力值计量标准现状及研究进展

在对比分析国际上各类力标准机计量性能的基础上,阐述了我国力值计量标准的研究现状及应用关键技术的先进性.提出并研制了基于静重式力标准机"独立加码"的技术与方法,解决了力标准机砝码逆程交换带来的负荷波动性过大的问题,为进一步研究砝码逆程交换产生的"逆负荷现象"提供了一种有效的技术方法.提出并研制了利用机械传动加载方式的叠加式力标准机,力传感器分组并联延伸力值的试验方法,以及力标准机参考标准量值溯源的方法,对研究建立新的大力值计量标准,具有参考和借鉴意义.     

静重式力标准机砝码交换力平衡控制技术

静重式力标准机利用少量的砝码，进行相等力值间隔逐级加、卸荷时，需要交换砝码。当砝码进行交换时出现逆负荷现象，会对被检测力仪的示值产生影响。阐述了静重式力标准机采用的交换砝码方法是建立在利用弹性力替代砝码重力，砝码交换过程中重力与弹性力达到平衡的基本原理。提出了实现静重式力标准机砝码交换时系统达到力平衡的一种预加荷装置，经砝码交换力平衡控制的力学分析与实验验证，静重式力标准机采用预加负荷实施倒码力平衡控制的方法在理论上和技术上是可行的、有效的。     

静重式力标准机独立加码过程仿真与优化分析

以100 k N的砝码加载过程为研究对象,从理论上提出一种消除逆程现象的方法。首先提出一种独立平滑加载方法,保证组合出的力值逐渐增大或者减小,使力值曲线平滑;并且建立数学模型,找到加载时进入平滑加载时间的有效区间;然后用Matlab进行仿真分析与优化。仿真优化结果表明:运用独立平滑加载从理论上可以消除逆程现象。     

基于压电陶瓷1MN叠加式力标准机设计

叠加式力标准机作为力值计量标准器,广泛应用于各行业。叠加式力标准机采用标准传感器与被测传感器比对的方法实现力值的加载控制,通过对力值施加过程及压电陶瓷力发生装置的逆压电效应工作原理分析,结合计算机和微电子控制技术,设计力标准机专用控制软件实现其自动加载控制、数据采集、数据处理、报表输出等功能;并对力标准机进行数据测试及功能测试,测试结果满足国家检定规程要求。     

独立平滑柔性加码装置设计与分析

在原有静重式力标准机基础上,提出一种新型独立平滑柔性加卸载装置,通过对该独立平滑柔性加卸载装置功能原理和结构装置的分析,完成对该装置的结构设计,并证明该装置能满足静重式力标准机的功能要求。实测结果表明:该装置能有效解决静重式力标准机在加载过程中出现的"逆程"现象和刚性冲击,以及提高静重式力标准机的测试精度,达到预期目的。     

全自动1MN静重式力标准机

介绍了中国计量科学院新建成的1 MN静重式力标准机的工作原理、机械结构和电气控制系统,对该机进行了不确定度评定和性能试验与比对旁证.试验结果表明:1 MN静重机的重复性优于2×10-5;不确定度优于2×10-5(k=3).该机有效减小了加(卸)荷中的逆程,实现了砝码交换过程中的力值保持,实现了全自动控制的目标.     

优化方法和最优控制在力标准机控制系统中的应用

新建5 MN液压式力标准机时,对于液压式力标准机力值砝码加卸载系统提出了新方案,利用最优控制技术进行力值砝码加卸载系统的设计,从而大大提高力标准机的工作效率。     

杠杆式力标准机控制系统设计

力标准机是力学计量中对各种力传感器、测力仪和称重传感器进行检定或测试的设备,它通常分为静重式、杠杆式、液压式、叠加式等类型。力值不确定度主要取决于砝码质量的不确定度、安装地点重力加速度的测量不确定度、砝码和空气密度的测量不确定度,同时还与砝码的稳定性、加卸方式及机器的结构有关。本文提出了一种杠杆式力标准机电气控制系统的设计方案,     

嵌入式系统在液压式力标准机控制系统中的应用

新建5 MN液压式力标准机时,设计了液压式力标准机的力值砝码加卸载系统。利用嵌入式系统控制力值砝码加卸载系统,从而满足了对力传感器或标准测力仪的特殊检测要求,提高了力标准机的工作效率。     

一种宽频带的负阶跃力的发生装置

本文介绍一种大力值，易控制，高精度，宽频带的负阶跃力发生装置。该方法是利用帕斯卡原理，由小油缸上的标准砝码在大油缸上产生一个放大的力值，然后利用冲击加卸油的方式撤消该力值以产生该负阶跃力。     

Improvement in Preform Weights from a 48-Cavity PET Injection Molder

John Jones (pseudonym), injection engineer for Corporation X, gave our student project group from Iowa State University the challenge of determining the most influential variables affecting weights of preform plastic beverage bottle produced by injection-molding machines. In addition to determining which variables are most important, we were charged with identifying settings for the variables that will produce optimal preform weights. We benchmarked the current injection-molding process to get an idea to typical performance. This allowed us to compare later experimental results to typical process output.

From company experience with the process, the team and Mr. Jones identified injection time, injection pressure, hold time, and hold pressure as candidates for the variables most influential on preform weight. The team devised a matrix of experimental conditions to study that consisted of combinations of high, low, and medium values of these process variables. After experimentation with the injection-molding process, regression analysis was used to help determine which factors are most influential in determining preform weight. The group determined that hold time and hold pressure are the two most influential factors in determining mean preform weight. The group also determined that hold pressure has the primary influence on the consistency of preform weight across the cavities in the mold. Using regression equations for mean weight and a within-die standard deviation, new machine settings for hold time and hold pressure were recommended. Additional runs were then performed to validate our recommendations. Ten runs were made with hold pressure set to 1140 psi and hold time set to 3.95 s. The average weight of 50 preforms from the verification experiment was 23.41 g with a standard deviation of 07 g. These results compare well to the engineering specifications of 23.9-22.9 g set on preform weights. A subsequent comparison of routine process monitoring data collected after implementing our recommendations with historical process data also confirms the substantial improvement provided by our analysis.     

最小均方电液负载模拟器加载系统控制研究

在电液负载模拟器进行动态力加载时,对其快速性指标有更高要求,此时加载误差比较大的问题就凸显出来,即输出加载力的数值随加载频率的增大而增大、相位也有超前,针对加载系统的这一性能特殊变化规律与实际现象,提出基于最小均方算法的自适应神经网络控制策略。该方法对神经网络的配置权值进行实时在线调整,调整效率和算法的收敛性都有明显提高,可以有效减小控制系统工作时的循环调整时间。当输入信号经过加权运算后作用于加载控制系统时,加载误差明显减小,加载系统的快速性与跟踪精度进一步提高。仿真和实验结果表明,采用文中方法后,加载力输出的幅值增大和相位超前量得以抑制,系统动态力加载时的综合性能有所提高,所提出算法调整规则有效。     

负荷传感器试验的准静态加荷方法研究

通过对叠置加荷方式工作过程的分析，讨论了非静态加荷问题。由于传感器和仪表的静态性能与动态性能的差异、动态性能的离散性，以及测量过程中采样频率、采样间隔和数据处理等因素均会对试验的力值计量精度产生影响，因此采用非静态加荷方式进行负荷传感器负荷特性试验会产生测量误差。理论分析证明，采用非静态加荷方法提高试验工作效率、保证测量精度的关键在于加荷速度的控制和正确的采样与数据处理方法。本文提出了准静态加荷这一概念，并对准静态加荷方法的实现及其在负荷传感器试验中实施的可行性进行了理论和试验研究。结果表明，受技术条件的限制，动态加荷是不现实的，而准静态加荷确是可行的非静态加荷方法。它满足负荷传感器负荷特性试验中试验工作效率高、保证测量精度、容易实施和生产成本低的要求。     

双杠杆式标准力源技术方法研究

提出了一种变臂比双杠杆原理的加载方法,该方法安放试件后无需配平,加载系统由主、辅两套杠杆系统组成,主杠杆利用变臂比原理施加载荷,而由辅助杠杆实现杠杆系统的初始平衡。将系统对力的大小和加载速度控制转变为位移的精密控制,可获得较宽的力值范围、较小的力值误差和高的加载工作效率。阐述了这种方法的基本原理,并做了误差分析。对所研制的1MN变臂比双杠杆式力标准机进行了检验,给出了试验数据和检验结果。力值准确度可以达到0.01%。     

吊挂机构对力标准机工作准确度的影响与应对措施

静重式力标准机的加载系统是通过吊挂将砝码施加到被检测力仪上的.为保证工作平稳性和工作效率,吊挂必须附加一些复杂的机构.分析了1MN静重式力标准机的吊挂系统对力值检测计量精度的影响,建立了加载系统力学模型,从理论上分析了杠杆平衡装置、吊挂、防摆机构与系统测量准确度的关系,提出了误差计算方法和公式.结果表明,复杂的吊挂机构对系统的力值检测计量精度确是有影响的,但可以通过保证设备的机械结构装配精度来减小联结点的摩擦力,并同时保证位移控制精度来减小以至消除这种影响.     

用于20MN基准测力机的新型静压润滑缸塞系统

介绍了大力值标准测力机中使用的一种新型静压润滑原理的工作缸塞系统。由于油缸不转动，其有效长度得以减少，从而使工作油缸和活塞的超精加工成为现实。这种带有高压密封和零压槽的缸塞结构，还有助于消除工作油压控制的波动而造成的力值波动，从而可以改善液压式标准测力机的计量性能。实验表明，使用静压缸塞系统的２０ＭＮ基准测力机，其力值不确定度优于０．０１％，而灵敏阀优于０．００１％。     

10MN叠加式力标准机的研制

简述10MN叠加式力标准机的工作原理,通过对横梁、加载系统、液压系统、控制系统以及测试系统进行创新设计,并采用新的力值加载结构和满足称重传感器、标准测力仪的测试系统,成功研制高精度10MN叠加式力标准机。该10MN叠加式力标准机示值重复性不大于0．02％,力值误差在±O．05％内,相对扩展不确定度优于0．1％（k=2）。     

高准确度微小扭矩标准装置研究

介绍了中国计量科学研究院新研制的基于空气轴承支撑技术的1mN·m～1N·m微小扭矩标准装置的工作原理、机械结构、性能试验和不确定度评定。该装置采用静压空气轴承作为力臂杠杆的支撑部件;力臂杠杆系统采用单臂结构,并配备了配平机构和力臂限位保护机构;砝码加载机构采用砝码吊挂、砝码组和砝码支撑系统精密结合的方式。理论分析和性能试验表明:该装置的相对扩展不确定度(k=2)在1～5mN·m范围内小于3.4×10-4;在5～100mN·m范围内小于7.4×10^-5;在100mN·m～1N·m范围小于2.6×10^-5。     

全国分量砝码比对的研究

根据国际建议OIML R111和《砝码》国家检定规程JJG99—2006的技术要求,由中国计量科学研究院作为主导实验室,组织全国113个实验室开展100g和200mg砝码的比对。采用花瓣式比对方式进行比对样品的传递,比对结果依据归一化偏差En值进行评价,历时1年的数据结果显示,6家实验室的砝码校准结果为不满意,不满意结果占参加比对实验室总数的5.4 %,文中对不满意结果可能出现的原因进行了详细分析。