专利名称：静力平衡力标准装置及静力平衡测量方法
技术领域：
本发明涉及力值或质量计量标准装置，尤其是力标准装置(或力标准机)，属于计量测试技术领域。
背景技术：
目前，现有的静重式力标准机的最小量程为10N，力标准机的第一级载荷受制于力反向器及砝码吊挂的质量，其量程范围有限，在微、小力值段内，由于尺寸和刚度因素，力反向器及砝码吊挂的质量很难控制，力值的复现性较差，因此小于ION的微、小力值还没有相应量值传递的计量标准，计量检测机构一般采用人工加挂砝码的方式实现量值传递，其影响因素较多，传递精度难以保证。

发明内容
静力平衡力标准装置，包括机架、力反向器、砝码吊挂、砝码、砝码加载装置、被校传感器；力反向器与机架之间设有静力平衡装置；该装置由微位移驱动器，传感器和柔性连接器组成，柔性连接器下端与力反向器连接、上端与传感器连接；传感器与位于机架上的微位移驱动器连接。静力平衡测量方法，测量步骤如下A.在对被校传感器加载前，记录传感器的示值F。(力反向器及砝码吊挂的重力示值)，柔性连接器伸长量为Λ X(l;B.驱动砝码加载装置加载第一级砝码于砝码吊挂，传感器的示值变化为F' ^，柔性连接器伸长量变为ΛΧ' ^，此时F' AF' ο = Fo+Fi (a)(式中=F1为第一级砝码重力值，F'!为被检传感器示值);C.驱动微位移驱动器，以传感器的示值为标准调整柔性连接器的变形量恢复到 Λ Χ(ι，即传感器的示值恢复到Ftl，此时F' ^ = Ftl，则式(a)变为F' ! = F1(b)由式(b)得出被检传感器示值为第一级砝码重力值F1 ;第二、三、一η级砝码的重力值F2、F3…Fn以此类推。本发明的有益效果是，克服了传统静重式力标准机的量程范围受力反向器和砝码吊挂重力的限制，能够有效地扩展现有小力值计量标准量程的下限，可扩展至< IN，且控制方法和过程简单易行，力值复现性好、计量准确度高。


图I是本发明总体结构示意图；图2是本发明静力平衡状态(加载砝玛前)示意图；图3是本发明静力平衡状态(加载砝玛后)示意图4是本发明静力平衡状态(静力平衡后)示意图。图中零部件及编号I-机架,2-力反向器，3- $去码吊挂，4_破5马，5- $去码加载装置，6-被校传感器，7-微位移驱动器，8-传感器，9-柔性连接器。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明进一步说明。静力平衡力标准装置参见图1，包括机架I、力反向器2、砝码吊挂3、砝码4、砝码加载装置5、被校传感器6 ;力反向器与机架I之间设有静力平衡装置；该装置由微位移驱动器7，传感器8和柔性连接器9组成，柔性连接器9下端与力反向器2连接、上端与传感器8连接；传感器8与位于机架I上的微位移驱动器7连接。在传统的静重式力标准机中设置了一套由微位移驱动器7、传感器8和柔性连接器9组成的静力平衡装置，相对于传统力标准机，该装置可平衡力反向器2和砝码吊挂3的重力，力标准装置第一级负荷为砝码4，其量程范围不受力反向器2及砝码吊挂3的限制。在装置工作前，力反向器2和砝码吊挂3通过柔性连接器9与传感器8连接，传感器8可通过微位移驱动器7作垂直运动，传感器8可精确测量出力反向器2和砝码吊挂3 的重力F。，以此为基础，在工作时，力反向器2和砝码吊挂3在加、卸砝码4时，传感器8受力会产生变形，柔性连接器9也会产生显著变形，通过驱动调整微位移驱动器7，使传感器 8的示值精确复现F。，即可认为力反向器和砝码吊挂的重力被静力平衡装置所平衡，实现了施加到被校传感器的第一级载荷为砝码重力，与力反向器2和砝码吊挂3重力无关联的传递过程。传感器8通过柔性连接器9，测量并指示力反向器2及砝码吊挂3的重力H)，微位移驱动器7承担精确调整传感器8的示值至力反向器2和砝码吊挂3平衡。静力平衡测量方法，测量步骤如下A.在对被校传感器6加载前，记录传感器8的示值Ftl (力反向器2及砝码吊挂3 的重力示值)，柔性连接器9伸长量为Λχ。；B.驱动砝码加载装置5加载第一级砝码于砝码吊挂3，传感器8的示值变化为 Fi C1，柔性连接器9伸长量变为Λ X' ^，此时Fi i+F'。= Fo+Fi (a)(式中=F1为第一级砝码重力值，F'!为被检传感器示值);C.驱动微位移驱动器7，以传感器的示值为标准调整柔性连接器9的变形量恢复到ΛΧ(Ι，即传感器的示值恢复到Ftl，此时F' ^ = Ftl，则式(a)变为F' ! = F1(b)由式(b)得出被检传感器示值为第一级砝码重力值F1 ;第二、三、…η级砝码的重力值F2、F3…Fn以此类推。具体测量方法如图2-4所示，在对被校传感器6加载前，记录传感器的示值F0，即为力反向器2及砝码吊挂3的重力示值，假设柔性连接器9的刚度为ks，F0 = ksX Λχ。(见图2);当加载装置5加载第一级砝码于砝码吊挂3时(见图3);柔性连接器9受力发生显著变形，力反向器2与被校传感器6接触，柔性连接器9伸长ΛΧ' C1，传感器8的示值增大为 F' 0[F' 0 = ksX(AX0+AX'。)]，被校传感器 6 示值为 F' W W Q = VF1J1 为第一级砝码重力值)，驱动微位移驱动器7调整柔性连接器9的变形量恢复到Λ χ0 (即总长度恢复为Xtl)，见图4 ;传感器8的示值重新回到Ftl，使其达到加载砝码前的静力平衡状态， 则被校传感器6的载荷即为第一级砝码的重力值匕。以此类推，用该方法可实现F2、F3-Fn 砝码的加、卸载，而不受力反向器2及砝码吊挂3重力的影响。
权利要求
1.一种静力平衡力标准装置，包括机架(I)、力反向器(2)、砝码吊挂(3)、砝码(4)、砝码加载装置(5)、被校传感器￠)，其特征在于，力反向器(2)与机架(I)之间设有静力平衡装置；该装置由微位移驱动器(7)，传感器(8)和柔性连接器(9)组成，柔性连接器(9)下端与力反向器(2)连接、上端与传感器(8)连接；传感器(8)与位于机架(I)上的微位移驱动器(7)连接。
2.一种静力平衡测量方法，其特征在于，测量步骤如下A.在对被校传感器6加载前，记录传感器8的示值Ftl(力反向器2及砝码吊挂3的重力示值)，柔性连接器9伸长量为ΛΧ(1;B.驱动砝码加载装置5加载第一级砝码至砝码吊挂3，传感器8的示值变化为F'0, 柔性连接器9伸长量变为Λ X' ^，此时F' !+F'。= Fo+Fi (a)(式中=F1为第一级砝码重力值，F' !为被检传感器示值)；C.驱动微位移驱动器(7)，以传感器的示值为标准调整柔性连接器(9)的变形量恢复到ΛΧ(Ι，即传感器的示值恢复到Ftl，此时F' ^ = Ftl，则式(a)变为由式(b)得出被检传感器示值为第一级砝码重力值F1 ;第二、三、一η级砝码的重力值 F2、F^Fn以此类推。
全文摘要
本发明公开了一种静力平衡力标准装置及静力平衡测量方法，属于计量测试领域。它包括机架、力反向器、砝码吊挂、砝码、砝码加载装置、被校传感器；力反向器与机架之间设有静力平衡装置；该装置由微位移驱动器，传感器和柔性连接器组成，柔性连接器下端与力反向器连接、上端与传感器连接；传感器与位于机架上的微位移驱动器连接。静力平衡测量方法通过柔性连接器将力反向器及砝码吊挂的重力体现为位移量，利用传感器的示值和微位移驱动器，精确调整力反向器和砝码吊挂的重力平衡。本发明克服了传统静重式力标准机的量程范围受力反向器和砝码吊挂重力的限制，能够有效地扩展现有小力值计量标准量程的下限，可扩展至＜1N，且控制方法和过程简单易行，力值复现性好、计量准确度高。
文档编号G01G23/00GK102589660SQ20121004288
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者唐纯谦, 唐韵, 徐尹杰 申请人:中国测试技术研究院力学研究所