮泵是由诱导轮、泵离心轮、涡轮、密封、轴承、轴系支撑系统和壳体等组成。轴承在涡轮泵内起支承轴系结构、为轴系零件的旋转提供支持的作用。一旦轴承出现故障，将导致轴系失去稳定工作的基础，轻者会使涡轮泵工作异常，重者引起涡轮泵爆炸，以致于发动机和火箭爆炸，后果异常严重。轴承一直是涡轮泵的核心和关键，轴承技术是制约涡轮泵技术发展的瓶颈之一。为了降低故障风险，通常采用进行大量地面试验的方法和途径来研究轴承寿命和可靠性。

在低温轴承试验中，轴承的轴向与径向加载力是试验中非常重要的参数，测量误差直接影响到试验的结果。一般情况下传感器的输入与输出存在线性，且在工作环境温度改变的情况下，其零点、灵敏度均会发生改变。即若被测的目标参量为零或为恒定值时，改变工作环境温度，则力传感器的零点或输出值均发生变化，这将给测量目标参量带来误差，而这次技术改进的目的就是为了消除温度变化对力传感器的输出的影响。如何保证普通常温传感器的使用环境就成为接触测量的关键。

力传感器正常使用范围在常温环境下，温度过低会直接导致传感器损坏，不仅如此，力传感器工作在低温环境中会产生严重的温漂，导致测量误差偏大。如何保证普通常温力传感器在低温环境下使用就成为接触测量加载力的关键。

长期以来，在测量低温环境下加载力时，通常采用热空气吹风方式为力传感器进行加热，保证传感器工作在常温范围；这种加热属开环加热控温方式，虽然传感器工作在常温范围，但力传感器的温度一直在变化，温漂一直存在，测量误差偏大；而且轴承试验结束后需要一直对传感器加热直至试验装置恢复到常温，需要试验人员一直看守，自动化程度较低。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，轴承试验所需的力传感器温度控制问题自动化程度低、加热控温温漂误差大的问题，提出了一种超低温设备加载力精确测量装置及方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种超低温设备加载力精确测量装置，包括加载装置、待加载设备、力传感器、加载连接体，用于提供加载力的加载装置输出端通过力传感器、加载连接体为待加载设备提供加载力，力传感器一端与加载装置输出端连接，另一端与加载连接体相连并对加载力进行测量，所述加载连接体外侧包覆有为力传感器提供工作温度环境的电加热带，加载连接体内嵌有实时监测力传感器温度的温度传感器，加载装置上电并提供试验所需加载力，所述力传感器对当前加载力值进行监测，力传感器通过加载连接体进行温度恒定控制及低温保护。

所述加载装置与力传感器通过螺纹连接，加载连接体与力传感器通过螺纹连接。

所述力传感器为应变全桥型传感器，将测量所得加载力值以信号形式输出。

所述力传感器最大承载力为20kN。

所述电加热带规格为24V、36W，通过金属扎带包覆于加热连接体外侧。

所述温度传感器实时采集当前加热连接体温度，反馈至外部温度控制器，所述电加热带接收外部温度控制器输出的电压信号进行加热，为力传感器提供所需温度环境并使温度恒定。

一种超低温设备加载力精确测量方法，步骤如下：

(1)进行加载设备及待加载设备的组装；

所述加载设备、待加载设备通过力传感器、加载连接体进行连接；

(2)为加载设备上电，通过力传感器测量当前加载设备加载力值，利用加载连接体中的温度传感器测量当前温度值，并反馈至外部温度控制器；

(3)通过外部温度控制器向电加热带输出指定电压进行加热，保持力传感器温度环境恒定以实现温度闭环控制；

(4)根据加载设备、待加载设备工作需求对低温环境下的加载力数据进行监测、统计。

所述力传感器通过外部温度控制器、电加热带实现温度环境恒定控制，以实现在低温环境下的精确测量。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明提供的一种超低温设备加载力精确测量装置及方法，可以高度模拟测试环境与力传感器送检时的环境，保持测试环境与力传感器环境趋于一致，结构简单稳定，不受季节变化影响，对大多数非计量的工程应用均可达到设计要求，同时针对各种条件限制不宜或不能马上采用在线式标定的低温应用领域能够精确进行加载力值的测量，实现闭环温度控制，解决了低温测量的温度漂移问题，传感器工作寿命也得以大大延长。

附图说明

图1为发明提供的加载设备加载力测量示意图；

图2为发明提供的力传感器及加载连接体结构示意图；

图3为发明提供的温度闭环控制原理图；

具体实施方式

一种超低温设备加载力精确测量装置，可以高度模拟测试环境与力传感器送检时的环境，并保持相对一致，能够基本解决低温测量的温度漂移问题，并延长力传感器工作寿命，具体为：

用于提供加载力的加载装置输出端通过力传感器、加载连接体为待加载设备提供加载力，力传感器一端与加载装置输出端连接，另一端与加载连接体相连并对加载力进行测量，所述加载连接体外侧包覆有为力传感器提供工作温度环境的电加热带，加载连接体内嵌有实时监测力传感器温度的温度传感器，加载装置上电并提供试验所需加载力，所述力传感器对当前加载力值进行监测，力传感器通过加载连接体进行温度恒定控制及低温保护；

其中，加载装置与力传感器通过螺纹连接，加载连接体与力传感器通过螺纹连接，力传感器为应变全桥型传感器，将测量所得加载力值以信号形式输出；力传感器最大承载力为20kN，电加热带规格为24V、36W，通过金属扎带包覆于加热连接体外侧。

优选的，温度传感器实时采集当前加热连接体温度，反馈至外部温度控制器，所述电加热带接收外部温度控制器输出的电压信号进行加热，为力传感器提供所需温度环境并使温度恒定。

根据超低温设备加载力精确测量装置，提出一种超低温设备加载力精确测量方法，具体步骤包括：

(1)进行加载设备及待加载设备的组装；

所述加载设备、待加载设备通过力传感器、加载连接体进行连接；

(2)为加载设备上电，通过力传感器测量当前加载设备加载力值，利用加载连接体中的温度传感器测量当前温度值，并反馈至外部温度控制器；

(3)通过外部温度控制器向电加热带输出指定电压进行加热，保持力传感器温度环境恒定以实现温度闭环控制；

(4)根据加载设备、待加载设备工作需求对低温环境下的加载力数据进行监测、统计。

其中，力传感器在低温环境下会出现诸多测量上的问题与缺陷，通过闭环的温度控制，以电加热片、外部温度控制器进行加热实现的稳定温度控制，能够让力传感器始终处于合适的温度环境下，进一步克服了低温环境下出现各种测量问题的难题。

下面结合具体实施例进行进一步说明：

在本实施例中，如图1所示，低温轴承试验台力加载部分主要包括加载装置1、力传感器2、加载连接体3和待加载设备4，加载装置选用电动缸，待加载设备选用轴承试验装置。

加载装置提供试验所需的加载力；力传感器实时监测当前加载的力值；加载连接体既可以作为力传感器和被加载设备的过渡连接件，还可以保持力传感器的使用温度恒定，防止力传感器受低温而损坏，提高传感器使用精度；待加载设备为低温轴承试验装置。

其中，加载装置与力传感器通过螺纹连接，本实例螺纹尺寸为M10×1.5，加载连接体与力传感器通过螺纹连接，本实例螺纹尺寸为M10×1.5；

力传感器与加载连接体的测量部分装配如图2所示，其中加载连接体3内嵌温度传感器6，可实时监测当前力传感器2的温度，加载连接体3外包裹电加热带5，通过外部温度控制器控制，使力传感器使用温度达到设置值。

其中，力传感器为应变全桥型，输出信号至外部采集器，最大承载能力为20kN；

电加热带参数为24V，36W，并通过金属扎带包覆于加热连接体上。

温度闭环控制原理如图3所示，温度闭环控制主要包括温度控制器、电加热带、温度传感器、加热连接体以及连接附件，其中温度传感器作为反馈环节，实时采集当前力传感器的温度，并反馈到温度控制器，电加热带作为执行环节，实时接收由控制器输出的电压，产生需要的热量，控制温度的给定以及采集反馈温度均由温度控制器执行，温度闭环控制保证力传感器工作温度在允许范围内，并使温度恒定。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种超低温设备加载力精确测量装置，其特征在于：包括加载装置、待加载设备、力传感器、加载连接体，用于提供加载力的加载装置输出端通过力传感器、加载连接体为待加载设备提供加载力，力传感器一端与加载装置输出端连接，另一端与加载连接体相连并对加载力进行测量，所述加载连接体外侧包覆有为力传感器提供工作温度环境的电加热带，加载连接体内嵌有实时监测力传感器温度的温度传感器，加载装置上电并提供试验所需加载力，所述力传感器对当前加载力值进行监测，力传感器通过加载连接体进行温度恒定控制及低温保护。

2.根据权利要求1所述的一种超低温设备加载力精确测量装置，其特征在于：

所述加载装置与力传感器通过螺纹连接，加载连接体与力传感器通过螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种超低温设备加载力精确测量装置，其特征在于：

所述力传感器为应变全桥型传感器，将测量所得加载力值以信号形式输出。

4.根据权利要求1所述的一种超低温设备加载力精确测量装置，其特征在于：

所述力传感器最大承载力为20kN。

5.根据权利要求1所述的一种超低温设备加载力精确测量装置，其特征在于：

所述电加热带规格为24V、36W，通过金属扎带包覆于加热连接体外侧。

6.根据权利要求1所述的一种超低温设备加载力精确测量装置，其特征在于：

所述温度传感器实时采集当前加热连接体温度，反馈至外部温度控制器，所述电加热带接收外部温度控制器输出的电压信号进行加热，为力传感器提供所需温度环境并使温度恒定。

7.一种超低温设备加载力精确测量方法，其特征在于步骤如下：

(1)进行加载设备及待加载设备的组装；

所述加载设备、待加载设备通过力传感器、加载连接体进行连接；

(2)为加载设备上电，通过力传感器测量当前加载设备加载力值，利用加载连接体中的温度传感器测量当前温度值，并反馈至外部温度控制器；

(3)通过外部温度控制器向电加热带输出指定电压进行加热，保持力传感器温度环境恒定以实现温度闭环控制；

(4)根据加载设备、待加载设备工作需求对低温环境下的加载力数据进行监测、统计。

8.根据权利要求7所述的一种超低温设备加载力精确测量方法，其特征在于：

所述力传感器通过外部温度控制器、电加热带实现温度环境恒定控制，以实现在低温环境下的精确测量。

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