[發(fā)明專利]一種電磁式微扭矩材料試驗(yàn)機(jī)的校準(zhǔn)裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310020429.2
• 申請(qǐng)日: 2013-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN103091192A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵亞琪;郇勇;代玉靜;彭光健;張?zhí)┤A
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01N3/62
• 分類號(hào): G01N3/62
• 代理公司: 北京和信華成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及扭轉(zhuǎn)材料試驗(yàn)機(jī)的校準(zhǔn)技術(shù)，特別適用于電磁式微扭矩材料試驗(yàn)機(jī)的校準(zhǔn)裝置和方法。

背景技術(shù)

扭轉(zhuǎn)材料試驗(yàn)機(jī)在研制過程中首先要進(jìn)行校準(zhǔn)，這樣才能精確測(cè)量出所需的材料參數(shù)。傳統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)材料試驗(yàn)機(jī)一般量程在10⁰Nm以上，適合宏觀尺度材料的扭轉(zhuǎn)性能測(cè)試。對(duì)這類試驗(yàn)機(jī)，目前常用的扭矩校準(zhǔn)儀采用的是杠桿-砝碼式校準(zhǔn)方法，實(shí)現(xiàn)10⁰Nm至10³Nm范圍的校準(zhǔn)，最小量程只能達(dá)到10^-1Nm。

針對(duì)微尺度材料的扭轉(zhuǎn)性能測(cè)試，對(duì)應(yīng)的扭矩往往在10^-2Nm以下，儀器研制難度大，目前可用的測(cè)試儀器很少，因此對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)方法也相對(duì)缺乏。其中，電磁式微扭矩材料試驗(yàn)機(jī)是基于電磁原理研制的一種新型高分辨力的微扭矩材料試驗(yàn)機(jī)。

對(duì)于電磁式微扭矩材料試驗(yàn)機(jī)來說，傳統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)使用的杠桿-砝碼式校準(zhǔn)方法不適用，首先，如果使用杠桿-砝碼式校準(zhǔn)方法則需要精度高的砝碼，而目前最高精度的砝碼為1mg，且對(duì)環(huán)境要求極高，并不能實(shí)際用在校準(zhǔn)裝置中；第二，傳統(tǒng)的杠桿-砝碼式校準(zhǔn)方法中扭轉(zhuǎn)傳感器本身沒有驅(qū)動(dòng)，而是通過加載砝碼施加扭矩，扭轉(zhuǎn)傳感器發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形從而進(jìn)行扭矩校準(zhǔn)，而電磁式微扭矩材料試驗(yàn)機(jī)采用電磁驅(qū)動(dòng)兼扭矩計(jì)量原理，電磁線圈本身既可施加扭矩也可計(jì)量扭矩，基本原理并不相同，傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法也不再適用。因而需要研制出新的適合于電磁式微扭矩材料試驗(yàn)機(jī)的校準(zhǔn)裝置及方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種電磁式微扭矩材料試驗(yàn)機(jī)的校準(zhǔn)裝置，適用于扭矩量程范圍在10^-6Nm到10^-2Nm的微扭矩校準(zhǔn)，從而獲得了靈敏度、線性度、量程、分辨力等靜態(tài)特性指標(biāo)，并且對(duì)微扭矩計(jì)量的核心單元——磁缸的磁場(chǎng)均勻性進(jìn)行了檢測(cè)。

本發(fā)明的電磁式微扭矩材料試驗(yàn)機(jī)的校準(zhǔn)裝置包括：

橫梁，架設(shè)在扭轉(zhuǎn)軸上；

第一彈簧，一端設(shè)置在所述橫梁的一端，所述第一彈簧的另一端懸掛有第一重物；

第二彈簧，一端設(shè)置在所述橫梁的另一端，所述第二彈簧的另一端懸掛有第二重物；

第一電子天平，托住所述第一重物；

第二電子天平，托住所述第二重物。

優(yōu)選地，所述扭轉(zhuǎn)軸與所述橫梁相垂直，并位于所述橫梁的中間部位。

本發(fā)明的一種電磁式微扭矩材料試驗(yàn)機(jī)的校準(zhǔn)方法包括如下步驟：

1）在扭轉(zhuǎn)軸上設(shè)置一根橫梁，并在橫梁的兩側(cè)設(shè)置兩根彈簧；

2）在兩根彈簧下面分別懸掛一個(gè)重物；

3）在每個(gè)重物下面設(shè)置一個(gè)電子天平，用于將所述重物托住；

4）所述橫梁將扭轉(zhuǎn)軸輸出的扭矩轉(zhuǎn)換為橫梁兩側(cè)的力，然后利用電子天平測(cè)量重物的重量，進(jìn)而反轉(zhuǎn)成待測(cè)扭矩。

優(yōu)選地，所述扭轉(zhuǎn)軸與所述橫梁相垂直，并位于所述橫梁的中間部位。

本發(fā)明通過在扭轉(zhuǎn)軸上架設(shè)橫梁，并在橫梁兩側(cè)設(shè)置彈簧，彈簧上懸掛重物，并通過電子天平來測(cè)量重物在扭轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)過程中的受力，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為待測(cè)扭矩，從而能夠?qū)εぞ亓砍谭秶?0^-6Nm到10^-2Nm的扭矩進(jìn)行校準(zhǔn)。

另外，本發(fā)明利用所述的校準(zhǔn)裝置獲得了該微扭矩材料試驗(yàn)機(jī)的扭矩靈敏度、線性度、量程、分辨力等靜態(tài)特性指標(biāo)，并且對(duì)微扭矩計(jì)量的核心單元——磁缸的磁場(chǎng)均勻性進(jìn)行了檢測(cè)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明原理示意圖；

圖2為本發(fā)明應(yīng)用的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，1為橫梁，2為第一輕質(zhì)彈簧，3為第一重物，4為第一電子天平，5為中心軸，6為第二輕質(zhì)彈簧，7為第二重物，8為第二電子天平。其中，中心軸5與電磁線圈相連且與電磁線圈同軸，第一重物3與第二重物4的重量應(yīng)大于最大扭矩T對(duì)應(yīng)的拉力F₁。

當(dāng)電磁線圈兩端施加電壓U時(shí)，在線圈中會(huì)產(chǎn)生電流I（其中I=U/R，R為電磁線圈電阻），中心軸5會(huì)輸出電磁扭矩T，此電磁扭矩T的大小與電流I成正比。在中心軸5上安裝橫梁1，橫梁1與中心軸5垂直，且中心軸5位于橫梁1的中間部位。在橫梁1兩側(cè)分別固定第一輕質(zhì)彈簧2和第二輕質(zhì)彈簧6。

當(dāng)線圈中沒有電流通過時(shí)，中心軸5沒有扭矩輸出，位于第一重物3下部并托住第一重物3的第一電子天平4和位于第二重物7下部并托住第二重物7的第二電子天平8處于平衡狀態(tài)，第一輕質(zhì)彈簧2和第二輕質(zhì)彈簧6處于自由狀態(tài)。