沙树静[1]2004年在《国家基准机力值控制问题的研究与应用》文中研究指明力基准机是一个国家的力值计量和力值传递领域的最高标准的设备。力基准机是标准测力机的一种，用来检定负荷传感器的各项性能指标。同时力基准机是各种标准测力机中力值准确度最高的一种，它的各项性能指标决定了整个测力行业的准确度。它的性能对于国家的经济、军事、航空航天等领域具有重要意义。测力机主要分为静重式测力机、杠杆式测力机、液压式测力机、迭加式测力机等几种类型。高力值准确度的大力值基准机一般都是静重式测力机或液压式测力机。在静重式测力机中，机械组成是其最重要的结构部分,但是任何设备的正常自动运行都离不开电气装置。静重式测力机的正常运行离不开测控系统，测控系统的运行性能直接影响静重式测力机的力值准确度。良好的测控系统的稳定运行也能有效保证测力机工作的可靠性。针对1MN静重式测力机做了如下工作：一、建立并分析基准测力机的力学模型和控制学模型本文通过对力基准机的运动学模型和力学模型的分析，得出影响力基准机的力值准确度的主要机械因素是砝码的准确性。通过对控制系统的分析，得出力基准机的力值准确度的实现要由控制系统的高性能来实现。在力基准机的工作过程中，有多个工作过程是控制学上的难题，倒码过程中的力值保持就是其中之一。为了适应力基准机系统非线性，大滞后的特点，对设备工作的各个部分采取了不同的控制算法。为力基准机的控制系统设计了控制器，由此控制器作为系统的下位机直接控制设备各部件完成各种控制工作和信号检测工作，并且提供系统设备的全面快速的保护。通过试验证明，力基准机的各工作环节满足负荷传感器的检定要求。控制
唐韵[2]2010年在《基于压电陶瓷逆压电效应原理的3MN迭加式力标准机的研究》文中研究表明压电陶瓷及其产生的逆压电效应,可利用其原理制成微位移驱动器,实现微位移精密控制。而目前,压电陶瓷材料应用研究的迅速发展,已使压电陶瓷材料在所有陶瓷材料的应用中成为了最为重要的一环。在大量的工作实践中,位移和力这两个物理量是计量学中最基本的两个物理量,而压电陶瓷材料又是一种新型的固态器件,它集成了结构元件与电子元件,所以在精密的机械加工领域,压电陶瓷材料的应用可以说已经非常广泛了。局限于压电陶瓷材料晶体的结构,目前对它的应用大都对其施加比较小的力值载荷(<100kN),而为了解决在3MN迭加式力标准机上关于精密力值控制的问题,我们对压电陶瓷材料的压电效应及其结构进行了分析,主要针对其如何承载较大力值的载荷进行了研究了,并基于压电陶瓷的物理性能制出能精密控制力值的装置,以解决在力标准机上的遇到的精密力值加载的问题。主要研究内容如下:1.阐述了力标准机根据不同加载的原理而有的分类,及现阶段力标准机在国内外的发展现状和发展趋势。基于“压电陶瓷力发生装置”在力标准机上的作用原理,提出本文的研究重点,包括对压电陶瓷力学性能的测试,基于压电陶瓷的力发生装置在标准机上的应用及如何对标准机进行验收测试等。2.对于压电陶瓷材料在较大力值载荷下产生的微位移技术进行了理论分析,针对其晶体的压电效应进行了公式推导并阐述了其作用原理。在我们的实际应用中发现,基于压电陶瓷材料所制作的装置,现主要应用于精密位移的控制,在实现这些精密控制中,往往力值加载量是较小的。本课题为了解决在3MN迭加式力标准机上关于精密力值控制的问题,主要针对其如何承载较大力值的载荷进行了研究。而在承受了3MN的力值加载的情况下,依然可精密控制力值的加载,目前根据查新情况,在世界范围内还属首创。3.针对研制3MN迭加式力标准机的要求,我们严格挑选了力学性能较好的压电陶瓷片,并对其抗压强度和力学变形进行了试验,这样可以更好的在精密力值控制装置上对其加以利用和控制。在本次试验中,我们选用的压电陶瓷材料将会承载较大力值的载荷,为了不使其在试验中被大负荷压坏,有必要在试验前对其的抗压强度进行计算和设计,所以压电陶瓷材料的力学变形试验是非常必要的试验之一。4.本文对大负荷压电陶瓷装置在3MN迭加式力标准上的应用进行了试验。在验收阶段对本次研制的力标准机进行了大量的标定试验,对压电陶瓷材料及其晶体的压电效应应用在精密力值控制的有效性进行了完整的试验。3MN迭加式力标准研制的成功,可大幅提高这种加载方式的标准测力设备的力值不确定度,并相对静重式力标准机来说可大大提高工作效率,降低制造成本。上述是本论文的研究重点,我们通过大量的试验证明压电陶瓷材料用于承载较大力值载荷后的微控技术是可行的,而基于该技术研制的3MN迭加式力标准机的成功具有相当的经济及社会价值。
段文[3]2011年在《滚动摩擦油缸液压式标准力源技术研究》文中指出力值国家基准是一种用于产生基准力值的固定式仪器,主要用于定度标准测力仪。在国家的科研和工业生产等领域经常会遇到测量力值大小的实际问题,所以力值计量必不可少。为了保证力值计量和传递的一致性和准确性,必须深入研究标准力源技术。其中液压式标准力源在大力值计量领域中应用广泛,但油缸和活塞间的摩擦和泄漏使其力值计量精度难以提高,工作效率较低,造价十分昂贵。为了解决这一问题,人们尝试过动压润滑、静压润滑等手段,但结果都不理想。针对目前这种情况本文首次研究了滚动摩擦油缸液压式精密力源技术,用以解决现有液压式标准力源所遇到的瓶颈问题。本文的主要工作和创新点总结如下：首先对现有的液压式标准力源的基本原理及其误差因素进行了详细的分析：液压式力标准机以大、小油缸构成的连通器为主体,根据帕斯卡原理工作,它基于力的动力学效应,将已知质量砝码的重力经液压放大来复现基准力值。影响其提高技术性能的关键难题是缸塞系统的摩擦和环形间隙泄漏。经研究发现为了减小柱塞之间的摩擦力,人们总是在围绕如何减小两个运动件的滑动接触摩擦而做工作的。接着针对目前这种情况,本文首次创新性的提出了用滚动摩擦代替滑动摩擦的思想,即设计出一种滚动摩擦油缸的结构,用以替代原来的滑动摩擦油缸。其次本文对滚动摩擦油缸的结构设计进行了详细的阐述,以发明的滚动摩擦柱塞式液压缸为核心,运用两个滚动摩擦柱塞式液压缸形成一连通器,构成液压式力标准机的主体。同时本文还设计了液压控制系统。它由两个差动连接的柱塞式液压缸构成专用补油液压泵,配以伺服驱动控制系统、液压回路组成。此外本系统采用了超高压无摩擦密封技术和无脉动柱塞油缸自动稳压技术,对提高液压式力标准机的力值测量精度有很大的帮助。再次本文论述了滚动摩擦油缸液压式力标准机的不确定度分析的相关原理,推导出滚动摩擦油缸液压式力标准机力值和各个影响量之间的不确定度关系。最终通过静力学分析表明运用滚动摩擦油缸有可能制作误差在0.01%级的机器。通过对液压油缸的流体结构耦合分析可以看出采用新结构的滚动摩擦液压式力标准机在防止泄露上有很好的效果。将本文所设计的机械装置和液压控制系统配以机电控制系统就可组成完整的滚动摩擦油缸液压式力标准机。总之,滚动摩擦油缸液压式力标准机是一种新型的标准力源装置。它简化了油缸的结构,大幅度降低了摩擦力和造价,工作效率高,无需高压液压泵,也没有压力和流量脉动现象。完全能够满足国家工业生产对标准力源装置的需求,对我国计量工作的发展有重要的意义。
吴实[4]2017年在《200 N力值标准装置的研制》文中进行了进一步梳理小力值力学计量领域,急需机械结构设计合理、结构稳定、电气设备先进、控制准确可靠的力值标准装置。本文200 N力值标准装置的研制,保障了国家计量单位制统一和量值准确可靠,有利于我国小力值力学计量相关的生产、贸易和科学技术发展。本文研制了一台200 N力值标准装置。它采用静重式砝码加卸载方式,通过砝码直接复现力值。200 N力值标准装置的机械结构由砝码加卸载组件、升降组件、砝码托架组件及砝码组成。独创性的设计出了8工位砝码托架,实现了宽范围无逆程加载过程。本文在装置控制系统需求分析的基础上,以可编程逻辑控制器(PLC)为控制中心,对控制系统的各个模块进行设计。PLC通过运动控制模块,向伺服放大器发送数据,控制伺服电机驱动工作平台及砝码托架平稳运动和准确定位。实现了不同量程段砝码自动更换,砝码自动加、卸载功能。采用无线网(WIFI),实现利用平板电脑(PAD)或智能手机无线操作装置,摆脱了传统的操作台,使装置的操作更便捷、更安全。本文研究了200 N力值标准装置的硬件组成、各硬件之间的接口和通信方法。对装置测控软件的功能、整机架构、层次等进行了详细设计。本文完成了200 N力值标准装置的计量性能验证,对设备整体不确定度水平进行了评定。各项指标达到设计要求,整机性能达到国际先进水平。
植宇辉, 莫先怡, 钟泽光[5]2015年在《液压迭加式力标准机力值重复性、示值误差和长期稳定性观测与思考》文中研究指明文章以500k N液压方式迭加机作为验证机和研究平台,根据其力值重复性、示值误差和长期稳定性指标优于0.0086%(突破规程0.03级的极限,挑战现有理论模式)的检测数据,评估其不确定度,指出现检定规程存在的问题,坚持以0.01%精度为深入研究的切入点,寻找减小不确定度分量的方法,提出完善高精度迭加机计量传递链的部分改进思路。
张智敏, 张跃, 周宏, 张学成, 吴鲲[6]2008年在《全自动1MN静重式力标准机》文中认为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。
刘钢[7]2013年在《静重式力标准机平滑加（卸）载控制系统研究》文中指出力标准机是产生标准力值及用于检定标准测力仪的设备，是一个国家力值计量和力值传递领域的基准设备。它涉及整个测量领域，并按法律规定，对测量起着指导、监督、保证的作用。静重式力标准机是力标准机当中精度较高的一种，它的各项性能指标决定了国家整个计量和测量行业的准确度，对国家科技、经济、军事等各个领域具有极其重要的意义。静重式力标准机由于其结构的原因，在进行检定工作过程当中，为了达到某一力值的加载需要，存在在加载过程中某一块砝码需要卸载的现象，这就是所谓的“逆程”现象。“逆程”现象会影响被检定传感器的检定精度。本论文在对以往出现的静重式力标准机加卸载方式的工作原理和运动分析的基础上，提出静重式力标准机全闭环控制方式。本文对静重式力标准机的机械结构进行了较为全面的分析，建立了静重式力标准机的机械结构动力学模型，在此基础之上，进一步建立了静重式力标准机全闭环控制的数学模型，通过对闭环控制数学模型的仿真分析，证实了静重式力标准机全闭环控制方式相对于开环控制方式提高了检定精度，而且该控制方式相对于其他加载方式的静重式力标准机提高了系统的可控性，有效的解决和控制了静重式力标准机在检定过程当中的力值波动问题。本文在建立的闭环控制数学模型的基础上设计了基于DSP的静重式力标准机全闭环控制系统，通过该系统，实现了两块砝码组合加卸载，有效的避免了静重式力标准机在检定过程当中出现的逆程现象，提高了静重式力标准机的检定精度。
高富荣, 谭洪辉, 黄振宇[8]2010年在《迭加式力标准机的长期稳定性与准确度》文中研究说明针对迭加式力标准机的准确度评价,重点研究了参考标准长期稳定性与力标准机准确度的关系,强调了对长期稳定性的考核必须在力值数据未经修正的前提下进行。分别采用直接法与间接法对3MN迭加机进行了考核,结果表明其长期稳定性优于±0.02%,力值扩展不确定度优于0.03%(k=2)。讨论了准确度优于0.03级的迭加机的量值溯源问题,指出了用直接法溯源到1MN静重式力基准机的可行性和优点,对于我国大力值计量体系的发展具有重要意义。
张兴田[9]2008年在《半程主动电磁阻尼技术及在标准力源装置上的应用研究》文中认为无论在国民经济诸领域还是在科学研究与生产检验中,经常遇到计量力的各种实际问题,标准力源装置就是一种能够产生标准力值的固定式力值计量器具。在力值准确度和力值稳定性方面,静重式标准力源装置(也称静重式力标准机或静重机)具有明显的优势,有着其它标准力源装置难以替代的作用。静重式标准力源装置是用标准天平称量过的砝码加载到所要标定的仪器上,通过与标准砝码的比对进行力值标定的。砝码加卸载过程中由于自身因素和外部干扰,难免会产生低频摆动现象,从而降低了标准力源装置的力值准确度,延长了读数稳定时间并且降低了工作效率。传统的方法或技术无法对砝码的低频摆动实现有效且非接触地抑制。为解决上述问题,本论文首次提出了采用“半程主动电磁阻尼技术”对砝码低频摆动进行抑制的思想及实现方法,并对其进行了理论分析和实验验证。实验表明,半程主动电磁阻尼技术是正确可行的,与传统的抑制砝码低频摆动的方法相比具有结构简单、经济实用、控制简单、响应灵敏、阻尼效果更明显等特点,且与砝码无接触无干扰,符合国际法制计量组织第60号建议(OIML R60 2000)以及我国《称重传感器计量规程》的规定。该技术不仅适用于静重式标准力源装置,对杠杆式标准力源装置或其他精密仪器中低频摆动现象的抑制也同样适用。这种新型的抑制标准力源装置中低频摆动的方法和技术对提高标准力源装置力值准确度、促进测力仪行业的生产发展、推动我国力值计量行业的技术进步等具有重要的现实意义和实用价值。
黄振江[10]2010年在《基于特殊结构应变计的新型百分表式标准测力仪研制》文中研究表明随着传感器技术、通信技术和计算机技术的不断发展,我国多年广泛使用的0.3级百分表式标准测力仪已逐渐被电阻应变式测力仪及其它力学量传感器所替代,全国各个计量质检部门及各种检测机构闲置大量0.3级百分表式标准测力仪。本课题研究方向就是将其改造成电阻应变式传感器的结构,对传统百分表式测力仪粘贴专用应变计及工艺处理加工,辅之以二次仪表。使该测力仪能够机械、电子两用读数,解决加载过程中的横向偏载和扭转所引起的误差,细化测量过程,理论上可以保持符合JJG144-2007标准测力仪检定规程0.3级的要求,争取达到0.1级的要求,测量范围有所扩大。本文运用理论分析、模拟技术和有限元仿真分析的方法,对百分表式标准测力仪力学模型和动力学特性进行了详细研究,并对加工工艺进行了探讨,经过大量试验测试,对这种基于特殊结构应变计的新型百分表式标准测力仪的研究工作已取得了不少新进展。本课题的主要研究内容有:1.基于0.3级百分表式标准测力仪的工作结构,对弹性体进行力学性能进行有限元分析,确定电阻应变计布片位置和形式。2.电阻应变计布片方法的探讨。应变计自身的丝栅结构的设计布置方法以及组成惠斯登电桥形式,讨论测量结果是否真实反映需要测量的载荷,以及力作用点位置改变是否影响测量精度等问题。3.解决新型电阻应变式测力环研制过程中的关键工艺技术。对自补偿技术和贴片粘结技术进行讨论,研究适合工业应用的封装方法和制作工艺,从而提高新型电阻应变式测力环的测量精度和使用寿命。4.对新型电阻应变式测力环进行多项实验研究,分析其各项性能指标并将新型电阻应变式测力环应用于实际测量。
参考文献：
[1]. 国家基准机力值控制问题的研究与应用[D]. 沙树静. 吉林大学. 2004
[2]. 基于压电陶瓷逆压电效应原理的3MN迭加式力标准机的研究[D]. 唐韵. 电子科技大学. 2010
[3]. 滚动摩擦油缸液压式标准力源技术研究[D]. 段文. 吉林大学. 2011
[4]. 200 N力值标准装置的研制[D]. 吴实. 天津大学. 2017
[5]. 液压迭加式力标准机力值重复性、示值误差和长期稳定性观测与思考[J]. 植宇辉, 莫先怡, 钟泽光. 大众科技. 2015
[6]. 全自动1MN静重式力标准机[J]. 张智敏, 张跃, 周宏, 张学成, 吴鲲. 计量学报. 2008
[7]. 静重式力标准机平滑加（卸）载控制系统研究[D]. 刘钢. 西华大学. 2013
[8]. 迭加式力标准机的长期稳定性与准确度[J]. 高富荣, 谭洪辉, 黄振宇. 中国测试. 2010
[9]. 半程主动电磁阻尼技术及在标准力源装置上的应用研究[D]. 张兴田. 吉林大学. 2008
[10]. 基于特殊结构应变计的新型百分表式标准测力仪研制[D]. 黄振江. 华南理工大学. 2010
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