高低温环境扭矩传感器校准方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高低温环境扭矩传感器校准方法及装置。本发明专利技术中的装置包括上位机模块、驱动模块、扭力限制模块、高低温环境控制模块、标准扭矩测量模块、负载模块、传动连接模块、实验台及支撑架模块。在校准过程中，利用激光对中仪测出待检扭矩传感器与传动轴初始位置的同轴度，通过仿真研究得到的同轴度与温度之间的函数多项式，从而预测得到±100℃范围内任意温度下同轴度，从而计算出因同轴度变化对扭矩测量的影响，并对最终测量误进行修正。本发明专利技术能够对高低温环境下的扭矩传感器进行校准，将高低温环境扭矩传感器的测量结果溯源至国家扭矩基准。

Calibration Method and Device of Torque Sensor in High and Low Temperature Environment

【技术实现步骤摘要】
高低温环境扭矩传感器校准方法及装置
本专利技术涉及一种扭矩传感器校准装置，尤其是涉及一种高低温环境扭矩传感器校准方法及装置。
技术介绍
随着我国造船业、航天业等的快速发展，越来越多的精密、复杂仪器机构的应用环境从常温扩展到了高低温环境。为了保证机构的可靠性和稳定性，必须对其进行装配精度、传动效率、振动、力和力矩、刚度以及电性能参数多性能测试。由于扭矩对装置的安全运行和使用寿命有着重要的影响，故扭矩传感器其在高低温环境下的应用越来越广泛。目前，国内对扭矩传感器的检定主要是依据JJG557-2011《标准扭矩仪检定规程》，使用扭矩标(基)准机或者加荷装置对扭矩传感器进行检定。用扭矩标(基)准装置或者加荷装置检定扭矩传感器的准确度时，需使扭矩装置在工作台上至少等温(20℃)预热0.5h～1h后，方可进行校准。综上所述，目前我国现有的扭矩传感器检定方法仅能对20℃时的扭矩传感器进行检定，尚不能在高低温环境下完成对扭矩传感器的检定。
技术实现思路
针对
技术介绍
的不足，本专利技术的目的在于提供一种高低温环境扭矩传感器校准方法及装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：高低温环境扭矩传感器校准装置，包括上位机模块、驱动模块、扭矩限制模块、高低温环境控制模块、标准扭矩测量模块、负载模块、传动连接模块、实验台及支撑架模块，上位机模块分别与驱动模块、扭矩限制模块、标准扭矩测量模块、负载模块电性连接，驱动模块与传动连接模块之间通过扭矩限制模块连接，驱动模块、扭矩限制模块、高低温环境控制模块、标准扭矩测量模块、负载模块、传动连接模块均被支撑在实验台及支撑架模块上；所述的上位机模块用于对高低温环境扭矩传感器校准装置的精确控制、扭矩测量值显示以及数据记录处理；所述的驱动模块由伺服电机和减速机构成，伺服电机与减速机连接，所述的伺服电机为高低温环境扭矩传感器校准装置提供驱动源，所述的减速机将输出的扭矩进行放大，以达到高低温环境扭矩传感器校准装置的量程；所述的传动连接模块由联轴器和传动轴组成，传动轴设在联轴器上；其中，传动轴为采用Invar合金材料的刚性传动轴，用于扭矩的传递；联轴器为刚性联轴器；所述的扭矩限制模块由扭矩限制器和限位开关组成，限位开关设在扭矩限制器上；当伺服电机输出扭矩超过扭矩限制器的负载时，所述的扭矩限制器将伺服电机和传动轴断开连接，同时所述的限位开关产生一个高电位信号反馈到上位机模块使上位机模块控制伺服电机停止加载，以达到保护高低温环境扭矩校准装置的目的；采用扭矩限制器，保证了装置在误操作的情况下不会被损坏，大大提高了扭矩标准装置的安全性和使用寿命；所述的高低温环境控制模块内设有待检扭矩传感器，待检扭矩传感器与传动轴之间通过联轴器连接；所述的高低温环境控制模块为待检扭矩传感器提供高低温环境并对待检扭矩传感器进行温度控制；所述的标准扭矩测量模块连接在传动连接模块上，标准扭矩测量模块与传动轴之间通过联轴器连接；所述的标准扭矩测量模块采用标准扭矩传感器，用于对高低温环境扭矩传感器校准装置进行扭矩测量；所述的负载模块连接在传动轴上，所述的负载模块为高低温环境扭矩传感器校准装置提供负载。作为优选，所述的高低温由高低温环境实验箱、气密轴承和热防护罩组成，高低温环境实验箱可在待检扭矩传感器的地面试验中提供模拟的高低温测试环境；高低温环境实验箱安装在实验台及支撑架模块上，所述的气密轴承安装在传动轴穿入和穿出高低温环境实验箱的箱壁上，以防止外部环境的热量向箱体内扩散；所述热防护罩罩住待检扭矩传感器，所述热防护罩可以有效的保证待检扭矩传感器自身能工作在合适温度范围内，而其他部分仍处于高低温环境中；采用气密轴承，有效的防止了外部环境热量向高低温环境实验箱内扩散，保证了高低温环境实验箱内部温度的稳定性，同时也具有节能环保的优点。作为优选，所述的负载模块由制动器和L形支撑板组成，传动轴设在制动器上，制动器固定设在L形支撑板上，L形支撑板固定设在实验台及支撑架模块上；所述的制动器通过断电的方式将传动轴固定锁死，为高低温环境扭矩传感器校准装置提供负载。L形支撑板的设置，既提高了制动器、实验台及支撑架模块及装置整体结构的稳固性、牢靠性和平衡能力，又提高了安装、拆卸、更换、维护等操作的便利性。作为优选，所述的实验台及支撑架模块由多孔状工作平台、底座和支撑架组成，底座、高低温环境实验箱、L形支撑板均安装在多孔状工作平台上，支撑架固定设在底座上，伺服电机、减速机均被支撑在支撑架上。由多孔状工作平台、底座和支撑架组成的实验台及支撑架模块，既提高了装置整体结构的稳固性、牢靠性和平衡能力，又提高了安装、拆卸、更换、维护等操作的便利性。本专利技术中，上位机模块设在上位机控制柜中，所有线缆从高低温环境扭矩传感器校准装置接入上位机控制柜中。高低温环境扭矩传感器校准方法，包括如下具体内容：首先将待检扭矩传感器、标准扭矩传感器、计算机的电源线、各连接电缆连通，且保证电源线接地，调试整个测控系统功能，保证整个测控系统正常工作；在设定初始温度后，采用激光对中仪测出待检扭矩传感器与传动轴之间的初始同轴度，通过仿真分析方法得出同轴度与温度变化量之间的函数关系式；然后在若干个温度测量点下，通过控制伺服电机输出与若干个温度测量点相对应的扭矩检定点，记录下待检扭矩传感器输出的扭矩值和标准扭矩传感器的扭矩值；将待检扭矩传感器得到的扭矩值减去标准扭矩传感器的扭矩值，得到待检扭矩传感器在若干个温度测量点的示值误差，通过推导出的同轴度与温度之间的函数关系式计算出同轴度与高低温环境对测量结果的影响，并对最终的测量误差进行补偿，完成对待检扭矩传感器的校准。具体地，可以将待检扭矩传感器的测量结果溯源到国家扭矩基准。作为优选，通过测量待检扭矩传感器与传动轴的初始同轴度，采用仿真分析方法得到±100℃范围内任意温度下的同轴度，用于补偿测量误差，并对最终测量结果进行修正。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1.本专利技术中的一种高低温环境扭矩传感器校准装置能够对(-100～100)℃高低温环境下(0～500)Nm测量范围的待检扭矩传感器进行校准，将高低温环境待检扭矩传感器的测量结果溯源至国家扭矩基准。2.本专利技术中的一种高低温环境扭矩传感器校准方法能有效地对刚性轴任意温度下的同轴度进行预测评估，并分析出±100℃范围内任意温度下同轴度对测量结果的影响，并进行最终测量结果的修正。3.本专利技术中的扭矩限制器可有效的保护高低温环境扭矩校准装置，保证了装置在误操作的情况下不会被损坏，大大提高了高低温环境扭矩校准装置的使用寿命。4.本专利技术中的高低温环境实验箱采用了气密轴承，防止了外部环境中的热量向高低温环境实验箱中扩散，保证了实验箱内的环境的稳定性，同时又节能环保。附图说明图1是本专利技术的高低温环境扭矩传感器校准装置整体的结构示意图；图2是本专利技术的扭矩限制模块的结构示意图；图3是本专利技术的气密轴承的结构示意图；图4是本专利技术的上位机控制柜的结构示意图；图5是本专利技术的扭矩参量溯源与溯源传递图；图6是本专利技术的高低温环境扭矩传感器校准装置的工作流程图；图中：1、热防护罩；2、高低温环境实验箱；3、气密轴承；4、传动轴；5、减速机；6、伺服电机；7、支撑架；8、底座；9、联轴器；10、待检扭矩传感器；11、多孔状工作台；12、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高低温环境扭矩传感器校准装置，其特征在于：包括上位机模块、驱动模块、扭矩限制模块、高低温环境控制模块、标准扭矩测量模块、负载模块、传动连接模块、实验台及支撑架模块，上位机模块分别与驱动模块、扭矩限制模块、标准扭矩测量模块、负载模块电性连接，驱动模块与传动连接模块之间通过扭矩限制模块连接，驱动模块、扭矩限制模块、高低温环境控制模块、标准扭矩测量模块、负载模块、传动连接模块均被支撑在实验台及支撑架模块上；所述的上位机模块用于对高低温环境扭矩传感器校准装置的精确控制、扭矩测量值显示以及数据记录处理；所述的驱动模块由伺服电机和减速机构成，伺服电机与减速机连接，所述的伺服电机为高低温环境扭矩传感器校准装置提供驱动源，所述的减速机将输出的扭矩进行放大，以达到高低温环境扭矩传感器校准装置的量程；所述的传动连接模块由联轴器和传动轴组成，传动轴设在联轴器上；所述的扭矩限制模块由扭矩限制器和限位开关组成，限位开关设在扭矩限制器上；当伺服电机输出扭矩超过扭矩限制器的负载时，所述的扭矩限制器将伺服电机和传动轴断开连接，同时所述的限位开关产生一个高电位信号反馈到上位机模块使上位机模块控制伺服电机停止加载；所述的高低温环境控制模块内设有待检扭矩传感器，待检扭矩传感器与传动轴之间通过联轴器连接；所述的高低温环境控制模块为高低温环境实验箱可在待检扭矩传感器的地面试验中提供模拟的高低温测试环境并对待检扭矩传感器进行温度控制；所述的标准扭矩测量模块连接在传动连接模块上，标准扭矩测量模块与传动轴之间通过联轴器连接；所述的标准扭矩测量模块采用标准扭矩传感器，用于对高低温环境扭矩传感器校准装置进行扭矩测量；所述的负载模块连接在传动轴上，所述的负载模块为高低温环境扭矩传感器校准装置提供负载。...

【技术特征摘要】
1.高低温环境扭矩传感器校准装置，其特征在于：包括上位机模块、驱动模块、扭矩限制模块、高低温环境控制模块、标准扭矩测量模块、负载模块、传动连接模块、实验台及支撑架模块，上位机模块分别与驱动模块、扭矩限制模块、标准扭矩测量模块、负载模块电性连接，驱动模块与传动连接模块之间通过扭矩限制模块连接，驱动模块、扭矩限制模块、高低温环境控制模块、标准扭矩测量模块、负载模块、传动连接模块均被支撑在实验台及支撑架模块上；所述的上位机模块用于对高低温环境扭矩传感器校准装置的精确控制、扭矩测量值显示以及数据记录处理；所述的驱动模块由伺服电机和减速机构成，伺服电机与减速机连接，所述的伺服电机为高低温环境扭矩传感器校准装置提供驱动源，所述的减速机将输出的扭矩进行放大，以达到高低温环境扭矩传感器校准装置的量程；所述的传动连接模块由联轴器和传动轴组成，传动轴设在联轴器上；所述的扭矩限制模块由扭矩限制器和限位开关组成，限位开关设在扭矩限制器上；当伺服电机输出扭矩超过扭矩限制器的负载时，所述的扭矩限制器将伺服电机和传动轴断开连接，同时所述的限位开关产生一个高电位信号反馈到上位机模块使上位机模块控制伺服电机停止加载；所述的高低温环境控制模块内设有待检扭矩传感器，待检扭矩传感器与传动轴之间通过联轴器连接；所述的高低温环境控制模块为高低温环境实验箱可在待检扭矩传感器的地面试验中提供模拟的高低温测试环境并对待检扭矩传感器进行温度控制；所述的标准扭矩测量模块连接在传动连接模块上，标准扭矩测量模块与传动轴之间通过联轴器连接；所述的标准扭矩测量模块采用标准扭矩传感器，用于对高低温环境扭矩传感器校准装置进行扭矩测量；所述的负载模块连接在传动轴上，所述的负载模块为高低温环境扭矩传感器校准装置提供负载。2.根据权利要求1所述的高低温环境扭矩传感器校准装置，其特征在于：所述的高低温环境控制模块由高低温环境实验箱、气密轴承和热防护罩组成，高低温环境实...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡佳成，薄涛，乔凤斌，杨天豪，金弘哲，杨斌堂，杨新海，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33