仪器校准

2000t力传感仪器自动加载校验检定装置的研制

作者：calibration    来源：未知    发布时间：2020-03-21 09:39    浏览量：
0引言
力传感器是一种将力信号按规律转换成电信号的器件或装置，是动力设备、工程机械和工业自动化系统中不可缺少的核心部件。本文提出一套2000t力传感器自动加载检定装置的研制方案和设计思路，本装置的准确度等级达到0.3级，可对1.0级及以下等级的力传感器进行量值传递。本装置能够产生并加载稳定力源，在力传感器的检定校准、重载结构物结构受力实验等领域将会有广泛的应用，装置采用自动加载、自动采集数据的方式运作，具有控制精度高、运行可靠、稳定性好、可多点协调加载等特点。
 整体结构示意图
1检定装置的设计
1.1总体方案设计
随着科技的进步，大力值计量正朝着自动化、模块化、数字化的方向发展，利用先进的自动测试技术可以有效地减少系统误差、提高计量工作效率。根据力传感器的静态检定方法，综合考虑了本装置的技术指标和功能需求，本课题设计了一套2000t力传感器自动加载检定装置的方案，整体外观结构图和设计思路如图1和图2所示。本装置主要由力标准装置及数据采集部分、电液伺服加载控制部分和自调平钢结构承载主体框架组成。工作测试时，本装置系统端通过控制油压单元对被检传感器施加载荷，以标准测力仪的力信号作为反馈，采用闭环方式控制液压油泵进行加卸载。测试完成后，将设定输出的力值数据通过数据采集装置传递给计算机，完成对被检对象的数据采集记录过程。本装置设计的力值准确度等级为0.3级，用于对1.0级及以下等级的力传感器进行计量检定和校准。
 检定装置的设计思路图
1.2机架结构设计
本装置设计采用四立柱自平衡反力架方案，反力架上下横梁原料采用ZG230－450铸造碳钢，其屈服强度为230MPa，抗拉强度为450MPa，立柱则采用45号钢，调质处理HＲC20－25，立柱与上下横梁用高强度螺栓连接。整体机架结构自重达到20t以上，以确保2000t以上力值加载的稳定性和安全性。
 
1.3加载系统设计
本装置的加载系统主要由伺服电机油源和液压机构组成，设计方案如图3所示。伺服电机油源作为液压机构的供油系统，伺服电机油源拥有双泵系统，具有流量稳定、低噪声、超载保护、行程保护等特点，［3］满足加载大力值传感器的需求。液压机构则采用高密封结构的大行程液压千斤顶作为加载驱动，测控系统根据设定的信息加反馈信号控制伺服电机，调节油泵流量，实现液压千斤顶自动加荷卸荷控制，确保整机的控制精度和保载稳定性。
 
1.4测控系统设计
检定加载大力值力传感器时，本装置能提供精确的加载控制和力值稳定时间。本课题设计的仪器校验检定装置采用0.3级标准测力仪作为量值传递标准器，力发生器实施加载，标准测力仪实时显示力值，测控系统采用24位高精度反馈闭环控制方式，结合测控器及控制软件，动态控制加载系统，提供检定1.0级及以下等级力传感器需要的稳定条件。对控制部分进行设计、构建时，综合考虑设计需求和技术成熟度，测控系统选用GTC－AD800PCI型号的试验机测控器。GTC－AD800PCI测控器硬件上采用优质进口MAXIM、CIＲＲUSLOGIC等集成电子器件。测控器直接连接应变式力传感器进行测量，同时连接伺服驱动器控制交流伺服电机油源，［4］实现对本装置的力值闭环控制。测控系统的控制软件选用具有良好的人机交互界面的MaxTest专用测控软件，运行时我们可实现自动采集、自动保存、自动分析数据。
 仪器校验检定装置安装就位图
2仪器校验检定装置测试及性能评估
2.1实物样机安装
根据研制方案的思路，经过零部件自加工、外采购，部件组装和各系统调试，完成整机的安装。本装置的整机外观图如图4所示。
 
2.2指标测试与验证
2.2.1重复性测试
在相同测量条件下，用本装置重复测量一台准确度为0.1级、量程为7500kN的HBM标准测力传感器，试验结果如表1所示，实验标准偏差s(yi)=0.7kN，所以试验结果证明本装置的重复性指标满足0.3级检定装置的重复性指标的技术要求。
 本装置的重复性试验数据
2.2.2方位误差测试
因为测力传感器在不同的安装方位具有不同的输出特性，在实际仪器校验检定中仅取一个方向的数据作为测得值，同时本装置在力值测量单元的设计上参照叠加式力标准机，采用了3个标准测力仪并联的方式安装，工作台水平度和三个标准测力仪的力值的一致程度也会对方位误差产生影响，如果仪器校验检定装置的方位误差较大，则无法保证被检传感器在使用时的状态与检定时状态一致，测得值存在较大不确定度。因此，在相同测量条件下，用本装置多方位测量一台准确度为0.1级、量程为7500kN的HBM标准测力传感器，测试结果如表2所示，参照JJG1116－2015《叠加式力标准机检定规程》和JJG144－2007《标准测力仪检定规程》的要求，方位误差小于最大允许误差的两倍，本次试验结果也满足0.3级检定装置的方位误差指标的技术要求。
 本装置的方位特性试验数据
2.2.3稳定性测试
每隔1个月，用本装置对一台准确度为0.1级、量程为7500kN的HBM标准测力传感器进行测量，试验结果如表3所示，本装置的稳定性结果满足0.3级检定装置稳定性指标的技术要求。
 本检定装置的稳定性试验数据
3结论
本文介绍了一套2000t力传感器自动加载检定装置的研制方案和设计思路，检定装置的准确度等级为0.3级，可对1.0级及以下各等级的力传感器进行量值传递。课题对装置的机架结构、加载系统、测控系统等进行了系统的阐述，在确保达到设计要求情况下，最大化降低加工难度，完成试验样机的研制。经过测试与验证，本仪器校验装置的各项技术指标性能满足JJG455－2000《工作测力仪检定规程》对标准器的要求，本仪器校验装置工作状态运行稳定可控，研究成果具有重要意义。
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