專利名稱：一種熱真空環(huán)境測試力矩值修正方法
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)：
熱真空試驗是指在空間的真空、冷黑和太陽輻射環(huán)境，即在規(guī)定的真空和熱循環(huán)條件下驗證機構(gòu)或裝置的功能和性能的一種試驗。通常將被測機構(gòu)或裝置放入真空罐內(nèi)，通過專用熱真空設(shè)備實現(xiàn)所需的環(huán)境。在熱真空試驗中，機構(gòu)或裝置的力矩測試往往是很重要的一個指標(biāo)。 由于被測機構(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)境下無法正常使用，因此常溫常壓下很容易做到的測量就非常困難。包括傳感器罐內(nèi)和罐外兩種解決方案。罐內(nèi)測試的方案是指將傳感器放在真空罐內(nèi)與被測件連接。罐外測試是指通過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)境下裝傳感器進行測試的方法。罐內(nèi)測試時，簡單的方案是直接在力矩傳感器外采用隔熱材料保溫進行測量。由于傳感器不是專門為真空環(huán)境設(shè)計的，因此傳感器很容易損壞，一旦損壞測試就無法進行。另一方面，傳感器標(biāo)定是在常溫常壓下進行的，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)定又很難進行，因此測試數(shù)據(jù)可信度值得懷疑。
另一種方案是設(shè)計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、加工、安裝、量傳、標(biāo)定等多方面問題，尤其對于高精度轉(zhuǎn)矩傳感器的幾乎無法實現(xiàn)。由于罐內(nèi)測量時傳感器直接和被測件連接，轉(zhuǎn)矩測試路徑短，無額外增加的阻尼及其它損耗，因此測試值能直接反應(yīng)被測機構(gòu)或裝置的力矩值。但同時熱真空環(huán)境下的傳感器本身精度可能較差。目前大多數(shù)測試都采用罐外安裝傳感器的方式實現(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。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。永磁體的磁場經(jīng)過密封間隙。由于極尖下磁場最強，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，起到密封的作用。磁場中的磁流體受到磁場力的作用，在無外力作用時，磁性流體將保持在磁場最強的區(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，引起磁場力的變化，磁場力與外力相平衡。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)測試系統(tǒng)的無法對力矩值進行有效修正的不足，本
發(fā)明提供一種能夠有效修正力矩值的熱真空環(huán)境測試力矩值修正方法。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 —種熱真空環(huán)境測試力矩值修正方法，兩個相同的磁流體密封軸同軸安裝在真空罐的兩側(cè)，所述兩個磁流體密封軸各安裝一個轉(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)動機構(gòu)連接，另一根磁流體密封軸與 加載機構(gòu)連接，測量兩個轉(zhuǎn)矩傳感器的差值Na'，另一根磁流體密封軸與驅(qū)動機構(gòu)連接，一 根磁流體密封軸與加載機構(gòu)連接，再次測量兩個轉(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)動機構(gòu)連接，另一根磁流體密封軸與加載機構(gòu)連接，測量 兩個轉(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)步測量的兩個軸的摩擦力矩值之和與第(2)步測試的總摩擦力矩值
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)明基于罐外測試方式。由于罐外安裝傳感器時，力矩傳 遞路線長，中間必須通過磁流體密封軸連接到真空罐外，因此罐外測試的力矩值包含磁流 體密封軸的摩擦力矩在內(nèi)。在進行高精度力矩測量時必須消除磁流體密封軸的摩擦力矩影 響，即對傳感器測試數(shù)據(jù)進行適當(dāng)?shù)男拚?磁流體密封軸的摩擦力矩來自于兩方面，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產(chǎn)生變化的，由于罐內(nèi)無法安裝傳感器，這就決定了在熱真空
環(huán)境下的磁流體密封軸產(chǎn)生的摩擦力矩值無法通過實驗的方法直接獲取。 本發(fā)明采用的方法是利用真空罐兩側(cè)同軸的兩個完全相同的磁流體密封軸來實
現(xiàn)，首先通過常溫常壓下測試每個磁流體密封軸摩擦力矩，然后通過將兩個磁流體密封軸
直接連接，測試兩個磁流體密封軸作為一個整體在熱真空環(huán)境下測試總的摩擦力矩，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)境下測量摩擦力矩的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。 參照圖1和圖2， 一種熱真空環(huán)境測試力矩值修正方法，兩個相同的磁流體密封軸
同軸安裝在真空罐的兩側(cè)，所述兩個磁流體密封軸各安裝一個轉(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，分別測量13和23兩個磁流體密封軸的總摩擦力 矩。測試方法為在磁流體密封軸兩側(cè)各安裝一個高精度轉(zhuǎn)矩傳感器，其中13通過12和14 兩個柔性聯(lián)軸器連接到11和15兩個轉(zhuǎn)矩傳感器，23通過22和24兩個柔性聯(lián)軸器連接到 21和25兩個轉(zhuǎn)矩傳感器。15左側(cè)連接驅(qū)動機構(gòu)，11右側(cè)連接加載機構(gòu)，測試13軸兩個傳 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，所測量 的值定義為N 。 25右側(cè)連接驅(qū)動機構(gòu)，21左側(cè)連接加載機構(gòu)，測試23軸兩個傳感器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，在兩個磁流體密封軸罐外部分通過柔性聯(lián)軸器14和24各連接一個高精度 轉(zhuǎn)矩傳感器15和25，真空罐工作在被測機構(gòu)或裝置測試所需的熱真空環(huán)境，轉(zhuǎn)矩傳感器15 側(cè)做驅(qū)動，轉(zhuǎn)矩傳感器25測接加載，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 將第一步測量的兩個軸的摩擦力矩值之和與第二步測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AK和ANb影響已非常小，另一方面考慮到兩個磁流體密封軸無論 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都可通過試驗及數(shù)據(jù)處理獲得，即可得到每個磁流體密封軸在熱真 空環(huán)境下的摩擦力矩值。 進一步考慮，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，并不是一個常 量。因此上述試驗應(yīng)該在被測試裝置或設(shè)備實際運行條件下進行，即與實際轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速條件 相同的前提下測試。再進一步考慮，可以將不同轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速條件下測試的數(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)值對真空罐外測試所得到的 力矩值進行在線或離線修正，從而獲得精確的力矩測量值。
權(quán)利要求
一種熱真空環(huán)境測試力矩值修正方法，其特征在于兩個相同的磁流體密封軸同軸安裝在真空罐的兩側(cè)，所述兩個磁流體密封軸各安裝一個轉(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)動機構(gòu)連接，另一根磁流體密封軸與加載機構(gòu)連接，測量兩個轉(zhuǎn)矩傳感器的差值Na′，另一根磁流體密封軸與驅(qū)動機構(gòu)連接，一根磁流體密封軸與加載機構(gòu)連接，再次測量兩個轉(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)動機構(gòu)連接，另一根磁流體密封軸與加載機構(gòu)連接，測量兩個轉(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)步測量的兩個軸的摩擦力矩值之和與第(2)步測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)境測試力矩值修正方法，兩個相同的磁流體密封軸同軸安裝在真空罐的兩側(cè)，所述兩個磁流體密封軸各安裝一個轉(zhuǎn)矩傳感器。首先通過常溫常壓下測試每個磁流體密封軸摩擦力矩，然后通過將兩個磁流體密封軸直接連接，測試兩個磁流體密封軸作為一個整體在熱真空環(huán)境下測試總的摩擦力矩，由上面兩次測試結(jié)果計算兩個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)境測試力矩值修正方法。
文檔編號G01L5/00GK101788354SQ20101003972
公開日2010年7月28日 申請日期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 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)