專利名稱：一種熱真空環(huán)境測(cè)試力矩值修正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱真空環(huán)境參數(shù)測(cè)試領(lǐng)域，尤其是一種力矩值修正方法。
背景技術(shù)：
熱真空試驗(yàn)是指在空間的真空、冷黑和太陽(yáng)輻射環(huán)境，即在規(guī)定的真空和熱循環(huán)條件下驗(yàn)證機(jī)構(gòu)或裝置的功能和性能的一種試驗(yàn)。通常將被測(cè)機(jī)構(gòu)或裝置放入真空罐內(nèi)，通過(guò)專用熱真空設(shè)備實(shí)現(xiàn)所需的環(huán)境。在熱真空試驗(yàn)中，機(jī)構(gòu)或裝置的力矩測(cè)試往往是很重要的一個(gè)指標(biāo)。 由于被測(cè)機(jī)構(gòu)或裝置在熱真空環(huán)境中，由于普通傳感器在熱真空環(huán)境下無(wú)法正常使用，因此常溫常壓下很容易做到的測(cè)量就非常困難。包括傳感器罐內(nèi)和罐外兩種解決方案。罐內(nèi)測(cè)試的方案是指將傳感器放在真空罐內(nèi)與被測(cè)件連接。罐外測(cè)試是指通過(guò)磁流體密封軸將力矩傳遞到真空罐外部，在真空罐外，即常溫常壓環(huán)境下裝傳感器進(jìn)行測(cè)試的方法。罐內(nèi)測(cè)試時(shí)，簡(jiǎn)單的方案是直接在力矩傳感器外采用隔熱材料保溫進(jìn)行測(cè)量。由于傳感器不是專門(mén)為真空環(huán)境設(shè)計(jì)的，因此傳感器很容易損壞，一旦損壞測(cè)試就無(wú)法進(jìn)行。另一方面，傳感器標(biāo)定是在常溫常壓下進(jìn)行的，同樣的轉(zhuǎn)矩在熱真空環(huán)境下傳感器輸出值是不一樣的，而真空環(huán)境下傳感器的標(biāo)定又很難進(jìn)行，因此測(cè)試數(shù)據(jù)可信度值得懷疑。
另一種方案是設(shè)計(jì)專用的適用于熱真空環(huán)境的傳感器。但是該方法涉及到傳感器設(shè)計(jì)、加工、安裝、量傳、標(biāo)定等多方面問(wèn)題，尤其對(duì)于高精度轉(zhuǎn)矩傳感器的幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)。由于罐內(nèi)測(cè)量時(shí)傳感器直接和被測(cè)件連接，轉(zhuǎn)矩測(cè)試路徑短，無(wú)額外增加的阻尼及其它損耗，因此測(cè)試值能直接反應(yīng)被測(cè)機(jī)構(gòu)或裝置的力矩值。但同時(shí)熱真空環(huán)境下的傳感器本身精度可能較差。目前大多數(shù)測(cè)試都采用罐外安裝傳感器的方式實(shí)現(xiàn)。 磁流體密封軸采用磁性流體作為密封，具有傳統(tǒng)密封方式所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)。密封裝置由永磁體、磁極、磁回路、磁性流體和軸組成。磁極與旋轉(zhuǎn)軸之間的間隙成為密封間隙，在其內(nèi)部充入磁性流體。永磁體的磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)密封間隙。由于極尖下磁場(chǎng)最強(qiáng)，因而磁性流體集中于極尖處，在密封間隙內(nèi)形成液體"O"形密封環(huán)。從而將環(huán)兩邊隔開(kāi)，起到密封的作用。磁場(chǎng)中的磁流體受到磁場(chǎng)力的作用，在無(wú)外力作用時(shí)，磁性流體將保持在磁場(chǎng)最強(qiáng)的區(qū)域內(nèi)。在外力的作用下，磁性流體的位置和形狀將發(fā)生變化，引起磁場(chǎng)力的變化，磁場(chǎng)力與外力相平衡。使磁性流體處于新的平衡狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有熱真空環(huán)境參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的無(wú)法對(duì)力矩值進(jìn)行有效修正的不足，本
發(fā)明提供一種能夠有效修正力矩值的熱真空環(huán)境測(cè)試力矩值修正方法。 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是 —種熱真空環(huán)境測(cè)試力矩值修正方法，兩個(gè)相同的磁流體密封軸同軸安裝在真空罐的兩側(cè)，所述兩個(gè)磁流體密封軸各安裝一個(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器，所述力矩值修正方法包括以下步驟
(1)、在常溫常壓下， 一根磁流體密封軸與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，另一根磁流體密封軸與 加載機(jī)構(gòu)連接，測(cè)量?jī)蓚€(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器的差值Na'，另一根磁流體密封軸與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，一 根磁流體密封軸與加載機(jī)構(gòu)連接，再次測(cè)量?jī)蓚€(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器的差值Nb'，其中
Na' =Nal+Na2'
Na' =Nbl+Nb2' 上式中，Nd是一根磁流體密封軸的左側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩，該摩擦力矩在罐外，工作 在常溫常壓環(huán)境下；Na'為一根磁流體密封軸右側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩，工作在常溫常壓環(huán)境 下；Nbl是另一根磁流體密封軸的右側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩，該摩擦力矩在罐外，工作在常溫常 壓下；Nb'為另一根磁流體密封軸的左側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩，工作在常溫常壓環(huán)境下；
(2)、加工一根專用軸，專用軸的兩端分別與一根磁流體密封軸和另一根磁流體密 封軸聯(lián)接， 一根磁流體密封軸與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，另一根磁流體密封軸與加載機(jī)構(gòu)連接，測(cè)量 兩個(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器的差值Nab:
Nab = Nal+Na2+Nbl+Nb2 l是一根磁流體密封軸的左側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩，該摩擦力矩在罐外，工作在常溫 常壓下；Na2為一根磁流體密封軸右側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩，工作在熱真空環(huán)境下；Nbl是另一根 磁流體密封軸的右側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩該摩擦力矩在罐外，工作在常溫常壓下；Nb2為另一根 磁流體密封軸的左側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩，工作在熱真空環(huán)境下； (3)、將第(1)步測(cè)量的兩個(gè)軸的摩擦力矩值之和與第(2)步測(cè)試的總摩擦力矩值
相減，定義為AN得到 AN = (Na, +Nb' )_Nab = (Nal+Na2' +Nbl+Nb2' )_(Nal+Na2+Nbl+Nb2) = (V _Na2) + (Nb2' _Nb2) = ANa+ANb AN表示兩個(gè)磁流體密封軸在常溫常壓和熱真空環(huán)境下的力矩總變化量；設(shè)定 ANa = ANb = AN/2，由此得到
Na = Na' +AN/2
Nb = Nb' +AN/2 得到Na和Nb為兩根磁流體密封軸在熱真空環(huán)境下的摩擦力矩值。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為本發(fā)明基于罐外測(cè)試方式。由于罐外安裝傳感器時(shí)，力矩傳 遞路線長(zhǎng)，中間必須通過(guò)磁流體密封軸連接到真空罐外，因此罐外測(cè)試的力矩值包含磁流 體密封軸的摩擦力矩在內(nèi)。在進(jìn)行高精度力矩測(cè)量時(shí)必須消除磁流體密封軸的摩擦力矩影 響，即對(duì)傳感器測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?磁流體密封軸的摩擦力矩來(lái)自于兩方面，一方面是采用磁流體密封所產(chǎn)生的力
矩，另一方面是固定磁流體密封軸兩端各有一個(gè)軸承所產(chǎn)生的摩擦力矩。在常溫常壓和熱
真空環(huán)境下的摩擦力矩是會(huì)產(chǎn)生變化的，由于罐內(nèi)無(wú)法安裝傳感器，這就決定了在熱真空
環(huán)境下的磁流體密封軸產(chǎn)生的摩擦力矩值無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法直接獲取。 本發(fā)明采用的方法是利用真空罐兩側(cè)同軸的兩個(gè)完全相同的磁流體密封軸來(lái)實(shí)
現(xiàn)，首先通過(guò)常溫常壓下測(cè)試每個(gè)磁流體密封軸摩擦力矩，然后通過(guò)將兩個(gè)磁流體密封軸
直接連接，測(cè)試兩個(gè)磁流體密封軸作為一個(gè)整體在熱真空環(huán)境下測(cè)試總的摩擦力矩，由上的摩擦力矩值。 本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在能夠有效修正力矩值。


圖1是常溫常壓下測(cè)量總摩擦力矩的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是熱真空環(huán)境下測(cè)量摩擦力矩的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。 參照?qǐng)D1和圖2， 一種熱真空環(huán)境測(cè)試力矩值修正方法，兩個(gè)相同的磁流體密封軸
同軸安裝在真空罐的兩側(cè)，所述兩個(gè)磁流體密封軸各安裝一個(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器。 根據(jù)圖1所示，1為真空罐，13和23為左右兩個(gè)磁流體密封軸，定義在熱真空環(huán)境
下軸13的摩擦力矩Na，軸23的摩擦力矩為Nb。每個(gè)磁流體密封軸罐外和罐內(nèi)各有一摩擦
力矩，定義為 Na = Nal+Na2 Nb = Nbl+Nb2 Nal是軸13的左側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩，該摩擦力矩在罐外，工作在常溫常壓環(huán)境下， Na2為軸13右側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩，工作在熱真空環(huán)境下。Nbl是軸23的右側(cè)產(chǎn)生的摩擦力 矩，該摩擦力矩在罐外，工作在常溫常壓環(huán)境下，Nb2為軸23左側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩，工作在熱 真空環(huán)境下。
第1步 如圖1所示，首先在常溫常壓下，分別測(cè)量13和23兩個(gè)磁流體密封軸的總摩擦力 矩。測(cè)試方法為在磁流體密封軸兩側(cè)各安裝一個(gè)高精度轉(zhuǎn)矩傳感器，其中13通過(guò)12和14 兩個(gè)柔性聯(lián)軸器連接到11和15兩個(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器，23通過(guò)22和24兩個(gè)柔性聯(lián)軸器連接到 21和25兩個(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器。15左側(cè)連接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，11右側(cè)連接加載機(jī)構(gòu)，測(cè)試13軸兩個(gè)傳 感器11和15的轉(zhuǎn)矩差值，該數(shù)值就是磁流體密封軸13在常溫常壓下的摩擦力矩，所測(cè)量 的值定義為N 。 25右側(cè)連接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，21左側(cè)連接加載機(jī)構(gòu)，測(cè)試23軸兩個(gè)傳感器21 和25的轉(zhuǎn)矩差值，該數(shù)值就是磁流體密封軸23在常溫常壓下的摩擦力矩，定義為Nb'。
其中
Na' =Nal+Na2'
Nb' =Nbl+Nb2' Na2' —根磁流體密封軸右側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩，工作在常溫常壓環(huán)境下；
Nb2'另一根磁流體密封軸的左側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩，工作在常溫常壓環(huán)境下；
第2步 如圖2所示，加工一根專用軸2，通過(guò)柔性聯(lián)軸器12和22直接將磁流體密封軸13 和23連接起來(lái)，在兩個(gè)磁流體密封軸罐外部分通過(guò)柔性聯(lián)軸器14和24各連接一個(gè)高精度 轉(zhuǎn)矩傳感器15和25，真空罐工作在被測(cè)機(jī)構(gòu)或裝置測(cè)試所需的熱真空環(huán)境，轉(zhuǎn)矩傳感器15 側(cè)做驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)矩傳感器25測(cè)接加載，記錄傳感器15和25的力矩差，該數(shù)值是磁流體密封軸
513和23在熱真空環(huán)境下的摩擦力矩值之和。該值為Nab :
Nab = Nal+Na2+Nbl+Nb2 將第一步測(cè)量的兩個(gè)軸的摩擦力矩值之和與第二步測(cè)試的總摩擦力矩值相減，定
義為A +N可得到 AN = (Na, +Nb' ) _Nab = (Nal+Na2' +Nbl+Nb2' )_(Nal+Na2+Nbl+Nb2) = (V _Na2) + (Nb2' _Nb2) = ANa+ANb 該數(shù)值表示的是兩個(gè)磁流體密封軸在常溫和熱真空環(huán)境下的力矩總變化量。其中 Al和ANb分別是磁流體密封軸13和軸23在常溫和熱真空環(huán)境下的力矩變化量。 一方 面AN值已非常小，對(duì)AK和ANb影響已非常小，另一方面考慮到兩個(gè)磁流體密封軸無(wú)論 結(jié)構(gòu)還是工作環(huán)境都完全相同，因此可認(rèn)為ANa= ANb= AN/2。由此可得到
Na = Na' +AN/2
Nb = Nb' +AN/2 至此，Na和Nb都可通過(guò)試驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理獲得，即可得到每個(gè)磁流體密封軸在熱真 空環(huán)境下的摩擦力矩值。 進(jìn)一步考慮，旋轉(zhuǎn)軸的摩擦力矩是隨著轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化而變化的，并不是一個(gè)常 量。因此上述試驗(yàn)應(yīng)該在被測(cè)試裝置或設(shè)備實(shí)際運(yùn)行條件下進(jìn)行，即與實(shí)際轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速條件 相同的前提下測(cè)試。再進(jìn)一步考慮，可以將不同轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速條件下測(cè)試的數(shù)據(jù)及曲線以查表 或函數(shù)擬合的方式獲得在不同工況下的摩擦力矩值。根據(jù)該數(shù)值對(duì)真空罐外測(cè)試所得到的 力矩值進(jìn)行在線或離線修正，從而獲得精確的力矩測(cè)量值。
權(quán)利要求
一種熱真空環(huán)境測(cè)試力矩值修正方法，其特征在于兩個(gè)相同的磁流體密封軸同軸安裝在真空罐的兩側(cè)，所述兩個(gè)磁流體密封軸各安裝一個(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器，所述力矩值修正方法包括以下步驟(1)、在常溫常壓下，一根磁流體密封軸與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，另一根磁流體密封軸與加載機(jī)構(gòu)連接，測(cè)量?jī)蓚€(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器的差值Na′，另一根磁流體密封軸與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，一根磁流體密封軸與加載機(jī)構(gòu)連接，再次測(cè)量?jī)蓚€(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器的差值Nb′，其中 Na′＝Na1+Na2′ Nb′＝Nb1+Nb2′上式中，Na1是一根磁流體密封軸的左側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩，該摩擦力矩在罐外，工作在常溫常壓環(huán)境下；Na2′一根磁流體密封軸右側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩，工作在常溫常壓環(huán)境下；Nb1是另一根磁流體密封軸的右側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩，該摩擦力矩在罐外，工作在常溫常壓下；Nb2′另一根磁流體密封軸的左側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩，工作在常溫常壓環(huán)境下；(2)、加工一根專用軸，專用軸的兩端分別與一根磁流體密封軸和另一根磁流體密封軸聯(lián)接，一根磁流體密封軸與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，另一根磁流體密封軸與加載機(jī)構(gòu)連接，測(cè)量?jī)蓚€(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器的差值NabNab＝Na1+Na2+Nb1+Nb2Na1是一根磁流體密封軸的左側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩，該摩擦力矩在罐外，工作在常溫常壓下；Na2為一根磁流體密封軸右側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩，工作在熱真空環(huán)境下；Nb1是另一根磁流體密封軸的右側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩，該摩擦力矩在罐外，工作在常溫常壓下；Nb2為另一根磁流體密封軸的左側(cè)產(chǎn)生的摩擦力矩，工作在熱真空環(huán)境下；(3)、將第(1)步測(cè)量的兩個(gè)軸的摩擦力矩值之和與第(2)步測(cè)試的總摩擦力矩值相減，定義為ΔN得到ΔN＝(Na′+Nb′)-Nab＝(Na1+Na2′+Nb1+Nb2′)-(Na1+Na2+Nb1+Nb2)＝(Na2′-Na2)+(Nb2′-Nb2)＝ΔNa+ΔNbΔN表示兩個(gè)磁流體密封軸在常溫常壓和熱真空環(huán)境下的力矩總變化量；設(shè)定ΔNa＝ΔNb＝ΔN/2，由此得到Na＝Na′+ΔN/2Nb＝Nb′+ΔN/2得到Na和Nb為兩根磁流體密封軸在熱真空環(huán)境下的摩擦力矩值。
全文摘要
一種熱真空環(huán)境測(cè)試力矩值修正方法，兩個(gè)相同的磁流體密封軸同軸安裝在真空罐的兩側(cè)，所述兩個(gè)磁流體密封軸各安裝一個(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器。首先通過(guò)常溫常壓下測(cè)試每個(gè)磁流體密封軸摩擦力矩，然后通過(guò)將兩個(gè)磁流體密封軸直接連接，測(cè)試兩個(gè)磁流體密封軸作為一個(gè)整體在熱真空環(huán)境下測(cè)試總的摩擦力矩，由上面兩次測(cè)試結(jié)果計(jì)算兩個(gè)磁流體密封軸在熱真空環(huán)境下與常溫常壓下的摩擦力矩變化量。由此可獲得每個(gè)磁流體密封軸在熱真空環(huán)境下的摩擦力矩值。本發(fā)明提供一種能夠有效修正力矩值的熱真空環(huán)境測(cè)試力矩值修正方法。
文檔編號(hào)G01L5/00GK101788354SQ20101003972
公開(kāi)日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月11日
發(fā)明者單曉杭, 孫建輝, 梁利華, 潘柏松 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)