微机控制电液伺服力标准机的研究

　　力标准机是力学计量中对测力仪、力及称重传感器等进行检定或测试的标准设备。力标准机从原理分为四种,即静重式、杠杆式、液压式及叠加式力标准机。叠加式力标准机在我国是上世纪八十年代才出现的一种新型力标准机,由于它具有价格低、效率高、体积小、使用方便、能够提供无级连续的力值等优点,所以近年来应用范围逐渐扩大,并成为测力、称重行业重要的技术装备。就控制原理而言,叠加式力标准机又可分为机械式、液压伺服式、压电陶瓷式等控制技术实现加卸载荷,本文提出的微机控制电液伺服力标准机是一种新型的叠加式力标准机,它有别于传统的控制方式,它是采用大、小两级活塞控制系统,并结合微机控制电液伺服方式实现加卸载荷,可以实现宽量程稳定控制。

　　1　力标准机的工作原理及影响因素分析

　　1·1　力标准机的工作原理

　　微机控制电液伺服力标准机(以下简称力标准机)的基本工作原理是利用力源发生器对标准测力仪和被检测力仪(包括力及称重传感器和指示仪表,下同)同时加载,两者串联受力,承受同一载荷,当力源发生器输出达到标准测力仪的定度值(用高一级力标准机标定)时,所施加的载荷为一标准力值,稳定该力值,记录下被检测力仪的输出,逐级加载和卸载,完成对被检测力仪的检测。力标准机力产生和标准力值由不同部分给出,力的产生由力源发生器加卸载完成,标准力值大小则由标准测力仪确定。因此,力源发生器的好坏确定了力值的稳定性,力值的准确度主要由标准测力仪的性能确定。

　　1·2　影响因素分析

　　影响力标准机测量不确度的因素较多,主要来源以下方面:机械加工精度,力源发生器的加载稳定性和灵敏性,标准传感器的准确度,标准测力仪的标准仪表(即二次仪表)的准确度和分辨率,环境因素的影响等。机械加工精度不高会引起方位误差,如产生较大的重复性误差，对力标准机可能是致命的,只要控制好加工精度,由此引入的测量不确度可以忽略不计;环境因素可以控制的,引入的测量不确度比较小;随着电子技术的发展,使标准仪表有很高的准确度和分辨率,故标准仪表带来的不确定度可以忽略;力源发生器的加载稳定度不高,可能引起无法测量,其加载准确度和稳定度引入的测量不确度是很重要的;标准测力仪的准确度直接关系力标准机的准确度,其引入的测量不确度是最重要的。标准传感器对力标准机的影响主要由标准传感器的特性决定。主要表现在非线性、迟滞、重复性、零点温度系数和灵敏度温度系数、蠕变和长期稳定性。非线性采用定点加载可以消除,对非定点加载,可以加大标定点的密度,降低其影响。对于迟滞,使用时,进程用标定值的进程加载,回程用标定值的回程加载就可以基本消除。对于蠕变,当使用时用的加载时间与标定时的加载时间大体一致时,蠕变对力标准机的误差也可以忽略。因此在传感器特性中,主要是重复性误差和长期稳定性误差会带到力标准机的力值误差中。