专利名称：动态小推力自动测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量较重物体产生的小推力的设备，尤其涉及一种动态小推力自动测量装置。
在科研生产中，常常需对较重物体产生的非常不稳定的小推力进行测量，目前，国内外这类测量的设备通常采用柔性悬吊结构，将被测物用柔性物体，如钢带、悬线等悬吊，而气路、电路直接与被测物相连，其自动测量部分没有明确消除物体自重及引入气路、电路对推力的影响及形成的误差，如俄罗新采用的PID原理就存在这样的缺陷，测量精度低，约为2％，不能很好地满足科研生产任务要求。
本发明的目的是提供一种测量精度较高、量程较宽、结构简单的动态小推力自动测量装置。
本发明的目的是这样实现的它包括推力显示系统、随遇平衡系统、固定部分、测量标定部分和原位校准部分，其中随遇平衡系统由天平梁和安装在天平梁上的平衡陀组件、天平中刀、被测物、被测物固定架以及力矩器、速度传感器、位移传感器的运动部分组成，固定部分由依次固接的架极I、架板II和可调支脚组成，力矩器、速度传感器、位移传感器的非运动部分和天平中刀刀垫分别固接在架板I上，速度传感器、位移传感器的输出和力矩器的输入之间通过一个采样电阻连接推力显示系统。
通过调整平衡陀组件将本发明的随遇平衡系统的质心调整到天平中刀刀刃上，使其成为随遇平衡状态。即天平梁在任何一个角度，都可以随遇平衡。当本发明调到随遇平衡状态时，进行标定和原位校准后，便可以进行推力的自动测量。如果被测物带有电路或/和气路的引入时，可以在随遇平衡系统的天平中刀刀刃的延长线方向的高度上，在天平梁上固接一组刀子或者有一定曲率半径的刀子的替代物，这部分连接被测物的电源，与其对应的刀垫安装在固定部分上，这部分连接外来电源。在随遇平衡系统的天平中刀刀刃的铅垂方向设置波纹管，该波纹管上端与固定部分连接并与外界气源相通，其下端与被测物气路相连，消除其波纹管对随遇平衡系统产生的恢复力的影响与消除自重对推力的影响的办法相同，都是采用调整平衡陀组件来消除。
由于上述技术方案采用电磁天平的结构原理，设置随遇平衡系统，使被测物自重与其产生的推力分离，有效地消除了被测物自重的影响，还解决了因被测物引入的电路、气路对推力测量产生的附加误差的影响，并且采用测量标定部分的标准砝码m及原位校准部分的原位校准砝码mo对本发明进行校准，因此，与现有技术相比，本发明提高了动态小推力的测量精度，量程较宽，10～100mN测量精度为0.5％，100～1000mN测量精度为0.05％，实现了动态小推力的实时准确测量，另外，它还具有结构简单等优点。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详述。
图1为本发明的结构示意图；图2为图1的A-A剖视图；图3为本发明的工作原理图。
参见附图1，本发明包括推力显示系统，随遇平衡系统、固定部分、测量标定部分10和原位校准部分8，其中随遇平衡系统由天平梁1和安装在天平梁1上的平衡陀组件14、天平中刀13、被测物9、被测物固定架6以及力矩器11、速度传感器3、位移传感器2的运动部分组成，固定部分由架极14、架板II5以及可调支脚7组成，架极14、架板II5之间固连，可调支脚7固接在架板II5上，力矩器11、速度传感器3、位移传感器2的非运动部分和天平中刀刀垫12分别固接在架板14上，速度传感器3、位移传感器2的输出和力矩器11的输入之间通过一个采样电阻连接推力显示系统。根据上述技术方案，被测物9通过被测物固定架6与天平梁1连接，安装时确保被测物9产生的推力方向与天平梁1平行，以便准确反映出推力F的力值；确保原位校准部分8的滑轮切线与天平中刀13刀刃之间的最小垂直距离L和测量标定部分10的质心与天平中刀13刀刃之间的最小水平距离L1严格相等，通过原位校准部分8的滑轮的作用，在推力F的方向施加一模拟力mo9，用以检测装置是否准确可靠，标准砝码m可以对本发明进行标定。
参见附图1、附图2，由于被测物9一般都有电路的引入，这一部分带来的附加误差不能忽略，采用以下方法可以消除这种附加的误差沿着随遇平衡系统的天平中刀13刀刃的延长线方向的高度，在天平梁上固定安装一组用于连接被测物9引入的电极的一组刀子15，与其对应的用于连接外来电极19的刀垫18采用平刀垫并安装在固定部分上，构成一组相互绝缘的电极，被测物9引入几根电线就随之配置几把刀子15与其对应。
如果被测物9(比如电火箭)工作时带有气路的引入，这一附加误差影响很大，采用以下方法可以消除这一较大误差影响沿着随遇平衡系统的天平中刀13刀刃的铅垂方向设置波纹管16，该波纹管16上端与固定部分连接并与外界气源17相通，其下端与被测物9相连，波纹管16对随遇平衡系统产生的恢复力，通过调节平衡陀组件14的高度来消除。
参见附图3，本发明的工作程序和工作原理是这样的首先，通过调整平衡陀组件14将随遇平衡系统的质心调到天平中刀13刀刃上，使其成为随遇平衡状态，即天平梁1在任何一个角度，都可以平衡，当调到随遇平衡状态后，就可以进行标定和原位校准，进行推力的测量了。推力F对天平中刀13有一个力矩M，使天平梁1随之产生一微小倾角，这时位移传感器2输出一信号U1，同时速度传感器3也输出一信号U2，二者的输出信号经放大器放大经过采样电阻后，给力矩器11电流信号I，此时，电流信号I不包含速度传感器3产生的速度信号，平衡时，速度信号产生的阻尼电流为零。在该电流信号I的作用下，力矩器产生一电磁恢复力F1，F1对天平中刀13产生一电磁恢复力矩M1，M1与M反向，使天平梁1平衡。采样电阻上的电压通过标定，在推力显示系统显示出来，达到准确测量出推力F的目的。推力显示系统采用计算机数据采集，处理。本发明在理论与实践上明确提出随遇平衡系统结构，有效地消除被测物自重及其气路、电路引入对推力测量的影响，达到测量精度较高的目的。
权利要求
1.一种动态小推力自动测量装置，它包括推力显示系统，其特征在于它还包括随遇平衡系统、固定部分、测量标定部分(10)和原位校准部分(8)，所述随遇平衡系统由天平梁(1)和安装在天平梁(1)上的平衡陀组件(14)、天平中刀(13)、被测物(9)、被测物固定架(6)以及力矩器(11)、速度传感器(3)、位移传感器(2)的运动部分组成，所述固定部分由依次固接的架板1(4)、架板11(5)和可调支脚(7)组成，力矩器(11)、速度传感器(3)、位移传感器(2)的非运动部分和天平中刀刀垫(12)分别固接在架板1(4)上，速度传感器(3)、位移传感器(2)的输出和力矩器(11)的输入之间通过一个采样电阻连接推力显示系统。
2.根据权利要求1所述的动态小推力自动测量装置，其特征在于沿着随遇平衡系统的天平中刀(13)刀刃延长线方向的高度，在天平梁上固定连接一组刀子(15)或者有一定曲率半径的刀子(15)的替代物，与其对应的刀垫(18)采用平刀垫并安装在固定部分上。
3.根据权利要求1所述的动态小推力自动测量装置，其特征在于沿着随遇平衡系统的天平中刀(13)刀刃的铅垂方向设置波纹管(16)，该波纹管(16)上端与固定部分连接并与外界气源相通，其下端与被测物(9)相连。
4.根据权利要求1所述的动态小推力自动测量装置，其特征在于所述原位校准部分(8)的滑轮切线与随遇平衡系统的天平中刀(13)刀刃之间的最小垂直距离L和所述测量标定部分(10)的质心与随遇平衡系统的天平中刀(13)刀刃之间的最小水平距离L1相等。
5.根据权利要求1所述的动态小推力自动测量装置，其特征在于所述推力显示系统采用数表显示或者计算机数据采集，处理。
全文摘要
本发明公开了一种动态小推力自动测量装置。它包括推力显示系统、随遇平衡系统、固定部分,其中随遇平衡系统由天平梁和安装在天平梁上的平衡陀组件、天平中刀、被测物、被测物固定架以及力矩器、速度传感器、位移传感器的运动部分组成。本发明明确提出随遇平衡系统结构,可消除被测物自重及其气路、电路引入对推力测量影响,实现动态小推力的实时准确测量,另外,它还具有结构简单等优点。
文档编号G01D21/02GK1255627SQ9912188
公开日2000年6月7日 申请日期1999年10月22日 优先权日1999年10月22日
发明者赵宝瑞, 李晶 申请人:中国航天工业总公司第一计量测试研究所