一种高温冲击力校准装置及校准方法与流程

本发明属于冲击计量测试设备，具体涉及一种高温冲击力校准装置及校准方法。

背景技术：

1、瞬态冲击力的测量是动态测量领域中极其重要的分支，广泛应用于航天、航空、兵器、建筑、交通、船舶、矿山、物探及环境设备试验等领域，因此，开展冲击加速度及瞬态冲击力校准技术的研究具有广泛而深远的意义。灵敏度是传感器的一项基本特性参数，它既反映传感器的应用范围，也表征传感器的性能优劣。精确测量这一参数，对研究传感器的性能和产品的质量的提高起到决定性作用。

2、根据《gb/t37776-2019动态力传感器校准方法冲击力法校准》，目前冲击力传感器的常温校准方法主要是比较法和绝对法。校准装置为落锤式冲击力发生装置，其工作原理：从一定高度沿铅垂方向自由下落的刚性质量块，与安装于底座上的动态力传感器进行撞击，撞击过程中产生的冲击运动，通过质量块转换为冲击力激励传递给冲击力传感器。但是实际使用中传感器通常由于环境温度的变化而导致的测量误差可高达10％～50％。显然，这是不可忽略的。针对冲击力传感器的灵敏度的温度效应，目前国内采用标准为《gb/t13823.16-1995振动与冲击传感器的校准方法瞬变温度灵敏度测试法》，该标准与《is05347-18-1993振动与冲击传感器的校准方法第18部分：瞬变温度灵敏度测试法》采用了相同方法，均采用加酒精的干冰溶液来产生低温温冲，测试灵敏度。

3、上述标准只对低温冲击力校准提出了检定方法，但是未提及高温冲击力校准，这使得校准数据无法适用于爆炸等高温工况用的冲击力传感器。同时，干冰溶液浸泡法的温度变化梯度较小，与爆炸等实际应用中的温度变化不符。因此用于此类工况的冲击力传感器的校准结果具有较大的不确定性，很容易造成安全事故的产生。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高温冲击力校准装置及校准方法，采用红外辐射加热的方式创造瞬态高温动态热冲击环境，在该环境中完成高温冲击校准，提高校准数据的重复性和准确性。

2、本发明的一个方面提供一种高温冲击力校准装置，包括温箱、红外加热板、提升装置、锤头、加速度传感器、锤头位置传感器、波形发生器、冲击力传感器、温度传感器、控制器和砧座；

3、温箱用于提供一个稳定的热环境，红外加热板和待校准的冲击力传感器设置在温箱中，红外加热板用于对冲击力传感器进行辐射加热，为冲击力传感器提供热冲击环境，温度传感器用于测量冲击力传感器的温度；

4、提升装置能够上下运动，用于带动锤头上下运动，并且能够通过释放锤头，使锤头进行自由落体运动，波形发生器安装在冲击锤头的顶端，用于产生一定脉宽范围的半正弦冲击力，冲击力传感器安装在砧座上，用于测量锤头撞击砧座的冲击力，砧座与锤头同轴线安装，作为锤头的冲击受体；

5、加速度传感器用于测量锤头的加速度，根据所测量的加速度计算得到冲击力值，锤头位置传感器用于检测锤头所在位置，所述控制器用于控制所述红外加热板的加热和所述提升装置的运动，同步采集锤头位置传感器、冲击力传感器、温度传感器的测量数据，通过比较加速度传感器计算得到的冲击力值和冲击力传感器测量得到的冲击力值，对冲击力传感器进行校准。

6、优选地，所述高温冲击力校准装置还包括锤头脱开装置、保持架缓冲器、气浮保持架、导向轨道、压盖板；

7、锤头脱开装置用于使锤头与砧座脱离，保持架缓冲器用于进行保护限位，吸收锤头冲击完成后的剩余能量，气浮保持架用于支撑锤头的上半部分，保证装置整体的直线度，导向轨道用于保证锤头的直线自由落体运动，压盖板设置在装置顶部，作为配重，用于保证装置整体的稳定性。

8、优选地，锤头位置传感器还用于在锤头偏离安全位置的情况下，报警并启动锤头脱开装置向上运动拦截提升装置，保护冲击力传感器不被冲击破坏。

9、本发明的另一个方面提供一种高温冲击力校准方法，利用上述的高温冲击力校准装置进行冲击力传感器的校准，包括：

10、步骤一：控制器设定冲击力值，根据所设定的冲击力值，计算得到锤头开始位置；

11、步骤二：控制器通过锤头位置传感器识别当前锤头的所在位置，通过与锤头开始位置进行比较，判断位置是否正确，不正确的情况下，通过提升装置向上或向下运动，带动锤头向上或向下运动，直到锤头的当前位置与锤头开始位置相同；

12、步骤三：控制器设定高温冲击的温度范围和温度梯度，根据所设定的温度范围和温度梯度，设定红外加热板的加热功率；

13、步骤四：红外加热板开始加热，通过温度传感器监测冲击力传感器的温度变化，当温度梯度小于设定值时，对所设定的加热功率施加正反馈，增大加热功率来达到所设定的温度梯度；

14、步骤五：提升装置释放锤头开始自由落体运动，当锤头下落到指定位置时，控制器触发温度传感器、冲击力传感器和加速度传感器开始同步采集；

15、步骤六：加速度传感器根据所测量的加速度计算得到实际的冲击力值，控制器比较实际的冲击力值和设定的冲击力值，反馈调节锤头开始位置，重复步骤二到步骤五，直到实际的冲击力值和设定的冲击力值达到校准要求为止，完成当前力值点的校准工作；

16、步骤七：针对下一个待校准的力值点，重复步骤一到步骤六，直到完成冲击力传感器的所有力值点的校准工作。

17、根据本发明上述方面的高温冲击力校准装置及校准方法，采用红外辐射加热的方式创造瞬态高温动态热冲击环境，在该环境中完成高温冲击校准，提高了校准数据的重复性和准确性。

技术特征：

1.一种高温冲击力校准装置，其特征在于，包括温箱、红外加热板、提升装置、锤头、加速度传感器、锤头位置传感器、波形发生器、冲击力传感器、温度传感器、控制器和砧座；

2.如权利要求1所述的高温冲击力校准装置，其特征在于，还包括锤头脱开装置、保持架缓冲器、气浮保持架、导向轨道、压盖板；

3.如权利要求2所述的高温冲击力校准装置，其特征在于，锤头位置传感器还用于在锤头偏离安全位置的情况下，报警并启动锤头脱开装置向上运动拦截提升装置，保护冲击力传感器不被冲击破坏。

4.一种高温冲击力校准方法，利用权利要求1-3中任一项所述的高温冲击力校准装置进行冲击力传感器的校准，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种高温冲击力校准装置及校准方法，所述装置包括温箱、红外加热板、提升装置、锤头、加速度传感器、锤头位置传感器、波形发生器、冲击力传感器、温度传感器、控制器和砧座；红外加热板用于对冲击力传感器进行辐射加热，温度传感器用于测量冲击力传感器的温度；冲击力传感器用于测量锤头撞击砧座的冲击力；加速度传感器用于测量锤头的加速度，根据所测量的加速度计算得到冲击力值，控制器通过比较加速度传感器计算得到的冲击力值和冲击力传感器测量得到的冲击力值，对冲击力传感器进行校准。本发明采用红外辐射加热的方式创造瞬态高温动态热冲击环境，在该环境中完成高温冲击校准，提高了校准数据的重复性和准确性。

技术研发人员：侯浩,孙浩琳,郑爱建
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19