基于绝对式准静态校准的测力传感器分析

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,对于力监测压力的绝对式准静态校准方法,若采用制式产品的测力传感器通过螺栓连接的方式固定于落锤装置时,在测力过程中会受到摩擦力、预紧力和惯性力等影响。为了精确测量锤头撞击精密活塞杆时力的大小,根据目前装置的结构及设计要求,研制了锤头及敏感元件一体化的高精度应变式测力传感器并对其进行理论计算和仿真分析,通过试验进一步研究测力传感器的静态特性和动态特性,最终通过试验验证了其可行性。     

冲击波测量用压力传感器准静态校准方法

阐明了冲击波测量的意义,介绍了目前用于冲击波测量的方法,分析了这类方法存在的问题,为提高冲击波的测量精度,针对存在的问题,提出了一种适用且新颖的准静态冲击波测量用压力传感系统的校准方法-利用落锤液压动标装置对冲击波测量用压力传感系统实施准静态的绝对校准.     

轴承预紧力测试装置的研制

自行研制了轴承预紧力测试装置,该装置包括轴和轴承系统、加载装置、传感器和数据测量与采集系统.通过该装置可以精确测量出轴承实际所承受的轴向预紧力,还可以测量多种跨距下轴承预紧力.该测量装置提高了预紧力的测量精度,减小了劳动强度.     

螺栓预紧力测量装置的设计与应用

市面销售的M5、M6螺栓拧紧测量设备仅能测量拧紧扭矩且价格昂贵,针对该现状,研发螺栓预紧力测量装置。该装置包括:安装板、压力块、内螺纹柱、压力传感器、连接螺栓。将该装置应用于螺栓拧紧过程的监控,实现了对拧紧扭矩和预紧力的同时检测,实时调整设备的拧紧扭矩,使得螺栓装配预紧力达到设计要求。测量装置为螺栓连接,易损件互换性强;结构设计精巧,仅用市面销售的普通压力传感器即能达到预紧力测量要求,成本低廉。该装置特别适合于有M5、M6螺栓装配的小微制造企业采用。     

双层预紧式六维力传感器及其静态标定

针对基于传统Stewart结构六维力传感器在解耦、刚度等方面性能的不足,设计并研制一种双层预紧式六维力传感器,并对其进行静态标定试验研究.所设计的六维力传感器采用球窝锥头式球面副代替传统球副,有效地减小了球副的摩擦力矩,另外测量分支只承受压力,消除了力在换向时对接触球面的冲击,提高了整体刚度.基于螺旋理论推导出传感器所施加外力与测量分支轴向力之间的映射关系,进而说明预紧式六维力传感器的测量原理.采用最小二乘线性化标定方法对传感器进行静态解耦和测量误差分析,推导出传感器的标定矩阵和误差矩阵.研制出双层预紧式六维力传感器样机,并进行静态标定试验.经过标定试验,该传感器各方向最大非线性度误差低于满量程的1.17％,最大耦合误差低于满量程的1.82％.试验结果表明双层预紧式六维力传感器具有很高的测量精度,可用于工业生产中对六维力测量要求较高的场合.     

两种几何尺寸对落锤冲击装置加速度激励的影响

微机电系统的不断发展使得加速度传感器被广泛地应用于机械、航空、航天等各领域。加速度传感器的精确校准是其设计制造中的重要一环。落锤冲击装置是常见的加速度计校准系统中的信号输入装置,落锤几何尺寸的改变直接影响着加速度传感器的校准精度。文章基于有限元分析软件ABAQUS对落锤厚度与落锤碰撞面半径的尺寸大小对冲击加速度脉冲的影响进行了数值模拟研究。通过对数值模拟结果的分析得出了以上两种因素对加速度峰值和脉冲宽度的影响规律。不仅为落锤式冲击激励装置的优化提供了参考,也为优化加速度计校准方式提供了新的思路。     

上海计量院成功研发新型应力环校准装置

正应力环是应力腐蚀开裂试验中的载荷保持装置,在大型钢铁企业有着广泛的应用,其加载精度对后续材料寿命计算、分析以及监测有着举足轻重的作用。随着试验精度要求的逐步提高,以及送检量的增加,现有校准方法已不能完全满足客户的需求。上海市计量测试技术研究院机械所力值     

新型过约束正交并联六维力传感器测量模型与静态标定试验

面向航空航天领域对重载大吨位多维测力传感器的急需,通过引入冗余测力分支,提出一种适用于重载测力场合的新型过约束正交并联六维力传感器结构,在提高传感器结构刚度和承载能力的同时有效抑制了关节摩擦对多维力传感器测量精度的影响。基于螺旋理论,推导得到了该并联传感器一阶静力影响系数矩阵,建立理想状态下该新型过约束正交并联六维力传感器测量数学模型。考虑各测量分支的初始预紧力与刚度,基于传感器静力平衡方程与补充建立的位移协调方程,推导建立考虑初始预紧力与分支刚度因素下该新型过约束正交并联六维力传感器测量数学模型。在此基础上,设计并研制该新型过约束正交并联六维力传感器样机,搭建传感器加载标定与信号采集及处理试验系统,对新型过约束正交并联六维力传感器进行了加载标定试验。根据试验结果计算了传感器测量误差矩阵,分析得到了传感器测量精度,从而为重载过约束并联六维力传感器的开发与应用提供了参考。     

原位校准高精度测力系统研发

根据固体火箭发动机原位校准系统要求推力精度高、稳定性好和无超调等特点,研发了一套原位校准高精度测力系统;IPC集成运动控制卡,控制交流伺服补偿液压控制系统,以标准力值为输入,HBM数字式精密测量放大器采集的力值为反馈信号,控制交流伺服装置位移,实现了力值高精度控制。试验表明,该控制系统工作稳定可靠,能够满足发动机静态校准精度要求。     

工程化光纤光栅液体压力传感器的研制

液体压力是流体压力管道结构的重要荷载,传统的液体压力传感装置无法满足长期监测对其稳定性与耐久性的要求.基于双光纤光栅感知原理,针对某重点工程项目的环境条件,设计开发出了一种满足工程应用需求的液体压力传感装置,给出了详细的理论分析,并通过大量的标定试验分析了该装置的传感特性,理论与实验数据吻合很好,相差小于3％.根据随机抽取的100个传感器的标定数据,采用统计分析方法得到了该类传感器的各性能指标:测量范围0～2.5 MPa,分辨率＜0.4％F·S,迟滞＜2.4％F·S,重复性＜2.3％F·S,线性度＜2.1％F·S,总精度＜4％F·S,结果表明该传感器具有温度自补偿、线性度和重复性好、精度较高等优点,适合压力管道结构液体压力测试,具有良好的应用前景满足实际工程需要.     

基于三轴加速度计的多维力传感器静态自校正

提出了一种多维力传感器的静态自校正方法.将三轴加速度计静态应用,可以测得其敏感轴与重力加速度的相对夹角.将多维力传感器中集成三轴加速度计,在校正过程中,旋转施加着标准砝码的多维力传感器,测量力传感器的输出,同时通过三轴加速度计测量力传感器的旋转角度姿态,计算得到砝码重力施加在传感器E的力向量,最终自动地得到多维力传感器的校止矩阵.实验结果表明,该方法显著地提高了校正效率,但与通常的标定台校正方法相比,较正精度略低.     

柔性触觉传感阵列力觉标定及加载系统

为解决现有触觉力标定系统不易实现对柔性触觉传感阵列中任意触觉单元进行标定,且存在精度低、不易操作等弊端,设计并研制了一种柔性触觉传感阵列力觉标定及加载系统。利用STM32F103VET6高性能微处理器控制步进电机以联动S型高精度压力传感器实现二维力的精确加载与标定,并将标定信息于上位机实时图形化显示。介绍了标定平台的结构特点、工作原理及系统软硬件设计,通过对系统误差分析及平台标定测试,可实现二维力加载范围0~50 N,法向与切向精确度为0.18%FS。触觉力加载应用实验表明,该加载平台具有较高的测量精度和较强的实用性,为不同结构单元的柔性触觉传感阵列二维力标定及加载提供了便利。     

Dynamic calibration method of high-pressure transducer based on quasi-δ function excitation source

This paper presents a dynamic calibration method of frequency response characteristics of high-pressure sensor. In this method, the pressure sensor was under high hydrostatic pressure in advance, then use the bullet impacted Hopkinson bar and generated quasi-δ function signal with small amplitude, which excited the sensor being calibrated. The excitation signal of sensor are collected, at the same time, output signal of the sensor are collected, and at last, the collected data are processed according to calibration principle and calculated the frequency response of the sensor being calibrated. This calibration method realized dynamic calibration of high pressure sensor under actual working pressure; it can realize the low limit frequency of the calibrated frequency range strictly reaches to zero frequency. This method can also be applied to acceleration sensor, transient high-temperature sensor, and other types of sensors. In this paper, the calibration principle of quasi-δ function dynamic calibration method is introduced. The relationship among pulse width of excitation signal, frequency range that can be calibrated and calibration precision is analyzed. The experimental results are also shown.     

孔口流量计正压测试夹具和可膨胀系数的研究

孔口流量计是标准孔板流量计的特殊使用形式,为环境监测领域中常用流量测量元件。孔口流量计在校准时按上游入口压力的不同,其校准方法分为微正压和微负压两种校准工况。两种工况均为国家标准和规范推荐方法,但校准出的流量系数差距达10%。夹具引入的附加差压和仪表流量系数线性度误差是导致两种校准工况流量系数偏差的原因。通过CFD仿真研究,设计对被校准孔口流量计上游压力影响较小的夹具形式和结构参数。在仿真数据的基础上计算得到适用于常用管径和雷诺数范围的孔口流量计的可膨胀修正系数公式。运用上述成果并进行试验验证,正压和负压校准流量系数的差距减小至±0.5%以内。校准流量范围内孔口流量计流量系数线性度也有0.1%左右的提升。     

压力传感器温度漂移补偿的RBF网络模型

压力传感器在实际应用中普遍存在着温度漂移现象,这降低了传感器的测量精度,因此需要采取适当的补偿措施对传感器的温度附加误差进行修正,从而提高测量的准确性.本文针对在压力传感器电路中采用温度硬件补偿措施成本较高且精度不高的情况,建立了RBF网络软件补偿模型.RBF网络具有良好的非线性映射能力和泛化能力,采用带遗忘因子的梯度下降算法进行RBF网络的参数调整,实验表明RBF算法学习速度快,精度高.对实验中采集的数据进行非线性补偿,取得了良好的效果,大大提高了压力传感器的性能和测量精度.     

试验室自校扭矩校准装置的设计及应用

针对实验室中扭矩传感器校准和期间核查的需要,设计开发了一种扭矩校准装置。该装置改变了原来的杆形力臂为圆盘形力臂,保证了所加拉力与力臂垂直的要求。通过定滑轮机构抬高轻质钢绳末端使其便于加载砝码,通过校准实例介绍了该装置的应用及传感器系数的修正方法,为扭矩传感器的校准提供参考。     

油液监测黏度传感器标定方法优化研究

针对黏度传感器存在的测试准确性不足的问题,基于黏度测量原理提出数据处理算法模型对黏度传感器进行标定,设计并搭建实验测试平台,在较大温度范围内进行流体的黏度测量,并对提出的标定算法进行了验证。结果表明：采用改进的标定算法模型对黏度传感器进行标定,提升了传感器的测量精度和稳定性,能够将黏度测量平均绝对误差控制在5%以内。设计的黏度传感器对油液黏度变化具有较好的响应和较高的灵敏度,较好地满足了流体黏度的工程在线实时测量需求。     

基于正弦力加载的力传感器动态标定技术研究

针对国内现有动态标定装置精度不高、重复性较差的问题,提出了一种基于正弦力加载的新型力传感器动态标定方法;对该标定方法做了详细介绍,阐述了该标定系统中最关键的正弦机构的工作原理;利用基于最小二乘的曲线拟合法对力传感器和位移传感器输出正弦电压的幅值进行了求解,并以此为基础,依据相应公式在LabVIEW中设计了数据处理程序,实现了对力传感器动态灵敏度的精确求解;搭建了实验平台,对Interface 1010AJ型力传感器进行了1 Hz~5 Hz的动态标定,并分析了实验结果。研究结果表明,该新型的力传感器动态标定系统具有良好的精度,其误差在1.5%内。     

非正交FBG柔杆空间形状重构误差分析及标定

为了提高FBG柔杆空间形状感知系统的重构精度,提出了一种利用3根FBG阵列、具有温度补偿特性的非正交FBG柔杆检测方法。在分析传感系统的误差组成、产生原因的基础上,建立仿真模型得到了各组成误差分别对系统空间形状重构精度的影响,得出减小安装角度误差是提升精度的关键。利用待标定参数与标定方向与实际检测方向夹角大小相关的原理,给出了一种修正安装角度误差的标定方法。经过实验证明,该方法使得系统形状重构最大相对误差降为0.25%,为高精度的三维形状感知系统提供了可靠的检测方法。