新型弹性元件光栅数显式高准确度标准测力仪

　　新型弹性元件光栅数显式高准确度标准测力仪(以下简称测力仪),主要用于标定力传感器,检定二等标准测力机、硬度计和试验机的力值,还可用于称重。公知的高准确度标准测力仪(过去称一等标准测力计)绝大部分是光学式标准测力仪(JJG371-85检定规程),其弹性元件一般为椭圆形,应变位移量较小,测量精度较低,而测量方式采用光学读数显微镜,测量速度慢,存在读数误差。此外测量示值为长度值,需要经过查表或计算才能得到力值,因此需要一种替代产品。本测力仪研制的目的就在于按JJG144-91《标准测力仪》检定规程,提供一种测量准确度高、示值稳定性好、测量速度快,而且直接显示力值,并能与计算机连结进行数据处理、程序控制、结果打印的测力仪。

　　其长期稳定度(Sb)为±0.05%,重复性(R)为0.05%。

　　1　结构原理

　　本测力仪的结构如图1所示。

　　本测力仪由压盖(1)、钢球(2)、弹性元件(3)、光栅位移传感器(4)、表架(5)、底座(6)及数显控制箱(7) (图中未画出)等组成。其弹性元件为蝶形,它由上下和左右两对4个对称的向心弯曲的弓形弹簧所构成,外形像蝴蝶。上下弓形弹簧中心设有主轴,即力轴,主轴的上下端部各有螺纹,用以连接拉头作拉向测力使用。主轴的上端面有一个球凹,用以通过钢球安装压盖,以便作压向测力使用。这样就使拉压均能使用。弹性元件的中心轴内加工成带止口的轴孔,用以固定测量仪表光栅位移传感器,弹性元件中心按测量仪表的形状和尺寸加工成圆孔或方孔,用以放置光栅位移传感器,上下弓形弹簧的外缘与左右弓形弹簧外缘连成一体,形成X形4条空隙和中心孔相通,构成弹性元件位移空间,光栅位移传感器由表架固紧、安置在弹性元件中心孔的下部中心轴上,传感器置入中心孔中,传感器触头与中心孔上部接触。当弹性元件受拉力或压力后,中心孔产生应变位移,其应变位移的大小与应力的大小成正比,传感器将所测得数据输入数显控制箱,进行处理后直接显示力值。

　　由于蝶形弹性元件在名义载荷作用下的应变位移量大于5mm,光栅位移传感器的分辨力为0.1μm,因此测力仪的准确度优于±0.05%,完全满足JJG144-91《标准测力仪》检定规程中各项技术要求。

　　用调整弹性元件中各弓形弹簧的厚度、宽度和长度,可获得不同规格的力值。

　　2　实验结果

　　最大名义载荷为10kN的测力仪,作压向检定的结果见表1,表中的数值为3次检定结果的平均值。

　　3　结束语

　　采用蝶形弹性元件除与光栅传感器制成本测力仪外,还可与其他不同精度的测量仪表,如:百分表、容栅数显表、电阻应变仪等制成工业计量中不同精度等级标准测力仪(如: 0.1级、0.2级、0.3级和0.5级)。此外蝶形弹性元件还是一种很好的力敏感器,具有广阔的应用前景。