微小扭矩的技术实现

　　1 概述

　　中船重工第七〇四研究所创新研制的毫牛米级扭矩标准装置是当前国际上首台综合运用随遇平衡、电磁力平衡和扭矩对偶平衡原理的扭矩标准装置。是国际上首台连续加载、自动测量、自动平衡和自动补偿的扭矩标准装置。装置采用特制的挠性组合联接技术，解决了微小扭矩高灵敏度和对中性的技术难题，并且解决了微小量程扭矩传感器电缆连接影响的技术难点，提高了装置的准确度。

　　2 原理

　　图1为1N·m 扭矩标准装置的原理结构图。整个装置是一个自动连续加载和自动准确测量的完整体系(图1)。

　　装置分标准梁(前梁)和平衡梁(后梁)，前后梁之间，当扭矩传感器“D”接入后，装置整个机械可动部分就完整连成一个整体。该整体部件相互位置固定不变，在标准梁上加装了位移传感器、速度传感器，经组合放大器 KSKVKΣKP、采样电阻 R0和力矩器相连。装置整体经两对曲率半径很小的高速钢刀刃，作用在光滑水平的玛瑙刀垫上。调整装置质心在刀刃上，使其工作在趋于随遇平衡状态。这样的扭矩标准装置就形成了无差电磁力扭矩负反馈自动补偿系统。

　　当对标准装置给定一个扭矩“T+”(相当于对标准装置输入扭矩)，自动补偿系统就输出一个电磁力扭矩“-TBI”，因系统工作在随遇平衡工作状态，必然输入扭矩完全等于输出扭矩，方向相反，即T_+≡-T_BI。

　　系统的数学模型为：扭矩和为零。

　　3 关键技术

　　图2～图5 为微小扭矩标准装置的实物图。

　　本装置主要有以下几个技术特点，在国际上是首次在扭矩标准装置上运用。

　　1)随遇平衡、电磁力平衡和扭矩对偶平衡在微小扭矩校准装置中的应用：

　　本装置是结合了机械天平的随遇平衡原理、电磁天平的电磁力平衡原理和扭矩标准机的扭矩对偶平衡原理，经过创新研制而研发成功的微小扭矩标准装置，这在国际扭矩计量界也属于首次应用。

　　2)扭矩标准系统自动校准的技术实现：

　　该系统标准扭矩的标准扭臂长为等臂天平梁的一半，配有 80 个标准的扭矩砝码，静重式形成标准扭矩的扭力，组成正负独立的四级十对扭矩标准，可自比对、自校准。在该系统上加装：速度传感器、位移传感器以及力矩器，用组合放大器将三器依据自动调解技术合理联接成自动控制系统，实现自动校准。

　　3)扭矩标准系统标准扭矩自动补偿复制的技术实现：

　　为完全消除标准扭矩误差，准确复制系统的标准扭矩，在系统的天平梁上加装两只力矩器，配上可精调的恒流源，形成了微调电磁力微小扭矩源系统。在量程段内，对自动测量装置给定、施加任意扭矩值时，装置能准确自动测量给定、施加的任意扭矩值;在自动测量的同时自动反向复制给定施加的扭矩值，达到装置完全平衡。这一优良品质特性，形成了良好的连续自动(闭环)加载，能自动平衡扭矩。