[發明專利]扭擺法轉動慣量測量中扭桿溫度補償方法

有效

• 申請號: 201510001532.1
• 申請日: 2015-01-04
• 公開（公告）號: CN104865008B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 張曉琳;唐文彥;王軍;鄒斌
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01M1/02
• 分類號: G01M1/02;G01M1/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 岳泉清

技術領域

本發明涉及一種扭桿溫度補償方法。

背景技術

在利用扭擺法轉動慣量測量臺測量物體轉動慣量的過程中，環境溫度的變化或者扭桿扭擺過程中的發熱都會使得扭桿的溫度發生變化，扭桿的溫度變化使得其扭擺周期發生變化。所以，扭桿的溫度變化會給轉動慣量測量臺的測量的精度帶來一定的影響。

國內研制的轉動慣量測量儀器現階段大部分都沒有提出扭桿溫度變化對測量精度的影響情況，也都未采取相應的溫度補償措施。國外的一些轉動慣量測量儀器精度要優于國內的產品，有些產品考慮到了溫度對測量精度的影響并且提出了一些減小溫度影響的措施，比如美國空間電子公司(Space Electronics)的GB系列產品(GB3300和GB8800)轉動慣量的測量精度達到0.1％，為了使測量達到最優的精度，要求在使用此系列產品時周圍環境溫度的變化控制在±1℃內，并且采用扭桿底端連接到扭桿夾的方式來減少由于機架熱膨脹以及氣浮軸承間隙微小變化導致的扭桿剛度變化。

溫度對物體物理性能的影響情況往往受到物體的材料種類、物體的形狀特性以及環境溫度的變化情況等多方面的影響，實際研究中常常采用的是實驗的方法，通過具體的實驗來找出溫度變化對物體的物理特性的影響規律。此研究就是通過實驗找出溫度變化對轉動慣量測量臺測量精度的影響的規律，根據找出的規律，對扭桿溫度變化所導致的測量誤差進行補償和修正。

發明內容

本發明目的是為了解決現有利用扭擺法轉動慣量測量臺測量物體轉動慣量的過程中，扭桿的溫度變化影響轉動慣量測量臺測量精度的問題，提供了一種扭擺法轉動慣量測量中扭桿溫度補償方法。

本發明所述扭擺法轉動慣量測量中扭桿溫度補償方法，該溫度補償方法基于扭擺法轉動慣量測量臺實現，

將待測物體放置在轉臺上，將轉臺轉過一個角度釋放，在忽略了空氣阻尼的條件下，剛體對于轉臺的扭擺周期與剛體對于轉動慣量測量臺轉軸的轉動慣量之間有如下關系：

其中，D表示扭桿的扭轉剛度，是與扭桿的扭轉剛度有關的系數，T為扭擺 周期；

轉動慣量測量臺在23℃時的轉動周期T_M：

其中，J_M表示實際測量物體的轉動慣量，J_k表示測量臺負載的轉動慣量，b_k表示23℃時的扭擺周期值；

當扭桿溫度變化△K度時扭桿溫度變化對周期的影響值T_C為：

T_C＝a_k△K(3)，

其中，a_k表示扭擺周期隨溫度變化的系數；

根據公式(1)、(2)和(3)獲取扭桿溫度變化對轉動慣量測量值的影響值R：

將公式(2)和(3)帶入公式(4)，獲得：

在轉臺空載、兩個標準砝碼負載、四個標準砝碼負載和六個標準砝碼負載四種情況下測量扭桿溫度變化時的扭擺周期和轉動慣量的變化，利用最小二乘法擬合出轉臺扭擺周期隨扭桿溫度變化的一次曲線，設擬合出的曲線方程為：

y＝a_k(x-23)+b_k(6)，

其中，x表示扭桿的溫度，單位為℃，y表示扭桿溫度變化時測得的周期數據；

將上述四種情況下獲得的的平均值帶入公式(5)中，獲得R的準確值為：

R＝2.95×10^-4×△K+2.16×10^-8×△K²(7)；

獲得溫度對轉動慣量測量精度影響的表達式：R＝(2.95×10^-2×△K)％；

對扭桿的扭轉剛度有關的系數A進行修正后的轉動慣量為：

J＝A(1-2.95×10^-4×△K)T_M²-J_O，

其中，J_O為23℃時空載轉臺的轉動慣量值，J_O＝93.42Kg·m²；

對扭桿的扭轉剛度有關的系數A進行修正后即為對溫度導致的轉動慣量測量誤差進 行補償。