超大量程力传递系统不确定度评定研究

近年来,随着超大力值计量的发展,超大量程力传递系统成为力值计量领域研究的热点。提出了一个考虑叠加结构影响的超大量程叠加系统不确定度计算模型,并对一台60 MN叠加系统进行了校准和不确定度评定验证。研究结果表明,叠加结构变形会使叠加系统产生示值误差,而由此引入的不确定度分量明显大于由力传感器引入的不确定度分量。该分量是超大量程叠加系统合成不确定度的重要组成,在评定时,应该充分考虑该分量的影响;叠加系统示值误差及其不确定度外推到满量程时,宜采用幂函数进行曲线拟合并外推,以保证外推结果准确可靠。     

基于曲线加荷的1MN静重式力机

研制了一台1MN静重式力标准机,该装置按国际建议R60对称重传感器要求设计,采用伺服电机控制,利用位移传感器识别位置状态,可对各级砝码进行快速独立曲线加荷;测量范围10k N~1MN,力值误差小于0.002%;该装置是国内目前自动化程度最高的大型静重式力标准机。     

多油缸叠加式力标准装置

本文介绍我们新近研制的一种叠加式力标准机,该力标准机采用双伺服电机差动控制,实现力值的快速精密控制;同时该力标准机成功采用多油缸加荷,可以有效扩大叠加式力标准机的测量上限。     

叠加式力标准机液压系统控制方法

以液压系统作为力源的叠加式力标准机广泛应用于大力值计量领域。叠加式力标准机的计量精度,主要由液压系统的控制精度决定。讲述了如何通过VB.NET语言完成上位机与伺服电机的直接通信,并采用PID闭环控制方法控制双泵实时调节液压值,实现了叠加式力标准机液压系统的高精度控制。使用的PID控制方程,与常用的PID方程略有差异,该方程更容易使用计算机语言实现。     

砝码摆动对静重式力标准机标准力值的影响

静重式力标准机是力仪测试中应用最普遍、准确度等级最高的力标准机,它是以砝码串的重力作为标准力值。针对力标准机工作过程中砝码串的摆动现象,分析了现象产生的原因,提出了摆动角的测量和计算方法,并对砝码串的摆动过程进行分析和计算,得出了砝码串摆动对标准力值影响量的大小。将得出的摆动影响量与标准力值的允许误差进行对比分析,给出了较为合适的判断依据。     

静压跟随式差压变送器在线检测装置的研究

针对静压会对差压变送器的测量准确度产生显著影响的问题,研制了一种新型的静压跟随式差压变送器在线检测装置。该装置是基于差压传感器直接测量差压的原理,采用一个高精度的差压传感器作为标准器,在静压跟随条件下进行差压变送器的检测。研究中采用了最小二乘法曲线拟合的修正方法,以降低差压型标准器的静压影响误差,提高标准器的准确度。     

超大轴向冲击载荷下六边形蜂窝铝结构的吸能特性优化研究

针对60 MN超大力值拉向叠加式力标准机断裂保护装置的选型问题,以蜂窝铝为吸能件,对其在超大冲击能量下的吸能效率进行了研究。利用ABAQUS/Explicit对不同结构参数的蜂窝铝吸能结构进行了数值模拟,通过对比不同壁厚和六边形边长下蜂窝铝的平均载荷、峰值载荷和比吸能,得出了其吸能效率的变化规律;利用响应面优化方法,以壁厚和六边形边长为设计变量,建立了因变量的回归方程,采用遗传算法对其进行了优化设计;最后对优化结果进行了仿真验证。研究结果表明:随着壁厚增加以及小六边形尺寸减小,吸能件的各项指标都得到了改善;当蜂窝铝小六边形长边长为7.75 mm,壁厚为0.66 mm时有最优解;优化结果显示其各项指标误差值均控制在5%以内,该分析方法可为60 MN大型拉向叠加式力标准机缓冲装置的选型提供参考。     

基于三标尺标准金属量器对船用加油机示值误差检测方法研究

本文采用了三标尺标准金属量器对水上船用加油机示值误差进行检测研究,并选取了四组不同的坡度地面在同一流量点对同一台水上加油机进行示值误差试验.试验表明,三标尺金属量器对不平整的地面的加油机计量准确度检测有一定的补偿作用,其可以提高检测的准确度,减少船只摇晃、地面倾斜不平整带来的误差.     

空气轴承技术在力标准装置的嫁接应用介绍

介绍了一种空气轴承技术的实例应用,提出将该技术嫁接到静重式力标准机上。通过使用空气轴承支撑为平衡力臂杠杆提供了一个单一自由度的支撑,实现了主轴方向无摩擦自由旋转,限制了主梁其他方向的自由度,减小了摩擦力,确保了砝码加卸时的准确定位。在控制系统上采用经典的"静重砝码式"的力值计量标准装置,采用微机作为中央控制器,实现对力标准机的集中控制管理。通过伺服控制系统进行精确控制调整,全部工作过程由微机集中统一管理控制,实现装置的全自动工作。整台标准装置达到0.03级的精度,其测量不确定度为U_(rel)=0.005%,也达到了对于静重式力标准的精度要求。这是一次空气轴承在力标准机上应用的创新之举,也给空气轴承技术在工程上的应用提供了新的启发。其最终的成型,也将为静重式力标准机在微小力值领域上的发展起到了积极的推动作用。     

望远镜式炮口角弯曲度测量仪校准方法的探讨

火炮身管的各项关键参数的准确测量对修正火炮射击参数、提高射击准确度和准确预测火炮剩余寿命有着关键作用。基于其重要性,文中提出了一种望远镜式炮口角弯曲度测量仪的校准方法,对内分划光轴与校正筒轴线一致性和望远镜的示值误差2项内容进行了校准方法研究,设计了相应的校准系统并利用所设计的校准系统进行了相关试验,进一步证明该校准方案切实可行。     

基于磁悬浮轴承高速电主轴的法向磨削力检测方法

利用磁悬浮轴承高速电主轴作为检测器件解决高速磨削法向磨削力实时在线测量困难的问题。通过对磁悬浮轴承高速电主轴转子的动力学分析,得到法向磨削力与电主轴转子位移的两阶导数和转子受到的电磁力的关系。转子的位移数据可由磁悬浮轴承电主轴中的位移传感器的输出得到。为了精确求取电磁力,气隙磁通密度采用图解法求出,消除线性化引入的系统误差;气隙宽度由遍历搜索法标定,消除系统加工装配误差对电磁力测量带来的影响;引入修正系数对由漏磁、磁滞和边缘效应带来的测量误差进行补偿,修正系数由三层神经网络动态实时求出。通过静态和动态试验对电磁力和动态磨削力的检测结果进行验证,试验结果证明基于磁悬浮轴承高速电主轴的法向磨削力检测方法的有效性和准确性。     

数控机床工作台误差综合补偿方法研究

针对由几何误差与热误差引起的数控机床工作台与主轴之间相对位置变动的问题,通过试验分析其在不同温度状态下的误差数据,得到机床工作台平面度误差随热变形保持不变的规律,并提出了一种数控机床工作台平面度误差与主轴热误差的综合补偿方法。该方法通过分别建立工作台平面度误差模型和热误差模型,并运用叠加原理建立综合误差补偿模型,对传统固定单位置点建模补偿方法的原理性缺陷进行了改进。结合机床关键部件的实时温度值和刀具位置的实时坐标值,计算出了全工作台各区域各温度阶段的误差补偿值,进而实现了全工作台主轴轴向综合误差的实时补偿。检验及分析结果表明,相比于传统固定单位置点热误差建模补偿方法,该方法所建模型残余标准差减小约7μm,精度提高比例达到50%;单次最大补偿残差减小约11μm,精度提高比例达到60%,大幅度提高了机床的加工精度。     

高精度电磁标定力的产生及其特性分析

高精度标定力的产生是微推力高精度测量的关键之一。电磁力具有非接触、结构简单、容易控制等优势,成为微推力测量系统有效的标定力产生方法。针对微推力测量对于电磁标定力的性能要求,研究了磁铁与线圈之间相对位置变化对电磁力大小的影响关系,通过仿真计算得到了轴向距离、径向偏差、相对倾角变化下的电磁力输出特性:相对倾角、径向偏差不为0时,电磁力均会变大,且关于磁铁中心轴线具有对称性,沿轴向距离,电磁力先增大后减小。基于天平称重法,设计了可三维调节的电磁力测量装置,提出了轴向距离、径向偏差、相对倾角的归零调节方法;获得了电磁力较为完备的力学特性,通过分段拟合方法,解决了在较小标定力时相对误差较大的问题,确定了电磁力及电流的控制关系及相对位置变化范围;提出了不敏感角、不敏感径向偏差、不敏感轴向距离区间等新概念,为电磁力产生装置的性能表征提供了具体参数。     

基于落锤装置的力监测压力绝对校准方法研究

在详细探讨了利用落锤装置进行压力校准的多种途径的基础上,针对力监测压力方法中存在的传感器力值测量精度易受预紧力和惯性力影响的问题,提出了一种改进方法,即在落锤装置原有锤头结构的基础上自行研制了高精度的应变式力传感器,推导了通过自研力传感器监测造压油缸内压力的惯性力修正模型,并总结了模型进一步简化所需满足的前提条件。在此基础上分别对传统和自研力传感器开展了多组校准试验,试验结果表明,采用过渡件和螺栓固定等传统安装方式会对力传感器产生附加预紧力和惯性力两方面的不良影响,造成传感器在测量锤头和活塞杆之间的撞击力时产生很大的测试误差;自研力传感器在满足重锤质量远大于活塞杆质量并保证撞击对中精度的前提下,能够直接根据传感器测得的力值和活塞杆横截面积计算出缸内的压力,和现有的比对式准静态校准方法相比,其高压段压力监测精度优于1%,可作为一种有效的压力校准方法。     

大管径超声波测流误差的影响因素及修正分析

流量测量是影响水轮机效率测试精度最主要的因素。大管径流量测量的方法主要采用超声波法,然而,其测量精度及误差构成尚无有效的校验方法。结合时差法超声波流量计的测流原理,推导得到流量综合误差,建立测流误差描述模型。提出一种基于流量测量理想系统来进行误差分析的量化方法,为超声波测流系统的误差分析与控制提供一种新的途径。通过测流理想系统对超声波测流精度的影响因素进行仿真研究,分析了各项参数测量误差对系统综合误差的影响,针对影响较大的主导因素提出了相关修正方法,并对系统综合误差的控制进行了分析。最后搭建实验系统进行研究,实验结果初步验证了该方法的有效性。     

寄生式时栅传感器动态测量误差的贝叶斯建模

为了提高寄生式时栅传感器的测量精度,分析了它的工作原理和动态误差组成,得到其主要误差分量为常值误差、周期误差和随机误差等。针对寄生式时栅误差特点,建立了寄生式时栅动态误差高精度预测模型,并与其他建模方法进行了比较。选用插入标准值的贝叶斯预测模型,以实际测量的传感器第一个对极动态误差数据进行建模,在后续对极特定位置插入部分实际误差测量数据,建立误差预测模型,预测了传感器后83个对极的动态误差。另选用三次样条插值和BP神经网络建模方法对寄生式时栅整圈动态误差建模,并与建立的误差模型进行了对比。验证实验表明,三次样条插值建模时间最短(0.62s),但其建模精度不高(16.050 0″);贝叶斯动态模型建模时间(0.86s)略长于三次样条插值,但建模精度最高(0.415 3″);BP神经网络建模时间最长(32min),但建模精度最低(19.680 2″)。同时贝叶斯插入标准值建模方法所需数据点(69395个)远少于三次样条和BP神经网络建模数据点(235526个),节省了大量的标定时间和建模数据量,因此可用于寄生式时栅传感器的动态测量误差高精度建模修正。     

大型望远镜测角系统误差的修正

由于大型望远镜转台轴系对测角精度要求较高,本文研究了测角数据系统的误差修正技术。分析了测角数据误差产生的原因,对测角元件误差、安装误差、被测轴系误差进行了讨论,指出轴系测角分系统的误差规律符合谐波方程,故提出采用谐波方程式来表达误差规律。针对工程应用,建立了基于傅里叶级数的简化谐波方程误差公式,用谐波方程算法和多项式拟合算法对系统误差进行修正。在一个望远镜垂直轴转台进行了试验验证,结果显示测角精度峰值由原来的3.81″提高到了1.06″。实验表明,基于傅里叶级数的修正算法,较好地符合误差分布规律;采用系统误差修正技术,可以对系统综合误差统一修正,能够有效提高系统测角精度。     

测试转台轴线不正交对测量精度影响的分析

论述了由于测试转台横轴与竖轴不正交,光电测角装置在测试转台上作测试试验,产生测量参数的误差。提出误差推导的一种新方法,利用向量旋转及坐标系变换理论推导出误差公式。通过对光电平台的检测,测得不同正交度情况下的测量参数误差。实验结果是不正交度在β≤5′时,方位角最大误差为-5″;俯仰角最大误差为-13.2″,均符合精度要求。     

基于视觉的折射误差校正在位移测量中的研究

非常温环境中,保温装置的光学玻璃给摄影测量引入了玻璃折射误差。为了解决折射误差对位移测量精度影响,通过折射光路分析得到偏移误差模型,并结合曲面拟合法提出校正方法。实验表明,折射误差只与玻璃参数(折射率和厚度)和拍摄距离有关,且校正后的测量方法可以有效地改善玻璃折射影响,提高位移测量精度。