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载荷平衡测量制造技术

技术编号:15610977 阅读:105 留言:0更新日期:2017-06-14 02:01
本公开提供一种载荷平衡测量及测量装置。该载荷平衡测量包括:刚性载荷叠加器,叠加和传递载荷对其作用效果的刚体或非绝对刚体;第一个载荷;第二个载荷;惯性参照系,其使所述刚性载荷叠加器相对于其保持静止;系统平衡力,由所述惯性参照系向所述刚性载荷叠加器提供,用以使所述刚性载荷叠加器相对于其保持静止的作用力;力敏元件,其包括采用接触或非接触方式对单一分量作用力正向、负向亦或是正负两个方向的力值或力值变化实施测量;所述第一个载荷、所述第二个载荷以及所述系统平衡力对所述刚性载荷叠加器的作用效果被所述刚性载荷叠加器相叠加,且所述惯性参照系向所述刚性载荷叠加器提供的所述系统平衡力被所述力敏元件测量。

【技术实现步骤摘要】
载荷平衡测量
本专利技术涉及测量领域,其具体涉及的载荷平衡测量方法和测量装置,以及运用本专利技术载荷平衡测量而实施的材料内力平衡测量和微动测量与控制,例如其包括实现测力、称重试验中对全量程载荷的精确测量;实现材料力学性能的精确测定;实现极限量程微动的精确测定与控制。
技术介绍
随着科学技术的发展以及科研分析工作的不断深入,对极限力值、极限位移、精确定位以及材料力学性能的精确测定已经成为目前航空航天、国防工业、核工业、材料科学以及精密加工等
迫切需要解决的问题。a.应力松弛不仅是连接件设计的核心问题,也是极端条件下结构完整评价的重要指标,因此材料应力松弛的精确测定在理论研究和工程设计方面都具有重要的意义。据《金属材料拉伸应力松弛试验方法》GB/T10120-2013描述,应力松弛试验采用适时调整试件的载荷,以保持试件变形恒定,最终测量试件残余应力来实现。由于受检测装置灵敏度限制,试件缓慢而细微的变形虽然可视,但对其蠕变变形却无准确的测量数据,这种试验方法不但实施困难,其始终无法避免残余应力测量引起的不确定度对测量结果的影响,且该方法未能展示试件内部的介观信息,严重的阻碍了应力松弛机理的研究进程。b.材料杨氏模量是衡量材料受力后其变形程度的参数,是设计各种工程结构时选用材料的主要依据之一,其测量方法在《金属材料弹性模量和泊松比试验方法》GB/T22315-2008已经做了详细的要求,但试验中轴向变形增量的示值误差对测量结果造成的影响始终未得到有效的解决,从而严重影响了此类试验的测量效果。c.质量和力值测量已经有很多为人们所熟知的测量方法,但由于受到衡量设备的量程限制以及现有检测装置的制约,目前大力值、大质量以及超微力值仍无法做到精确测量,尽管现有技术中不乏运用各种放大措施来扩大其量程的实例,但这类大量程测量的实现是以降低测量系统灵敏度和测量精度作为代价来实现的;由于受到测量设备制约,技术人员尚未寻求到一条适合超微力值溯源的途径,微小质量标准砝码本身仍存在着很大的不确定度,造成国际上目前仍没有统一、准确的微小力计量方法。因此,极限量程测力、称重以及微力发生控制目前依然是该测量领域的难题。d.微位移系统是超精密加工及检测中的关键技术之一,近年来随着微电子技术,宇航,生物工程学科的迅速发展,迫切需要高精度,高分辨率,高可靠性的微位移系统用以直接工作或配合其他仪器设备完成高精度研究和使用。李庆祥王东生李玉和编著的《现代精密仪器设计》一书第五章、第七章对现阶段微位移系统各种设计方法的优缺点、适用范围以及所能达到的精度进行了详细的论述。在我国,由于受到机械加工精度、检测技术水平的制约,现有技术还无法满足微位移系统大行程、高精度、高频响、高分辨率检测以及精确定位的性能要求,微位移技术的开发进程仍十分缓慢。以上实例均是基于力学平衡原理实施的力学测量。分析现有的力学测量方法,其对载荷间的不平衡度及平衡修正值的测量,或是借助机、电、声、光、磁等技术,通过观察测量平衡部件偏离平衡位置的程度来实现;或是通过测量受力部件发生应变的程度来实现。其始终未能深入受力系统内部,探究力系内在的平衡状态和受力状况;加之受到现有检测装置小量程、高精度测量特性和非接触测量分辨率低的制约,现有力学测量方法在极限量程测量中仍存在一定不足,该类试验对上述力学难题的精确测定仍未取得突破性进展。寻求一种新的检测原理,制造一种新的检测仪器来突破以上力学测量中遇到的瓶颈问题,正是本专利技术目的所在。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种结构简单、测量性能可靠且能够精确测量空间内任意载荷平衡状况的力学测量方法;该方法还将对全量程载荷以及全量程载荷变化实现精确测量,能够对全量程载荷实现量值传递,能够对微小载荷发生或变化实现精确控制。本专利技术还将解决的技术问题是提供一种易于实施且能够精确测量材料内力平衡的测量方法;该材料内力平衡测量方法将对材料内力以及材料内力松弛实现精确测量,该测量还将提供一种验证弹性假设正确性的方法,继而对材料受力与材料变形的单值函数关系实现精确标定。本专利技术将提供一种微动测量,该测量还将提供微动控制和精确定位控制的方法。本专利技术还将提供实施上述测量的测量装置。本专利技术的总体构想是:首先提供一种力学测量方法,其将对空间内任意载荷的平衡状况实现精确测量;调整该力学测量方法的测量条件,将能够对全量程载荷以及全量程载荷变化实现精确测量,对微小载荷发生或变化实现精确控制,并对全量程载荷实现量值传递;该力学测量方法运用于材料性能试验,将能够对材料内力平衡实现精确测量,运用材料内力平衡测量,其还将对材料内力以及材料内力松弛实现精确测定,该力学测量方法还将提供一种用于验证弹性假设正确性的方法,继而将对材料受力与材料变形的单值函数关系实现精确标定;结合上述测量的标定结果,利用弹性材料受力与材料变形的单值函数关系,该力学测量方法还将提供一种微动测量,该测量还将提供微动控制和精确定位控制的方法;最后本专利技术还将提供实施上述测量的测量装置。基于以上技术思路,通过实施如下措施将使本专利技术的目的得以实现。现实环境中,对于受不平衡力系作用的刚体,技术人员总能找到几个由惯性参照系向刚体施加的约束力,其使该刚体满足任意空间力系平衡的充要条件,达到受力平衡状态;另据静力学加减平衡力系原理得知,惯性参照系向受平衡力系作用的刚性体施加平衡力,不改变刚性体受力平衡状态,本专利技术称上述约束力以及平衡力为系统平衡力。若对该系统平衡力实施测量,便能够精确测量得出刚性体的受力平衡状况,结合系统平衡力的位置参数还能够精确计算出卸载系统平衡力后,原力系的不平衡度。此处我们对共线力系的平衡测量作进一步分析,据静力学对共线力系描述:物体在共线力系作用下平衡的充要条件为F=F1+F2+F3+...+Fn=∑Fi=0。图1a、图1b显示的是受共线力系作用的刚性体平衡的示意图,该装置包括:惯性参照系101、刚性载荷叠加器102、系统平衡力106、互为共线的第一个作用力105和第二个作用力104以及第一个作用力105与第二个作用力104的合力107,刚性载荷叠加器102在第一个作用力105和第二个作用力104共线作用下产生运动或产生运动的趋势,为使刚性载荷叠加器102处于受力平衡状态,需由惯性参照系101向刚性载荷叠加器102提供与第一、第二个作用力的合力107等值、反向且共线的系统平衡力106,使F=F1+F2+F3+...+Fn=∑Fi=0,该共线力系满足平衡条件,通过系统平衡力106的力值或力值变化,能精确测量该共线力系的平衡状态以及原共线力系的不平衡度,其中图1a显示的是受反向共线力系作用的刚性体平衡的示意图,图中系统平衡力106的力值,其主要取决于第一个作用力105与第二个作用力104的合力107,其与第一个作用力105和第二个作用力104的力值无直接关联,于是便产生了几种提高系统平衡测量精度的技术方案,其一,选用力值更为接近的第一个作用力105和第二个作用力104相互作用,以方便选用更小量程、更高精度的测力部件对系统平衡力106实施测量,从而大幅度提高平衡测量精度;其二,由于系统平衡力106的力值主要取决于第一个作用力105与第二个作用力104的合力107,从理论上讲只要将合力值107控制在高精度本文档来自技高网
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载荷平衡测量

【技术保护点】
一种载荷平衡测量,其包括:a刚性载荷叠加器,一种叠加和传递载荷对其作用效果的刚体或非绝对刚体,其可以是具体零部件,也可以是受力部件本身;b第一个载荷,包括由体载荷、线载荷或面载荷形成的对所述刚性载荷叠加器具有单一分量或多分量作用效果的任意载荷,其还包括由多个前述载荷共同作用的等效载荷;c第二个载荷,包括由体载荷、线载荷或面载荷形成的对所述刚性载荷叠加器具有单一分量或多分量作用效果的任意载荷,其还包括由多个前述载荷共同作用的等效载荷;d惯性参照系,测量中选取的参考系,其对所述刚性载荷叠加器的作用效果包括使所述刚性载荷叠加器相对于其保持静止;e系统平衡力,由所述惯性参照系向所述刚性载荷叠加器提供,用以使所述刚性载荷叠加器相对于其保持静止的一个或多个单一分量的正向、负向亦或是正负两个方向的作用力;f力敏元件,对力敏感的弹性或非弹性元件,其包括采用接触或非接触方式对单一分量作用力正向、负向亦或是正负两个方向的力值或力值变化实施测量;其特征是:所述第一个载荷、所述第二个载荷以及所述系统平衡力对所述刚性载荷叠加器的作用效果被所述刚性载荷叠加器相叠加,且所述惯性参照系向所述刚性载荷叠加器提供的所述系统平衡力被所述力敏元件测量;该装置依据平衡原理,利用现有检测装置小量程、高精度的测量特性,将提供用于高度精确和灵敏的测量平面任意力系、任意空间力系、任意平衡力系平衡状况的方法,该装置结构简单,响应迅速、分析简便且测量性能可靠,较已公知的该类技术具有全载荷、高精度以及高分辨率的测量特性,其中所公开的反向共线作用力载荷、反向平面转矩载荷以及反向平面力偶矩载荷平衡测量装置,最大限度的减小了大量程载荷对测量部件的影响,其至少在一定程度上能够克服现有测量中无法对极限量程载荷平衡实施精确测量的技术难题;由其派生的物理量及材料力学性能测量装置还将在一定程度上解决诸如极限量程载荷测量、材料内力测量、材料内力松弛测量、材料杨氏模量测量、材料变形与材料内力单值函数关系测定、极限量程位移测量以及精确控制和定位等测量领域所遇到的技术难题,尤其是所公布的材料内力测量装置还将首次对材料轴力、材料剪力、受弯材料内力偶矩以及受扭材料内力偶矩实现精确测量,所公布的载荷发生或载荷变化控制装置还将为超微力值提供一条量值溯源途径;根据本专利技术制作的装置期望能够成为现有测量装置的补充,为材料力学以及弹性理论的研究提供可靠的实验验证依据,在材料力学性能测定、高精度测力传感器的研发、新材料研制、精密机械加工乃至装备总成后的性能测试中得到广泛的应用,期望该装置能够为材料力学性能试验机、力学计量校准设备、新型极限力值标准机、标准测力仪、专用测量装置、新型力学测量装置以及高精度、全量程测力称重传感器的研发提供一条全新的设计思路,该载荷平衡测量可能涉及国家重大利益。...

【技术特征摘要】
1.一种载荷平衡测量,其包括:a刚性载荷叠加器,一种叠加和传递载荷对其作用效果的刚体或非绝对刚体,其可以是具体零部件,也可以是受力部件本身;b第一个载荷,包括由体载荷、线载荷或面载荷形成的对所述刚性载荷叠加器具有单一分量或多分量作用效果的任意载荷,其还包括由多个前述载荷共同作用的等效载荷;c第二个载荷,包括由体载荷、线载荷或面载荷形成的对所述刚性载荷叠加器具有单一分量或多分量作用效果的任意载荷,其还包括由多个前述载荷共同作用的等效载荷;d惯性参照系,测量中选取的参考系,其对所述刚性载荷叠加器的作用效果包括使所述刚性载荷叠加器相对于其保持静止;e系统平衡力,由所述惯性参照系向所述刚性载荷叠加器提供,用以使所述刚性载荷叠加器相对于其保持静止的一个或多个单一分量的正向、负向亦或是正负两个方向的作用力;f力敏元件,对力敏感的弹性或非弹性元件,其包括采用接触或非接触方式对单一分量作用力正向、负向亦或是正负两个方向的力值或力值变化实施测量;其特征是:所述第一个载荷、所述第二个载荷以及所述系统平衡力对所述刚性载荷叠加器的作用效果被所述刚性载荷叠加器相叠加,且所述惯性参照系向所述刚性载荷叠加器提供的所述系统平衡力被所述力敏元件测量;该装置依据平衡原理,利用现有检测装置小量程、高精度的测量特性,将提供用于高度精确和灵敏的测量平面任意力系、任意空间力系、任意平衡力系平衡状况的方法,该装置结构简单,响应迅速、分析简便且测量性能可靠,较已公知的该类技术具有全载荷、高精度以及高分辨率的测量特性,其中所公开的反向共线作用力载荷、反向平面转矩载荷以及反向平面力偶矩载荷平衡测量装置,最大限度的减小了大量程载荷对测量部件的影响,其至少在一定程度上能够克服现有测量中无法对极限量程载荷平衡实施精确测量的技术难题;由其派生的物理量及材料力学性能测量装置还将在一定程度上解决诸如极限量程载荷测量、材料内力测量、材料内力松弛测量、材料杨氏模量测量、材料变形与材料内力单值函数关系测定、极限量程位移测量以及精确控制和定位等测量领域所遇到的技术难题,尤其是所公布的材料内力测量装置还将首次对材料轴力、材料剪力、受弯材料内力偶矩以及受扭材料内力偶矩实现精确测量,所公布的载荷发生或载荷变化控制装置还将为超微力值提供一条量值溯源途径;根据本发明制作的装置期望能够成为现有测量装置的补充,为材料力学以及弹性理论的研究提供可靠的实验验证依据,在材料力学性能测定、高精度测力传感器的研发、新材料研制、精密机械加工乃至装备总成后的性能测试中得到广泛的应用,期望该装置能够为材料力学性能试验机、力学计量校准设备、新型极限力值标准机、标准测力仪、专用测量装置、新型力学测量装置以及高精度、全量程测力称重传感器的研发提供一条全新的设计思路,该载荷平衡测量可能涉及国家重大利益。2.根据权利要求1所述的载荷平衡测量,其中所述第一个载荷与所述第二个载荷对所述刚性载荷叠加器的作用效果包括共线的作用力。3.根据权利要求1所述的载荷平衡测量,其中所述第一个载荷与所述第二个载荷对所述刚性载荷叠加器的作用效果包括同一平面内的两个力偶矩载荷。4.根据权利要求1所述的载荷平衡测量,其中所述刚性载荷叠加器具有固定的回转中心,且所述第一个载荷与所述第二个载荷对所述刚性载荷叠加器的作用效果包括同一回转平面内的两个转矩载荷。5.根据权利要求1所述的载荷平衡测量,其中所述第一个载荷与所述第二个载荷对所述刚性载荷叠加器的作用效果包括同一平面内两个任意载荷。6.根据权利要求1所述的载荷平衡测量,其中所述第一个载荷与所述第二个载荷对所述刚性载荷叠加器的作用效果包括空间内两个任意载荷。7.根据权利要求1所述的载荷平衡测量,其中所述第一个载荷与所述第二个载荷对所述刚性载荷叠加器的作用效果包括空间内两个相互平衡的载荷。8.一种载荷相对变化的测量,其包括:根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的载荷平衡测量,其中,所述第一个载荷对所述刚性载荷叠加器的作用效果与所述第二个载荷对所述刚性载荷叠加器的作用效果反向;该装置充分发挥现有检测装置高精度的测量特性,采用直接测量载荷平衡修正值或不平衡度的思路,对载荷间量值的相对变化实现精确测量,该装置结构简单,响应迅速、分析简便且测量性能可靠,较已公知的利用测量载荷绝对量值进而计算载荷相对变化的测量技术,具有大量程、全载荷、高精度以及高分辨率的测量特性,根据本发明制作的装置期望能够成为现有测力称重装置的补充,在极限量程载荷测量中得到广泛的应用,期望该装置能够为材料力学性能试验机、力学计量校准设备、新型极限力值标准机、标准测力仪以及新型力学测量装置的研发提供一条全新的设计思路。9.一种载荷叠加测量,其包括:根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的载荷平衡测量,其中所述第二个载荷包括与所述第一个载荷同向的载荷;该测量充分利用现有检测装置小量程、高精度的测量特性,采用叠加测量方式对多个同向载荷实现精确叠加测量,该装置结构简单,响应迅速、分析简便且测量性能可靠,较已公知的该类技术具有全载荷、高精度以及高分辨率的测量特性。10.一种载荷发生或载荷变化控制方法,其包括:根据权利要求8所述的载荷相对变化的测量,其中所述第一个载荷对所述刚性载荷叠加器的作用效果与所述第二个载荷对所述刚性载荷叠加器的作用效果包括可调整的标准载荷,调整所述第一个标准载荷与所述第二个标准载荷的量值,或对二者的量值分别调整,所述刚性载荷叠加器与所述惯性参照系之间将获得新量值的载荷,且所述新量值的载荷将被所述力敏元件测量;该装置利用载荷平衡原理,采用无间隙控制方式,产生精准且稳定的微载荷,该装置结构简单,响应迅速、分析简便且测量性能可靠,较已公知的该类技术具有全载荷、高精度以及高分辨率的测量特性,其至少在一定程度上能够克服现阶段由于超微力值计量体系未建立而造成超微力值无法溯源的技术难题,根据本发明制作的装置期望能够成为现有微力发生装置的补充,为超微力值提供一种量值溯源途径,为超微力值计量仪器装备的研发提供一条全新的设计思路,该载荷发生或载荷变化控制可能涉及国家重大利益。11.一种材料内力平衡测量,其包括:根据权利要求1所述的载荷平衡测量,其中,所述第二个载荷包括受试材料的内力,所述第一个载荷包括由体载荷、线载荷或面载荷形成的单一分量或多分量的外部试验载荷,所述外部试验载荷使所述受试材料产生所述内力,所述系统平衡力包括由所述惯性参照系向所述刚性载荷叠加器提供的用以阻止受试材料进一步变形的一个或多个单一分量的作用力,其特征是:所述刚性载荷叠加器将所述外部试验载荷对受试材料的作用效果与所述惯性参照系提供的所述系统平衡力对受试材料的作用效果相叠加,且所述惯性参照系向所述刚性载荷叠加器提供的所述系统平衡力被所述力敏元件测量;该装置应用本发明所公开的载荷平衡测量装置或测量传感器,将提供用于高度精确和灵敏的测量受试材料内力与外部载荷的平衡状况的方法,该装置结构简单,响应迅速、分析简便且测量性能可靠,较已公知的该类技术具有全载荷、高精度以及高分辨率的测量特性,其至少在一定程度上能够克服现有同类测量无法对材料内力平衡实现精确测量的技术难题;由其派生的材料力学性能测量装置还将在一定程度上解决诸如材料内力测量、材料内力松弛测量、材料杨氏模量测量以及材料变形与材料内力单值函数关系测定等测量领域所遇到的技术难题,尤其是所公布的材料内力测量装置还将首次对材料轴力、材料剪力、受弯材料内力偶矩以及受扭材料内力偶矩实现精确测量,根据本发明制作的装置期望能够成为现有材料力学性能测量装置的补充,为材料力学以及弹性理论的研究提供可靠的实验验证依据,期望该装置能够在材料力学性能测定、高精度测力传感器的研发以及新材料研制过程中得到广泛的应用,期望能够为材料力学性能试验机、力学计量校准设备、新型极限力值标准机、标准测力仪、专用测量装置、新型力学测量装置以及高精度、全量程测力称重传感器的研发提供一条全新的设计思路,该材料内力平衡测量可能涉及国家重大利益。12.一种材料弹性模量测定或材料轴力与材料轴向变形测量,其包括:根据权利要求11所述的材料内力平衡测量,其中所述受试材料内力包括所述受试材料的轴力,所述外部试验载荷包括使所述受试材料产生所述轴力的轴向拉伸或轴向压缩力,且所述轴向拉伸或轴向压缩力包括标准载荷,其特征是:所述受试材料在所述轴向拉伸或轴向压缩力的作用下产生可被度量的轴向变形;该装置依据材料弹性假设和材料杨氏模量定义,应用本发明所公开的材料内力平衡测量,用试验的方法对材料杨氏模量以及材料产生轴向变形时所对应的材料轴力实现精确测定,该装置结构简单,响应迅速、分析简便且测量性能可靠,较已公知的该类技术具有高精度以及高分辨率的测量特性,其至少在一定程度上能够克服以往杨氏模量试验中试件断后伸长量的测量和引伸计标距引起的不确定度对测量结果造成的影响;其还将在一定程度上解决用试验的方法对弹性假设正确性加以验证以及精确测量材料轴力与材料轴向变形的单值函数关系的技术难题;根据本发明制作的装置期望能够成为现有材料杨氏弹性模量测定以及材料应力应变测量的补充,为材料力学以及弹性理论的研究提供可靠的实验验证依据;期望该装置能够为建立材料内力与变形间单值函数关系提供准确、可靠的测量依据;期望在材料力学性能测定、新材料研制、全量程测力称重传感器以及位移传感器的研发与标定中得到广泛的应用,期望能够为材料力学性能试验机、力学计量校准设备、新型极限力值标准机、标准测力仪、专用测量装置以及高精度、全量程测力称重传感器的研发提供一条全新的设计思路;该材料弹性模量测定或材料轴力与材料轴向变形测量可能涉及国家重大利益。13.一种材料抗剪性能测定或材料剪力与材料受剪变形测量,其包括:根据权利要求11所述的材料内力平衡测量,其中所述受试材料内力包括所述受试材料的剪力,所述外部试验载荷包括使所述受试材料产生所述剪力的剪切力,且所述剪切力包括标准载荷,其特征是:所述受试材料在所述剪切力作用下产生可被度量的剪切变形;利用该装置能够对材料产生剪切变形时所对应的剪力实现精确测量,继而能够对材料剪力与材料剪切变形的单值函数关系实现精确标定,该装置结构简单,响应迅速、分析简便且测量性能可靠,较已公知的该类技术具有高精度以及高分辨率的测量特性,其至少在一定程度上能够克服现有技术难于用试验的方法对弹性假设正确性加以验证以及无法精确测定材料剪力与材料剪切变形单值函数关系的技术难题;根据本发明制作的装置期望能够成为现有材料应力应变测量的补充,为材料力学以及弹性理论的研究提供可靠的实验验证依据;期望该装置能够为建立材料内力与变形间单值函数关系提供准确、可靠的测量依据;期望在材料力学性能测定、新材料研制、全量程测力称重传感器以及位移传感器的研发与标定中得到广泛的应用,期望能够为材料力学性能试验机、力学计量校准设备、新型极限力值标准机、标准测力仪、专用测量装置以及高精度、全量程测力称重传感器的研发提供一条全新的设计思路;该材料抗剪性能测定或材料剪力与材料受剪变形测量可能涉及国家重大利益。14.一种材料抗弯性能测定或受弯材料内力偶矩与材料受弯变形的测量,其包括:根据权利要求11所述的材料内力平衡测量,其中所述受试材料内力包括受弯材料的内力偶矩,所述外部试验载荷包括使所述受试材料产生所述内力偶矩的外力偶矩,且所述外力偶矩包括标准载荷,其特征是:所述受试材料在所述外力偶矩作用下产生可被度量的弯曲变形;利用该装置能够对材料产生弯曲变形时所对应的所述内力偶矩实现精确测量,继而能够对材料抗弯内力偶矩与材料弯曲变形的单值函数关系实现精确标定,该装置结构简单,响应迅速、分析简便且测量性能可靠,较已公知的该类技术具有高精度以及高分辨率的测量特性,其至少在一定程度上能够克服现有技术难于用试验的方法对弹性假设正确性加以验证以及无法精确测定受弯材料内力偶矩与材料受弯变形单值函数关系的技术难题;根据本发明制作的装置期望能够成为现有材料应力应变测量的补充,为材料力学以及弹性理论的研究提供可靠的实验验证依据;期望该装置能够为建立材料内力与变形间单值函数关系提供准确、可靠的测量依据;期望在材料力学性能测定、新材料研制、全量程测力称重传感器以及位移传感器的研发与标定中得到广泛的应用;期望能够为材料力学性能试验机、力学计量校准设备、新型极限力值标准机、标准测力仪、专用测量装置以及高精度、全量程测力称重传感器的研发提供一条全新的设计思路;该材料抗弯性能测定或受弯材料内力偶矩与材料受弯变形测量可能涉及国家重大利益。15.一种材料抗扭性能测定或受扭材料内力偶矩与材料受扭变形的测量,其包括:根据权利要求11所述的材料内力平衡测量,其中所述受试材料内力包括受扭材料的内力偶矩,所述外部试验载荷包括使所述受试材料产生所述内力偶矩的外力偶矩,且所述外力偶矩包括标准载荷,其特征是:所述受试材料在所述外力偶矩作用下产生可被度量的扭曲变形;利用该装置能够对材料产生扭曲变形时所对应的所述内力偶矩实现精确测量,继而能够对材料抗扭内力偶矩与材料扭曲变形的单值函数关系实现精确标定,该装置结构简单,响应迅速、分析简便且测量性能可靠,较已公知的该类技术具有高精度以及高分辨率的测量特性,其至少在一定程度上能够克服现有技术难于用试验的方法对弹性假设正确性加以验证以及无法精确测定受扭材料内力偶矩与材料受扭变形单值函数关系的技术难题;根据本发明制作的装置期望能够成为现有材料应力应变测量的补充,为材料力学以及弹性理论的研究提供可靠的实验验证依据;期望该装置能够为建立材料内力与变形间单值函数关系提供准确、可靠的测量依据;期望在材料力学性能测定、新材料研制、全量程测力称重传感器以及位移传感器的研发与标定中得到广泛的应用;期望能够为材料力学性能试验机、力学计量校准设备、新型极限力值标准机、标准测力仪、专用测量装置以及高精度、全量程测力称重传感器的研发提供一条全新的设计思路;该材料抗扭性能测定或受扭材料内力偶矩与材料受扭变形测量可能涉及国家重大利益。16.一种微动测量,其包括:根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的载荷平衡测量,其中所述力敏元件包括弹性力敏元件,其串接于所述惯性参照系与所述刚性载荷叠加器之间,用于测量所述惯性参照系和所述刚性载荷叠加器之间的距离及距离变化;该测量依据弹性力敏元件受力与变形具有单值函数关系的特性,应用本发明所公布的载荷平衡测量,采用接触式测量方式,将提供用于高度精确和灵敏的测量微位移的方法,该装置结构简单,响应迅速、分析简便且测量性能可靠,较已公知的该类技术具有高位移分辨率、高重复精度以及多维度测量的特性,其至少在一定程度上能够克服现有技术无法对微动实现高精度、高分辨率测量的技术难题;由其派生的微动控制装置和精确定位、控制还将在一定程度上解决诸如精确定位控制等测量控制领域的技术难题;根据本发明制作的装置期望能够成为现有微位移测量控制技术的补充,在精密机械加工以及装备总成后的性能测试中得到广泛的应用,期望该装置能够为微动测量机构、微动控制机构以及精确定位机构的研发提供一条全新的设计思路,该微动测量装置或测量传感器可能涉及国家重大利益。17.一种微动控制,其包括:根据权利要求16所述的微动测量,其中所述第一个载荷与所述第二个载荷对所述刚性载荷叠加器的作用效果包括可调整的标准载荷,调整所述第一个标准载荷与所述第二个标准载荷的量值,或对二者的量值分别调整,所述刚性载荷叠加器将产生微动,且所述微位移将被所述弹性力敏元件测量;该装置利用载荷平衡原理,应用本发明所公布的载荷平衡测量,采用无间隙控制方式,对微动实现精确控制和测量,该装置结构简单,响应迅速、分析简便且测量性能可靠,较已公知的该类技术具有高位移分辨率、高重复精度以及多维度测量控制的特性,其至少在一定程度上能够克服现有微位移系统的不确定性对微动控制造成影响的技术难题,根据本发明制作的装置期望能够成为现有微动控制机构的补充,在精密机械加工以及装备总成后的性能测试中得到广泛的应用,期望该装置能够为微动测量机构、微动控制机构以及精确定位机构的研发提供一条全新的设计思路,该微动控制可能涉及国家重大利益。18.一种精确定位控制,其包括:根据权利要求17所述的微动控制,其特征是:预先设定所述刚性载荷叠加器于最终位置时所述弹性力敏元件的受力状况,调整所述第一个标准载荷与所述第二个标准载荷的量值,或对二者的量值分别调整,使所述弹性力敏元件的受力状况达到所述设定值,从而实现精确定位的目的;该装置依据弹性力敏元件受力与变形具有单值函数关系的特性,应用本发明所公布的载荷平衡测量,采用无间隙控制方式,实现精确控制定位,该装置结构简单,响应迅速、分析简便且测量性能可靠,较已公知的该类技术具有高位移分辨率、高重复精度以及多维度测量控制的特性,其至少在一定程度上能够克服现有技术无法实现精确定位的技术难题,根据本发明制作的装置期望能够成为现有精确定位装置的补充,在精密机械加工以及装备总成后的性能测试中得到广泛的应用,期望该装置能够为微动测量机构、微动控制机构以及精确定位机构的研发提供一条全新的设计思路,该精确定位控制可能涉及国家重大利益。19.一种实施权利要求1所述方法的载荷平衡测量装置或测量传感器,该装置包括:a所述刚性载荷叠加器,对外部第一个施载物体和外部第二个施载物体对其作用效果实施叠加和传递的刚体或非绝对刚体,其可以是具体零部件,也可以是受力部件本身;所述刚性载荷叠加器包括第一处承载部位、第二处承载部位以及第三处承载部位;所述承载部位包括一个或多个承载单元;所述承载单元包括对单一分量正向、负向亦或是正负两个方向的作用效果实施承载,其承载形式可以是点接触、线接触或面接触;所述第一个施载物体对所述刚性载荷叠加器的作用效果形成所述第一个载荷,其由所述刚性载荷叠加器或所述刚性载荷叠加器第一处承载部位的承载单元所承载;所述第二个施载物体对所述刚性载荷叠加器的作用效果形成所述第二个载荷,其由所述刚性载荷叠加器或所述刚性载荷叠加器第二处承载部位的承载单元所承载;b所述惯性参照系,测量中选取的参考系,其对所述刚性载荷叠加器的作用效果包括使所述刚性载荷叠加器相对于其保持静止;所述惯性参照系对所述刚性载荷叠加器的作用效果形成一个或多个单一分量的正向、负向亦或是正负两个方向的所述系统平衡力,其由所述刚性载荷叠加器第三处承载部位的一个或多个承载单元所承载;c所述力敏元件,对力敏感的弹性或非弹性元件,其包括采用接触或非接触方式对单一分量作用力正向、负向亦或是正负两个方向的力值或力值变化实施测量;所述第一个施载物体、所述第二个施载物体以及所述惯性参照系对所述刚性载荷叠加器的作用效果被所述刚性载荷叠加器相叠加,且所述惯性参照系向所述刚性载荷叠加器提供的所述系统平衡力被所述力敏元件测量;该装置依据平衡原理,利用现有检测装置小量程、高精度的测量特性,将提供用于高度精确和灵敏的测量平面任意力系、任意空间力系、任意平衡力系平衡状况的装置,该装置结构简单,响应迅速、分析简便且测量性能可靠,较已公知的该类技术具有全载荷、高精度以及高分辨率的测量特性,其中所公开的反向共线作用力载荷、反向平面转矩载荷以及反向平面力偶矩载荷平衡测量装置,最大限度的减小了大量程载荷对测量部件的影响,其至少在一定程度上能够克服现有测量中无法对极限量程载荷平衡实施精确测量的技术难题;由其派生的物理量及材料力学性能测量装置还将在一定程度上解决诸如极限量程载荷测量、材料内力测量、材料内力松弛测量、材料杨氏模量测量、材料变形与材料内力单值函数关系测定、极限量程位移测量以及精确控制和定位等测量领域所遇到的技术难题,尤其是所公布的材料内力测量装置还将首次对材料轴力、受弯材料内力偶矩以及受扭材料内力偶矩实现精确测量,所公布的载荷发生或载荷变化控制装置还将为超微力值提供一条量值溯源途径;根据本发明制作的装置期望能够成为现有测量装置的补充,为材料力学以及弹性理论的研究提供可靠的实验验证依据,在材料力学性能测定、高精度测力传感器的研发、新材料研制、精密机械加工乃至装备总成后的性能测试中得到广泛的应用,期望该装置能够为材料力学性能试验机、力学计量校准设备、新型极限力值标准机、标准测力仪、专用测量装置、新型力学测量装置以及高精度、全量程测力称重传感器的研发提供一条全新的设计思路,该载荷平衡测量装置或测量传感器可能涉及国家重大利益。20.根据权利要求19所述的载荷平衡测量装置或测量传感器,其中所述施载物体对所述刚性载荷叠加器的作用效果包括体载荷,其由所述刚性载荷叠加器整体作为一处所述承载部位对其实施承载。21.根据权利要求19所述的载荷平衡测量装置或测量传感器,其中所述施载物体对所述刚性载荷叠加器的作用效果包括单一分量、多分量作用效果的线载荷或面载荷,其由所述刚性载荷叠加器的一处所述承载部位的一个或多个所述承载单元实施承载。22.根据权利要求19所述的载荷平衡测量装置或测量传感器,其中所述第一个载荷与所述第二个载荷还包括多个载荷共同作用的等效载荷。23.根据权利要求19所述的载荷平衡测量装置或测量传感器,其中所述第一个施载物体与所述第二个施载物体对所述刚性载荷叠加器的作用效果包括互为共线的作用力载荷。24.根据权利要求19所述的载荷平衡测量装置或测量传感器,其中所述第一个施载物体与所述第二个施载物体对所述刚性载荷叠加器的作用效果包括同一平面内的两个力偶载荷。25.根据权利要求19所述的载荷平衡测量装置或测量传感器,其中所述刚性载荷叠加器具有固定的回转中心,且所述第一个施载物体与所述第二个施载物体对所述刚性载荷叠加器的作用效果包括同一回转平面内的两个转矩载荷。26.根据权利要求19所述的载荷平衡测量装置或测量传感器,其中所述第一个施载物体与所述第二个施载物体对所述刚性载荷叠加器的作用效果包括同一平面内两个任意载荷。27.根据权利要求19所述的载荷平衡测量装置或测量传感器,其中所述第一个施载物体与所述第二个施载物体对所述刚性载荷叠加器的作用效果包括空间内两个任意载荷。28.根据权利要求19所述的载荷平衡测量装置或测量传感器,其中所述第一个施载物体与所述第二个施载物体对所述刚性载荷叠加器的作用效果包括空间内两个相互平衡的载荷。29.一种载荷相对变化的测量装置或测量传感器,其包括:根据权利要求19至25中任一项权利要求所述的载荷平衡测量装置或测量传感器,其中所述第一个施载物体对所述刚性载荷叠加器的作用效果与所述第二个施载物体对所述刚性载荷叠加器的作用效果反向;该装置充分发挥现有检测装置高精度的测量特性,采用直接测量载荷平衡修正值或不平衡度的思路,对载荷间量值的相对变化实现精确测量,该装置结构简单,响应迅速、分析简便且测量性能可靠,较已公知的利用测量载荷绝对量值进而计算载荷相对变化的测量技术,具有大量程、全载荷、高精度以及高分辨率的测量特性,根据本发明制作的装置期望能够成为现有测力称重装置的补充,在极限量程载荷测量中得到广泛的应用,期望该装置能够为材料力学性能试验机、力学计量校准设备、新型极限力值标准机、标准测力仪以及新型力学测量装置的研发提供一条全新的设计思路。30.载荷相对变化的测量装置或测量传感器在全量程载荷变化测量中的应用,其包括:根据权利要求29所述的载荷相对变化的测量装置或测量传感器,其特征是所述第二个施载物体对所述刚性载荷叠加器的作用效果恒定;该测量充分利用现有检测装置小量程、高精度的测量特性,应用本发明所公开的载荷相对变化的测量装置或测量传感器,实现对全量程载荷微动变化的精确测量,该装置结构简单,响应迅速、分析简便且测量性能可靠,较已公知的该类技术具有大量程、全载荷、高精度以及高分辨率的测量特性,其突破了以往通过测量载荷绝对量值进而计算载荷相对变化的技术思路,至少在一定程度上能够克服现有技术无法对极限载荷微量变化实施精确测量的技术难题,根据本发明制作的装置期望能够成为现有测力称重装置的补充,在极限量程载荷测量中得到广泛的应用,期望该装置能够为材料力学性能试验机、力学计量校准设备、新型极限力值标准机、标准测力仪以及新型力学测量装置的研发提供一条全新的设计思路,该全量程载荷变化测量可能涉及国家重大利益。31.载荷相对变化的测量装置或测量传感器在全量程载荷量值传递测量中的应用,其包括:根据权利要求29所述的载荷相对变化的测量装置或测量传感器,其特征是所述第一个施载物体对所述刚性载荷叠加器的作用效果以及外部标准载荷对所述刚性载荷叠加器的作用效果由所述刚性载荷叠加器的第一处承载部位分别承载,且所述第二个施载物体对所述刚性载荷叠加器的作用效果恒定;该测量充分利用现有检测装置小量程、高精度的测量特性,应用本发明所公开的载荷相对变化的测量装置或测量传感器,实现对全量程载荷量值传递,该装置结构简单,响应迅速、分析简便且测量性能可靠,较已公知的该类技术具有大量程、全载荷、高精度以及高分辨率的测量特性,其至少在一定程度上能够克服现有技术无...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈剑
申请(专利权)人:陈剑
类型:发明
国别省市:甘肃,62

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