WO2018019303A1 - 用于力标准机的精度检测装置、力值比对机以及力标准机的精度检测方法 - Google Patents

用于力标准机的精度检测装置、力值比对机以及力标准机的精度检测方法 Download PDF

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WO2018019303A1
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    • G01L7/16—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of pistons

Abstract

一种用于力标准机的精度检测装置，其中，所述精度检测装置(1)包括第一液压缸(2)、管路(6)以及力加载装置，其中：所述第一液压缸(2)内设置有液体介质且液体介质的液面面积为已知值；所述管路(6)为空心管状结构，所述管路(6)的第一端与所述第一液压缸(2)内的液体介质连通；所述力加载装置作用在所述第一液压缸(2)内的液体介质中，使所述液体介质产生压力的增量或者压强的增量。还提供一种力值比对机以及力标准机精度检测方法。

Description

用于力标准机的精度检测装置、力值比对机以及力标准机的精度检测方法 技术领域
本公开属于机械测量技术领域，例如涉及一种用于力标准机的精度检测装置、力值比对机以及力标准机精度检测方法。
背景技术
大力值(几百吨到几千吨，几万吨到几十万吨)的精准测量，一直是国际和国内急需解决的难点，大力值的精准测量还未得到解决。理论上，如用几万吨砝码检定被检传感器，设备装置十分庞大，造价昂贵，因此无法实现。
发明内容
一种结构简单且能够用于检测大力值力标准机的精度的装置和方法。
一种用于力标准机的精度检测装置，包括第一液压缸、管路以及力加载装置，其中：
所述第一液压缸内设置有液体介质且液体介质的液面面积为已知值；
所述管路为空心管状结构，所述管路的第一端与所述第一液压缸内的液体介质连通；以及
所述力加载装置作用在所述第一液压缸内的液体介质中，使所述液体介质产生压力的增量或压强的增量。
可选的，所述装置还包括第一测量装置，其中，所述第一测量装置设置为测量所述第一液压缸液面上的压力值或者压强值，且所述第一测量装置的测量精度值为已知值。
可选的，所述装置还包括第一活塞，其中，所述第一活塞的端面与所述第一液压缸内液体介质的液面接触，所述第一活塞在所述第一液压缸内滑动，所述第一活塞的侧面与所述第一液压缸的内壁形成密封空间，以及所述第一测量装置设置为测量作用在所述第一活塞端面上的压力值或者压强值。
可选的，所述力加载装置作用在所述第一活塞上，且所述力加载装置使所 述第一活塞在压缩所述第一液压缸内液体介质的方向或者与该方向相反的方向上产生压力的增量或者压强的增量，以及所述第一测量装置设置为测量所述力加载装置作用在所述第一活塞上的加载力的数值。
一种力值比对机，包括上述任一用于力标准机的精度检测装置以及待测的力标准机，其中，
所述待测的力标准机包括：
第二液压缸，其中，所述第二液压缸内设置有液体介质，所述管路的第二端与所述第二液压缸内的液体介质连通；
第二活塞，其中，所述第二活塞的端面与所述第二液压缸内的液面接触，所述第二活塞在所述第二液压缸内滑动，所述第二活塞的侧面与所述第二液压缸的内壁形成密封空间，以及所述第二活塞的端面面积已知或者可通过测量得知；以及
第二测量装置，设置为测量加载在所述第二活塞上的作用力的数值，其中，所述第二测量装置的测量精度值为未知值。
可选的，所述的力值比对机还包括第三测量装置，其中，所述第三测量装置设置为测量加载在所述第二活塞上的作用力的数值，且所述第三测量装置的测量精度值为已知值。
一种力标准机的精度检测方法，包括：
通过管路将测量精度已知的测量装置与力标准机连通，其中，该测量装置包括：包括液体介质且液面面积为已知值的第一液压缸，以及设置为向所述第一液压缸内的液体介质上施加作用力的力加载装置；该力标准机包括：包括液体介质的第二液压缸，端面与第二液压缸内的液体介质的液面接触且在第二液压缸内滑动的第二活塞，以及测量作用在第二活塞上的作用力的数值且测量精度值未知的第二测量装置；第二活塞的侧面与第二液压缸的内壁形成密封空间，所述第二活塞的端面面积已知或者可通过测量得知；所述管路为空心管状结构，所述管路的两端分别与第一液压缸内的液体介质以及第二液压缸内的液体介质连通；
通过所述力加载装置向所述第一液压缸内加载第一作用力，利用帕斯卡等 压原理在所述第二测量装置中获得第二作用力；
通过所述力加载装置继续向所述第一液压缸内增加第三作用力，其中，该第三作用力使得所述第二测量装置中的数值不产生波动，所述第三作用力与所述第一作用力间的比值为a％，该比值a％为已知值，a为非负数；
通过所述力加载装置继续向所述第一液压缸内增加作用力值，直至所述第二测量装置中产生数值波动，并记录使所述第二测量装置中的数值产生波动时，所述力加载装置所施加的波动作用力；以及
计算第二测量装置的测量精度，该测量精度等于
Figure PCTCN2017095075-appb-000001
其中，
Figure PCTCN2017095075-appb-000002
S1为第一液压缸的内液体介质的液面面积，S2为第二活塞的端面面积，F1为第一作用力的值，F2为第二作用力的值，F3为第三作用力的值，Fn为波动作用力，％为百分号，·为乘法运算符。
可选的，通过管路将测量精度已知的测量装置与力标准机连通之后，以及通过所述力加载装置向所述第一液压缸内加载第一作用力，利用帕斯卡等压原理在所述第二测量装置中获得第二作用力之前，还包括：
在所述第二活塞上连接第三测量装置，其中，所述第三测量装置设置为测量作用在所述第二活塞上的作用力的值且第三测量装置的测量精度已知；以及
通过所述力加载装置向所述第一液压缸内加载第一测量作用力，在所述第三测量装置中获得第二测量作用力值，其中，所述第二活塞的端面面积S2等于
Figure PCTCN2017095075-appb-000003
F10为所述第一测量作用力的值，F20为所述第二测量作用力的值；
可选的，所述测量装置还包括第一活塞和第一测量装置，其中：
所述第一活塞的端面与所述第一液压缸内的液面接触，所述第一活塞在所述第一液压缸的内壁滑动，第一活塞的侧面与所述第一液压缸的内壁形成密封空间；
所述力加载装置作用在所述第一活塞上，且使所述第一活塞在压缩所述第一液压缸内液体介质的方向或者与该方向相反的方向上产生压力的增量或者压强的增量，以及
所述第一测量装置设置为测量所述力加载装置作用在所述第一活塞上的加 载力的数值。
以上技术方案中，设置精度检测装置，使用精度检测装置时，将精度检测装置上的第一油缸和待测量的力标准机上的第二油缸通过管路连通，根据帕斯卡原理，在第一油缸的液体介质上加载一个已知数值的作用力，已知第一油缸内的作用力面积以及第二油缸内的作用力面积，可以求得该作用力对应在第二活塞内的值，即力标准机上的作用力读数值。继续在第一油缸上加载作用力，至该力标准机上的读数产生最小值波动，能够在力标准机上产生数值波动的该作用力与第一次加载的已知数值的作用力之间的比值即为力标准机的测量精度值。
附图说明
图1是一实施例中力值比对机的结构示意图。
图中：1-精度检测装置；2-第一液压缸；6-管路；8-第一测量装置；10-第一活塞；12-力标准机；14-第二液压缸；16-第二活塞；18-第二测量装置。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来说明以下实施例中的技术方案。
如图1所示，本实施例中的精度检测装置1包括第一液压缸2、管路6以及力加载装置。
所述第一液压缸2内设置有液体介质且液体介质的液面面积为已知值。
所述管路6为空心管状结构，管路6的第一端与所述第一液压缸2内的液体介质连通。
所述力加载装置能够作用在所述第一液压缸2内的液体介质中，使第一液压缸2内的液体介质产生压力的增量或者压强的增量。
可选的，精度检测装置1还包括第一测量装置8，所述第一测量装置8可以用于测量所述第一液压缸2中液体介质的液面上的压力值或者压强值，且第一测量装置8的测量精度值是已知的。
可选的，精度检测装置1还包括第一活塞10，第一活塞10的端面与所述第一液压缸2内液体介质的液面接触。第一活塞10的侧面可以设置有密封圈，第 一活塞10在所述第一液压缸2的内壁中滑动并与第一液压缸2之间形成密封空间。第一活塞10的侧面与第一液压缸2之间还可以通过静压密封的方式实现第一活塞在第一液压缸2内的密封滑动。所述第一测量装置8可以测量作用在所述第一活塞10的端面上的压力值或者压强值。
可选的，所述力加载装置作用在所述第一活塞10上，且能够使所述第一活塞10在压缩所述第一液压缸2内液体介质的方向或者与该方向相反的方向上产生一个力的增量，所述第一测量装置8可以测量所述力加载装置作用在所述第一活塞10上的加载力的数值。
本实施例提供一种力值比对机，力值比对机包括上述用于力标准机的精度检测装置1以及待测的力标准机12。所述待测的力标准机12包括：第二液压缸14、第二活塞16以及第二测量装置18。
第二液压缸14内设置有液体介质，所述管路6的第二端与所述第二液压缸14内的液体介质连通。
第二活塞16的端面与所述第二液压缸14内的液面接触，第二活塞16的侧面可以设置有密封圈，第二活塞16在所述第二液压缸14的内壁中滑动并与第二液压缸14之间形成密封空间。第二活塞16的侧面与第二液压缸14之间还可以通过静压密封的方式实现第二活塞16在第二液压缸14内的密封滑动。所述第二活塞16的端面面积已知或者可通过测量得知。
第二测量装置18可以测量加载在所述第二活塞16上的作用力数值，所述第二测量装置18的测量精度值为未知值。
可选的，所述力值比对机还包括第三测量装置，第三测量装置可以测量加载在所述第二活塞16上的作用力的数值，且第三测量装置的测量精度值为已知值。第三测量装置还可以测量所述第二活塞16的端面的面积。
本实施例提供一种力标准机12精度检测方法，所述方法包括以下步骤：
通过管路6将测量精度已知的测量装置与力标准机12连通，其中：
该测量装置包括：包括液体介质且液体介质的液面面积S1为已知值的第一液压缸2，以及设置为向所述第一液压缸2内的液体介质上施加作用力的力加载装置；该力标准机12包括：包括液体介质的第二液压缸14，端面与第二液压缸14内的液体介质的液面接触且侧面与第二液压缸14内壁相对滑动的第二活塞16，以及能够测量作用在第二活塞16上的作用力且测量精度值未知的第二测量 装置18，第二活塞16与第二液压缸14的内壁之间形成密封空间，所述第二活塞16的端面的面积S2已知或者可通过测量得知；所述管路6为空心管状结构，管路6的两端分别与第一液压缸2内的液体介质以及第二液压缸14内的液体介质连通；
通过所述力加载装置向所述第一液压缸2内加载第一作用力F1，利用帕斯卡等压原理
Figure PCTCN2017095075-appb-000004
在所述第二测量装置18中获得第二作用力值F2；
通过所述力加载装置继续向所述第一液压缸2内增加第三作用力F3，其中，该第三作用力F3使得所述第二测量装置18中不产生数值波动，所述第三作用力F3与所述第一作用力F1间的比值
Figure PCTCN2017095075-appb-000005
为a％，该比值a％为已知值，a为非负数；
通过所述力加载装置继续向所述第一液压缸2内增加作用力值，直至所述第二测量装置18中产生数值波动，并记录使所述第二测量装置18中产生数值波动时，所述力加载装置所施加的波动作用力值Fn；以及
计算第二测量装置18的测量精度，该测量精度等于
Figure PCTCN2017095075-appb-000006
即
Figure PCTCN2017095075-appb-000007
其中，％为百分号，·为乘法运算符。
可选的，通过管路将测量精度已知的测量装置与力标准机连通之后，以及通过所述力加载装置向所述第一液压缸内加载第一作用力，利用帕斯卡等压原理在所述第二测量装置中获得第二作用力之前，力标准机的精度检测方法还包括
在所述第二活塞16上连接第三测量装置，其中，第三测量装置能够测量作用在所述第二活塞16上的作用力值且第三测量装置的测量精度已知；以及
通过所述力加载装置向所述第一液压缸2内加载第一测量作用力F10，在所述第三测量装置中获得第二测量作用力值F20，其中，所述第二活塞16的端面面积S2等于
Figure PCTCN2017095075-appb-000008
其中，所述第三测量装置可以为图1中的第二测量装置，第三测量装置与第二测量装置的不同在于，第三测量装置的测量精度值为已知值，第二测量装置的测量精度值为未知值。
可选的，所述测量装置还包括第一活塞10和第一测量装置8。
所述第一活塞10的端面与所述第一液压缸2内的液面接触，所述第一活塞10的可以在所述第一液压缸2的内壁中滑动。
第一活塞10的侧面可以设置有密封圈，第一活塞10在所述第一液压缸2的内壁中滑动并与第一液压缸2之间形成密封空间。第一活塞10的侧面与第一液压缸2之间还可以通过静压密封的方式实现第一活塞在第一液压缸2内的密封滑动。
所述力加载装置作用在所述第一活塞10上，且能够使所述第一活塞10在压缩所述第一液压缸2内液体介质的方向或者与该方向相反的方向上产生压力的增量或压强的增量。
所述第一测量装置8可以测量所述力加载装置作用在所述第一活塞10上的加载力的数值。
实例一
已知第一活塞10与第二活塞16的面积比为1∶1000，第一测量装置8的测量精度为0.1％，其中，：为比值符号。
在第一活塞10上加载一个1吨(t)的重量对应的重力F1，在第二测量装置18上获取的数值是F2＝1000t×g。其中，重力G＝m×g，m为重量，g为比例系数，g可以为9.8N/kg。
在上述基础上，在第一活塞10上再加载1kg的重量对应的重力，此时在第二测量装置18上获取的数值不产生波动。
在上述基础上继续向第一活塞10上加载重力，可以每次增加1kg重量对应的重力，直到重量增加到5kg对应的重力的时候，在第二测量装置18上获取的数值产生了波动。
Fn＝5kg×g，面积比
Figure PCTCN2017095075-appb-000009
得到的计算结果反映在第二液压缸14内的压力值为重量5t对应的重力，那么力标准机12的测量精度值为
Figure PCTCN2017095075-appb-000010
即力标准机12的测量精度值为0.5％，其中，/为除法运算符。
实例二
已知第一测量装置8的测量精度为0.1％，第一活塞10与第二活塞16之间的面积比未知，此时在第二活塞16上增加一个精度已知的第三测量装置。
通过在第一活塞10上加载一个200kg重量对应的重力F1，在第三测量装置中获取的读数为200t重量对应的重力F2，第一活塞10与第二活塞16之间的面积比等于200kg/200t，面积比为1∶1000。
在第一活塞10上加载一个1t的重量对应的重力，在第二测量装置18上获取的数据是1000t重量对应的重力。
在上述基础上，在第一活塞10上再加载一个1kg的重量对应的重力，此时在第二测量装置18上获取的数值不产生波动。
在本实例中的上述内容的基础上，继续向第一活塞10上加载重力，每次增加的作用力可以为1kg的重量对应的重力，直到在增加到5kg的重量对应的重力的时候，在第二测量装置18上获取的数值产生波动。
Fn＝5kg×g，面积比
Figure PCTCN2017095075-appb-000011
计算结果反映在第二液压缸14内的压力值为5t的重量对应的重力，力标准机12的测量精度值为
Figure PCTCN2017095075-appb-000012
即力标准机12的测量精度值为0.5％。上述实施例中的方法不仅能够检定待测力值比对机的测量精度，还可以测量活塞与液压缸之间的摩擦力，并可以测量待测力值比对机的活塞的面积。
工业实用性
用于力标准机的精度检测装置、力值比对机以及力标准机的精度检测方法能够检定待测力值比对机的测量精度。

Claims (9)

  1. 一种用于力标准机的精度检测装置，包括第一液压缸(2)、管路(6)以及力加载装置，其中：
    所述第一液压缸(2)内设置有液体介质且液体介质的液面面积为已知值；
    所述管路(6)为空心管状结构，所述管路(6)的第一端与所述第一液压缸(2)内的液体介质连通；以及
    所述力加载装置作用在所述第一液压缸(2)内的液体介质中，使所述液体介质产生压力的增量或压强的增量。
  2. 根据权利要求1所述的装置，还包括第一测量装置(8)，其中，所述第一测量装置(8)设置为测量所述第一液压缸(2)液面上的压力值或者压强值，且所述第一测量装置(8)的测量精度值为已知值。
  3. 根据权利要求2所述的装置，还包括第一活塞(10)，其中，所述第一活塞(10)的端面与所述第一液压缸(2)内液体介质的液面接触，所述第一活塞(10)在所述第一液压缸(2)内滑动，所述第一活塞(10)的侧面与所述第一液压缸(2)的内壁形成密封空间，以及所述第一测量装置(8)设置为测量作用在所述第一活塞(10)端面上的压力值或者压强值。
  4. 根据权利要求3所述的装置，其中，所述力加载装置作用在所述第一活塞(10)上，且所述力加载装置使所述第一活塞(10)在压缩所述第一液压缸(2)内液体介质的方向或者与该方向相反的方向上产生压力的增量或者压强的增量，以及所述第一测量装置(8)设置为测量所述力加载装置作用在所述第一活塞(10)上的加载力的数值。
  5. 一种力值比对机，包括权利要求1-4中所述的用于力标准机的精度检测装置(1)以及待测的力标准机(12)，其中，
    所述待测的力标准机(12)包括：
    第二液压缸(14)，其中，所述第二液压缸(14)内设置有液体介质，所述管路(6)的第二端与所述第二液压缸(14)内的液体介质连通；
    第二活塞(16)，其中，所述第二活塞(16)的端面与所述第二液压缸(14)内的液面接触，所述第二活塞(16)在所述第二液压缸(14)内滑动，所述第二活塞(16)的侧面与所述第二液压缸(14)的内壁形成密封空间，以及所述第二活塞(16)的端面面积已知或者可通过测量得知；以及
    第二测量装置(18)，设置为测量加载在所述第二活塞(16)上的作用力的数值，其中，所述第二测量装置(18)的测量精度值为未知值。
  6. 根据权利要求5所述的力值比对机，还包括第三测量装置，其中，所述第三测量装置设置为测量加载在所述第二活塞(16)上的作用力的数值，且所述第三测量装置的测量精度值为已知值。
  7. 一种力标准机的精度检测方法，包括：
    通过管路将测量精度已知的测量装置与力标准机连通，其中，该测量装置包括：包括液体介质且液面面积为已知值的第一液压缸，以及设置为向所述第一液压缸内的液体介质上施加作用力的力加载装置；该力标准机包括：包括液体介质的第二液压缸，端面与第二液压缸内的液体介质的液面接触且在第二液压缸内滑动的第二活塞，以及测量作用在第二活塞上的作用力的数值且测量精度值未知的第二测量装置；第二活塞的侧面与第二液压缸的内壁形成密封空间，所述第二活塞的端面面积已知或者可通过测量得知；所述管路为空心管状结构，所述管路的两端分别与第一液压缸内的液体介质以及第二液压缸内的液体介质连通；
    通过所述力加载装置向所述第一液压缸内加载第一作用力，利用帕斯卡等压原理在所述第二测量装置中获得第二作用力；
    通过所述力加载装置继续向所述第一液压缸内增加第三作用力，其中，该第三作用力使得所述第二测量装置中的数值不产生波动，所述第三作用力与所述第一作用力间的比值为a％，该比值a％为已知值，a为非负数；
    通过所述力加载装置继续向所述第一液压缸内增加作用力值，直至所述第二测量装置中产生数值波动，并记录使所述第二测量装置中的数值产生波动时，所述力加载装置所施加的波动作用力；以及
    计算第二测量装置的测量精度，该测量精度等于
    Figure PCTCN2017095075-appb-100001
    其中，
    Figure PCTCN2017095075-appb-100002
    S1为第一液压缸的内液体介质的液面面积，S2为第二活塞的端面面积，F1为第一作用力的值，F2为第二作用力的值，F3为第三作用力的值，Fn为波动作用力，％为百分号，·为乘法运算符。
  8. 根据权利要求7所述的方法，通过管路将测量精度已知的测量装置与力标准机连通之后，以及通过所述力加载装置向所述第一液压缸内加载第一作用力，利用帕斯卡等压原理在所述第二测量装置中获得第二作用力之前，还包括：
    在所述第二活塞上连接第三测量装置，其中，所述第三测量装置设置为测量作用在所述第二活塞上的作用力的值且第三测量装置的测量精度已知；以及
    通过所述力加载装置向所述第一液压缸内加载第一测量作用力，在所述第三测量装置中获得第二测量作用力值，其中，所述第二活塞的端面面积S2等于
    Figure PCTCN2017095075-appb-100003
    F10为所述第一测量作用力的值，F20为所述第二测量作用力的值；
  9. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述测量装置还包括第一活塞和第一测量装置，其中：
    所述第一活塞的端面与所述第一液压缸内的液面接触，所述第一活塞在所述第一液压缸的内壁滑动，第一活塞的侧面与所述第一液压缸的内壁形成密封空间；
    所述力加载装置作用在所述第一活塞上，且使所述第一活塞在压缩所述第一液压缸内液体介质的方向或者与该方向相反的方向上产生压力的增量或者压强的增量，以及
    所述第一测量装置设置为测量所述力加载装置作用在所述第一活塞上的加载力的数值。
PCT/CN2017/095075 2016-07-29 2017-07-29 用于力标准机的精度检测装置、力值比对机以及力标准机的精度检测方法 WO2018019303A1 (zh)

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