可变质心标准样件及质心测量装置的校准方法

摘要

本发明公开的一种可变质心标准样件及质心测量装置的校准方法，属于质心测量装置的校准仪器领域。可变质心标准样件，包括由样件主体、质量变换块、支撑杆、隔套、锁紧螺母，样件主体端面通过螺纹孔与支撑杆连接，支撑杆外部依次套有质量变换块、隔套和锁紧螺母。还公开直接校准质心测量装置的方法，以力臂平衡原理为基础，通过力臂和质量的变化实现可变质心标准样件的径向和轴向的质心位置可调；应用可变质心标准样件直接校准质心测量装置，变换组合成倍数关系的质量块实现对质心测量装置的径向和轴向两个方向的线性校准，通过长度成倍数关系的隔套保证标准样件的质心变换复现性，解决质心测量装置的校准需要分长度和力学两个参数分别溯源的问题。

说明书

技术领域

本发明属于质心测量装置的校准仪器领域，具体涉及一种可变质心标准质心样件及质心测量装置的校准方法。

背景技术

目前，质量质心测量方法通常分为三类：悬挂法、复摆测量法和质量反应法。悬挂法是利用自由悬挂时质心必然通过悬挂点垂直面的原理来确定质心位置的方法，该方法只适用于小型设备；复摆测量法是利用复摆摆动原理进行测量的方法，通过两次不同摆幅的摆动测量计算出高度方向质心坐标，该方法只能进行装备高度方向的质心坐标测量，且试验过程复杂，试验操作步骤多，误差影响环节较多，安全性较差；质量反应法是利用力矩平衡的原理进行质心测量的方法，该方法试验过程相对简单，普及率较高。

所谓力矩平衡原理即应用力矩公式矢量求和为零

∑M＝mg×L＝0

从公式不难看出，应用质量反应法测量质心的测量装置的不确定度来源主要是质量和长度。国内质心测量设备常用的质量反应法包括多点支撑法、不平衡力矩法及转动惯量法。目前对于基于这些方法的静态质心测量装置采用的校准方法多为分参数溯源，其中称重传感器或者压力传感器通过拆卸后送检；测量装置的几何测量部分通过使用几何测量仪器进行现场校准。

这种分参数的质心测量装置校准方法和校准过程比较复杂，还存在以下不足：

1.由于不同的质心测量装置几何测量部分的原理和支撑方式存在不同，通过使用几何测量仪器进行现场校准，会存在由于人员的不同和对几何支撑位置测量点确定的不同，导致几何量计量的误差。

2.称重传感器和压力传感器的校准需要将传感器拆卸后进行，这样不可避免地存在校准状态和使用状态不一致的问题。

3.除了分参数溯源，一些质心测量设备生产厂商也提供自制的单一质心标准件来对其测量装置进行核查。其自行生产的质心标准件通常只有固定质量和理论质心，可以实现对质心测量系统进行核查的目的，但存在溯源问题。

因此从国内外现状来看，研究质心测量系统校准技术和方法，保障质心测量系统质心测量结果的计量准确、溯源十分必要。

发明内容

针对目前质心测量装置存在的下述技术问题：(1)需要分长度和力值两个参数溯源；(2)长度参数溯源存在人为因素的影响；(3)力值溯源存在重复性的影响；(4)称重传感器和压力传感器的校准需要将传感器拆卸后进行，导致校准状态和使用状态不一致。本发明要解决的技术问题是提供一种可变质心标准样件及质心测量装置的校准方法，能够实现质心测量装置的轴向和径向的直接线性校准，并能够解决现有质心测量装置存在的上述技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明公开的可变质心标准样件，主要由样件主体、质量变换块、支撑杆、隔套、锁紧螺母五部分组成，样件主体端面通过螺纹孔与支撑杆连接，支撑杆外部依次套有质量变换块、隔套和锁紧螺母；样件主体的两端对称设有偏心沉孔和螺纹孔，用于实现径向和轴向正反两个方向的质心位置变换；质量变换块由一系列质量成倍数关系质量块组成，用于实现成倍数变化的质心位置变化；隔套由一系列长度成倍数关系的限位套组成，用于保证质量块加载过程中位置的重复性。

基于上述可变质心标准样件进行直接校准质心测量装置的方法，包括如下步骤：

步骤一：根据质心测量装置的测量范围选取合适的可变质心标准样件，建立质心标准样件坐标系。

根据质心测量装置的测量范围在可变质心标准样件分为(0～0.1)t、(0.1～1)t、(1～2)t和(2～3)t的几个范围内选取合适的可变质心标准样件，建立质心标准样件坐标系，即轴向、径向及原点。

步骤二：用质心标准装置标定可变质心标准样件，应用可变质心标准样件直接校准质心测量装置。

(1)质心测量装置的轴向线性校准

质心测量装置首次测量可变质心标准样件的质量和轴向质心位置，此时所述的可变质心标准样件未安装质量变换块；在可变质心标准样件上安装第一个轴向质量变换块，质心测量装置二次测量可变质心标准样件的质量和轴向质心位置；在可变质心标准样件上安装第二个轴向质量变换块，质心测量装置三次测量可变质心标准样件的质量和轴向质心位置；在可变质心标准样件上安装第三个轴向质量变换块，质心测量装置四次测量可变质心标准样件的质量和轴向质心位置；在可变质心标准样件上安装第四个轴向质量变换块，质心测量装置五次测量可变质心标准样件的质量和轴向质心位置；在可变质心标准样件上安装第五个轴向质量变换块，质心测量装置六次测量可变质心标准样件的质量和轴向质心位置；重复上述步骤多次取平均值，比较质心测量装置和质心标准装置的测量结果，判断质心测量装置轴向质心测量准确度。

(2)质心测量装置的径向线性校准

质心测量装置首次测量可变质心标准样件的质量和径向质心位置，此时所述的可变质心标准样件未安装质量变换块；在可变质心标准样件上安装第一个径向质量变换块，质心测量装置二次测量可变质心标准样件的质量和径向质心位置；在可变质心标准样件上安装第二个径向质量变换块，质心测量装置三次测量可变质心标准样件的质量和径向质心位置；在可变质心标准样件上安装第三个径向质量变换块，质心测量装置四次测量可变质心标准样件的质量和径向质心位置；在可变质心标准样件上安装第四个径向质量变换块，质心测量装置五次测量可变质心标准样件的质量和径向质心位置；在可变质心标准样件上安装第五个径向质量变换块，质心测量装置六次测量可变质心标准样件的质量和径向质心位置；重复上述步骤多次取平均值。

将标准质心样件旋转一个角度，再重复上述测量，通过两次投影可以算出径向质心位置。比较质心测量装置和质心标准装置的测量结果，判断质心测量装置轴向质心测量准确度，即完成应用可变质心标准样件直接校准质心测量装置。

所述的重复上述步骤多次取平均值优选三次。

有益效果：

1、本发明将质心变化和质心保存相结合，使质心测量装置直接校准成为可能，通过力臂和质量的变化实现可变质心标准样件的径向和轴向两个方向的质心位置可调，应用可变质心标准样件直接校准质心测量装置，通过变换不同组合成倍数关系的质量块实现对质心测量装置的径向和轴向两个方向的线性校准，通过长度成倍数关系的隔套保证标准样件的质心变换重复性，能够实现质心标准样件的质心位置可变。

2、本发明可变质心标准样件结构简单，使用方便，能够科学有效实现质心测量装置的轴向和径向的直接线性校准，解决质心测量装置的校准需要分长度和力学两个参数分别校准的溯源问题。

附图说明

图1是本发明工作原理示意图；

图2是本发明可变质心标准样件结构示意图。

图中的标记分别表示：1—样件主体，2—质量变换块、3—支撑杆、4—隔套、5—锁紧螺母。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

实施例1：

结合图1、图2对本发明做以下详细描述。

本实施例公开的可变质心标准样件包括样件主体1、质量变换块2、支撑杆3、隔套4、锁紧螺母5五部分。样件主体1端面通过螺纹孔与支撑杆3连接，支撑杆3外部依次套有质量变换块2、隔套4和锁紧螺母5；样件主体1的两端对称设有偏心沉孔和螺纹孔，用于实现径向和轴向正反两个方向的质心位置变换；质量变换块2是一系列质量成倍数关系质量块组成，用于实现成倍数变化的质心位置变化；隔套4是一系列长度成倍数关系的限位套组成，用于保证质量块加载过程中位置的重复性。

基于上述可变质心标准样件进行直接校准质心测量装置的方法，包括如下步骤：

步骤一：根据质心测量装置的测量范围选取合适的可变质心标准样件，建立质心标准样件坐标系。

步骤二：用质心标准装置标定可变质心标准样件，应用可变质心标准样件直接校准质心测量装置。

(1)质心测量装置的轴向线性校准

质心测量装置首次测量可变质心标准样件的质量和轴向质心位置，此时所述的可变质心标准样件未安装质量变换块2；在可变质心标准样件上安装第一个轴向质量变换块2，质心测量装置二次测量可变质心标准样件的质量和轴向质心位置；在可变质心标准样件上安装第二个轴向质量变换块2，质心测量装置三次测量可变质心标准样件的质量和轴向质心位置；在可变质心标准样件上安装第三个轴向质量变换块2，质心测量装置四次测量可变质心标准样件的质量和轴向质心位置；在可变质心标准样件上安装第四个轴向质量变换块2，质心测量装置五次测量可变质心标准样件的质量和轴向质心位置；在可变质心标准样件上安装第五个轴向质量变换块2，质心测量装置六次测量可变质心标准样件的质量和轴向质心位置；重复上述步骤三次取平均值，比较质心测量装置和质心标准装置的测量结果，判断质心测量装置轴向质心测量准确度。

(2)质心测量装置的径向线性校准

质心测量装置首次测量可变质心标准样件的质量和径向质心位置，此时所述的可变质心标准样件未安装质量变换块2；在可变质心标准样件上安装第一个径向质量变换块2，质心测量装置二次测量可变质心标准样件的质量和径向质心位置；在可变质心标准样件上安装第二个径向质量变换块2，质心测量装置三次测量可变质心标准样件的质量和径向质心位置；在可变质心标准样件上安装第三个径向质量变换块2，质心测量装置四次测量可变质心标准样件的质量和径向质心位置；在可变质心标准样件上安装第四个径向质量变换块2，质心测量装置五次测量可变质心标准样件的质量和径向质心位置；在可变质心标准样件上安装第五个径向质量变换块2，质心测量装置六次测量可变质心标准样件的质量和径向质心位置，重复上述步骤三次取平均值。

将标准质心样件旋转一个角度，再重复上述测量，通过两次投影可以算出径向质心位置。比较质心测量装置和质心标准装置的测量结果，判断质心测量装置轴向质心测量准确度，即完成应用可变质心标准样件直接校准质心测量装置。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。