专利名称：一种热真空环境测试力矩值修正方法
技术领域：
本发明涉及热真空环境参数测试领域，尤其是一种力矩值修正方法。
背景技术：
热真空试验是指在空间的真空、冷黑和太阳辐射环境，即在规定的真空和热循环条件下验证机构或装置的功能和性能的一种试验。通常将被测机构或装置放入真空罐内，通过专用热真空设备实现所需的环境。在热真空试验中，机构或装置的力矩测试往往是很重要的一个指标。 由于被测机构或装置在热真空环境中，由于普通传感器在热真空环境下无法正常使用，因此常温常压下很容易做到的测量就非常困难。包括传感器罐内和罐外两种解决方案。罐内测试的方案是指将传感器放在真空罐内与被测件连接。罐外测试是指通过磁流体密封轴将力矩传递到真空罐外部，在真空罐外，即常温常压环境下装传感器进行测试的方法。罐内测试时，简单的方案是直接在力矩传感器外采用隔热材料保温进行测量。由于传感器不是专门为真空环境设计的，因此传感器很容易损坏，一旦损坏测试就无法进行。另一方面，传感器标定是在常温常压下进行的，同样的转矩在热真空环境下传感器输出值是不一样的，而真空环境下传感器的标定又很难进行，因此测试数据可信度值得怀疑。
另一种方案是设计专用的适用于热真空环境的传感器。但是该方法涉及到传感器设计、加工、安装、量传、标定等多方面问题，尤其对于高精度转矩传感器的几乎无法实现。由于罐内测量时传感器直接和被测件连接，转矩测试路径短，无额外增加的阻尼及其它损耗，因此测试值能直接反应被测机构或装置的力矩值。但同时热真空环境下的传感器本身精度可能较差。目前大多数测试都采用罐外安装传感器的方式实现。 磁流体密封轴采用磁性流体作为密封，具有传统密封方式所不能比拟的优点。密封装置由永磁体、磁极、磁回路、磁性流体和轴组成。磁极与旋转轴之间的间隙成为密封间隙，在其内部充入磁性流体。永磁体的磁场经过密封间隙。由于极尖下磁场最强，因而磁性流体集中于极尖处，在密封间隙内形成液体"O"形密封环。从而将环两边隔开，起到密封的作用。磁场中的磁流体受到磁场力的作用，在无外力作用时，磁性流体将保持在磁场最强的区域内。在外力的作用下，磁性流体的位置和形状将发生变化，引起磁场力的变化，磁场力与外力相平衡。使磁性流体处于新的平衡状态。
发明内容
为了克服已有热真空环境参数测试系统的无法对力矩值进行有效修正的不足，本
发明提供一种能够有效修正力矩值的热真空环境测试力矩值修正方法。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 —种热真空环境测试力矩值修正方法，两个相同的磁流体密封轴同轴安装在真空罐的两侧，所述两个磁流体密封轴各安装一个转矩传感器，所述力矩值修正方法包括以下步骤
(1)、在常温常压下， 一根磁流体密封轴与驱动机构连接，另一根磁流体密封轴与 加载机构连接，测量两个转矩传感器的差值Na'，另一根磁流体密封轴与驱动机构连接，一 根磁流体密封轴与加载机构连接，再次测量两个转矩传感器的差值Nb'，其中
Na' =Nal+Na2'
Na' =Nbl+Nb2' 上式中，Nd是一根磁流体密封轴的左侧产生的摩擦力矩，该摩擦力矩在罐外，工作 在常温常压环境下；Na'为一根磁流体密封轴右侧产生的摩擦力矩，工作在常温常压环境 下；Nbl是另一根磁流体密封轴的右侧产生的摩擦力矩，该摩擦力矩在罐外，工作在常温常 压下；Nb'为另一根磁流体密封轴的左侧产生的摩擦力矩，工作在常温常压环境下；
(2)、加工一根专用轴，专用轴的两端分别与一根磁流体密封轴和另一根磁流体密 封轴联接， 一根磁流体密封轴与驱动机构连接，另一根磁流体密封轴与加载机构连接，测量 两个转矩传感器的差值Nab:
Nab = Nal+Na2+Nbl+Nb2 l是一根磁流体密封轴的左侧产生的摩擦力矩，该摩擦力矩在罐外，工作在常温 常压下；Na2为一根磁流体密封轴右侧产生的摩擦力矩，工作在热真空环境下；Nbl是另一根 磁流体密封轴的右侧产生的摩擦力矩该摩擦力矩在罐外，工作在常温常压下；Nb2为另一根 磁流体密封轴的左侧产生的摩擦力矩，工作在热真空环境下； (3)、将第(1)步测量的两个轴的摩擦力矩值之和与第(2)步测试的总摩擦力矩值
相减，定义为AN得到 AN = (Na, +Nb' )_Nab = (Nal+Na2' +Nbl+Nb2' )_(Nal+Na2+Nbl+Nb2) = (V _Na2) + (Nb2' _Nb2) = ANa+ANb AN表示两个磁流体密封轴在常温常压和热真空环境下的力矩总变化量；设定 ANa = ANb = AN/2，由此得到
Na = Na' +AN/2
Nb = Nb' +AN/2 得到Na和Nb为两根磁流体密封轴在热真空环境下的摩擦力矩值。
本发明的技术构思为本发明基于罐外测试方式。由于罐外安装传感器时，力矩传 递路线长，中间必须通过磁流体密封轴连接到真空罐外，因此罐外测试的力矩值包含磁流 体密封轴的摩擦力矩在内。在进行高精度力矩测量时必须消除磁流体密封轴的摩擦力矩影 响，即对传感器测试数据进行适当的修正。 磁流体密封轴的摩擦力矩来自于两方面，一方面是采用磁流体密封所产生的力
矩，另一方面是固定磁流体密封轴两端各有一个轴承所产生的摩擦力矩。在常温常压和热
真空环境下的摩擦力矩是会产生变化的，由于罐内无法安装传感器，这就决定了在热真空
环境下的磁流体密封轴产生的摩擦力矩值无法通过实验的方法直接获取。 本发明采用的方法是利用真空罐两侧同轴的两个完全相同的磁流体密封轴来实
现，首先通过常温常压下测试每个磁流体密封轴摩擦力矩，然后通过将两个磁流体密封轴
直接连接，测试两个磁流体密封轴作为一个整体在热真空环境下测试总的摩擦力矩，由上的摩擦力矩值。 本发明的有益效果主要表现在能够有效修正力矩值。
图1是常温常压下测量总摩擦力矩的结构示意图。
图2是热真空环境下测量摩擦力矩的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。 参照图1和图2， 一种热真空环境测试力矩值修正方法，两个相同的磁流体密封轴
同轴安装在真空罐的两侧，所述两个磁流体密封轴各安装一个转矩传感器。 根据图1所示，1为真空罐，13和23为左右两个磁流体密封轴，定义在热真空环境
下轴13的摩擦力矩Na，轴23的摩擦力矩为Nb。每个磁流体密封轴罐外和罐内各有一摩擦
力矩，定义为 Na = Nal+Na2 Nb = Nbl+Nb2 Nal是轴13的左侧产生的摩擦力矩，该摩擦力矩在罐外，工作在常温常压环境下， Na2为轴13右侧产生的摩擦力矩，工作在热真空环境下。Nbl是轴23的右侧产生的摩擦力 矩，该摩擦力矩在罐外，工作在常温常压环境下，Nb2为轴23左侧产生的摩擦力矩，工作在热 真空环境下。
第1步 如图1所示，首先在常温常压下，分别测量13和23两个磁流体密封轴的总摩擦力 矩。测试方法为在磁流体密封轴两侧各安装一个高精度转矩传感器，其中13通过12和14 两个柔性联轴器连接到11和15两个转矩传感器，23通过22和24两个柔性联轴器连接到 21和25两个转矩传感器。15左侧连接驱动机构，11右侧连接加载机构，测试13轴两个传 感器11和15的转矩差值，该数值就是磁流体密封轴13在常温常压下的摩擦力矩，所测量 的值定义为N 。 25右侧连接驱动机构，21左侧连接加载机构，测试23轴两个传感器21 和25的转矩差值，该数值就是磁流体密封轴23在常温常压下的摩擦力矩，定义为Nb'。
其中
Na' =Nal+Na2'
Nb' =Nbl+Nb2' Na2' —根磁流体密封轴右侧产生的摩擦力矩，工作在常温常压环境下；
Nb2'另一根磁流体密封轴的左侧产生的摩擦力矩，工作在常温常压环境下；
第2步 如图2所示，加工一根专用轴2，通过柔性联轴器12和22直接将磁流体密封轴13 和23连接起来，在两个磁流体密封轴罐外部分通过柔性联轴器14和24各连接一个高精度 转矩传感器15和25，真空罐工作在被测机构或装置测试所需的热真空环境，转矩传感器15 侧做驱动，转矩传感器25测接加载，记录传感器15和25的力矩差，该数值是磁流体密封轴
513和23在热真空环境下的摩擦力矩值之和。该值为Nab :
Nab = Nal+Na2+Nbl+Nb2 将第一步测量的两个轴的摩擦力矩值之和与第二步测试的总摩擦力矩值相减，定
义为A +N可得到 AN = (Na, +Nb' ) _Nab = (Nal+Na2' +Nbl+Nb2' )_(Nal+Na2+Nbl+Nb2) = (V _Na2) + (Nb2' _Nb2) = ANa+ANb 该数值表示的是两个磁流体密封轴在常温和热真空环境下的力矩总变化量。其中 Al和ANb分别是磁流体密封轴13和轴23在常温和热真空环境下的力矩变化量。 一方 面AN值已非常小，对AK和ANb影响已非常小，另一方面考虑到两个磁流体密封轴无论 结构还是工作环境都完全相同，因此可认为ANa= ANb= AN/2。由此可得到
Na = Na' +AN/2
Nb = Nb' +AN/2 至此，Na和Nb都可通过试验及数据处理获得，即可得到每个磁流体密封轴在热真 空环境下的摩擦力矩值。 进一步考虑，旋转轴的摩擦力矩是随着转矩和转速变化而变化的，并不是一个常 量。因此上述试验应该在被测试装置或设备实际运行条件下进行，即与实际转矩、转速条件 相同的前提下测试。再进一步考虑，可以将不同转矩转速条件下测试的数据及曲线以查表 或函数拟合的方式获得在不同工况下的摩擦力矩值。根据该数值对真空罐外测试所得到的 力矩值进行在线或离线修正，从而获得精确的力矩测量值。
权利要求
一种热真空环境测试力矩值修正方法，其特征在于两个相同的磁流体密封轴同轴安装在真空罐的两侧，所述两个磁流体密封轴各安装一个转矩传感器，所述力矩值修正方法包括以下步骤(1)、在常温常压下，一根磁流体密封轴与驱动机构连接，另一根磁流体密封轴与加载机构连接，测量两个转矩传感器的差值Na′，另一根磁流体密封轴与驱动机构连接，一根磁流体密封轴与加载机构连接，再次测量两个转矩传感器的差值Nb′，其中 Na′＝Na1+Na2′ Nb′＝Nb1+Nb2′上式中，Na1是一根磁流体密封轴的左侧产生的摩擦力矩，该摩擦力矩在罐外，工作在常温常压环境下；Na2′一根磁流体密封轴右侧产生的摩擦力矩，工作在常温常压环境下；Nb1是另一根磁流体密封轴的右侧产生的摩擦力矩，该摩擦力矩在罐外，工作在常温常压下；Nb2′另一根磁流体密封轴的左侧产生的摩擦力矩，工作在常温常压环境下；(2)、加工一根专用轴，专用轴的两端分别与一根磁流体密封轴和另一根磁流体密封轴联接，一根磁流体密封轴与驱动机构连接，另一根磁流体密封轴与加载机构连接，测量两个转矩传感器的差值NabNab＝Na1+Na2+Nb1+Nb2Na1是一根磁流体密封轴的左侧产生的摩擦力矩，该摩擦力矩在罐外，工作在常温常压下；Na2为一根磁流体密封轴右侧产生的摩擦力矩，工作在热真空环境下；Nb1是另一根磁流体密封轴的右侧产生的摩擦力矩，该摩擦力矩在罐外，工作在常温常压下；Nb2为另一根磁流体密封轴的左侧产生的摩擦力矩，工作在热真空环境下；(3)、将第(1)步测量的两个轴的摩擦力矩值之和与第(2)步测试的总摩擦力矩值相减，定义为ΔN得到ΔN＝(Na′+Nb′)-Nab＝(Na1+Na2′+Nb1+Nb2′)-(Na1+Na2+Nb1+Nb2)＝(Na2′-Na2)+(Nb2′-Nb2)＝ΔNa+ΔNbΔN表示两个磁流体密封轴在常温常压和热真空环境下的力矩总变化量；设定ΔNa＝ΔNb＝ΔN/2，由此得到Na＝Na′+ΔN/2Nb＝Nb′+ΔN/2得到Na和Nb为两根磁流体密封轴在热真空环境下的摩擦力矩值。
全文摘要
一种热真空环境测试力矩值修正方法，两个相同的磁流体密封轴同轴安装在真空罐的两侧，所述两个磁流体密封轴各安装一个转矩传感器。首先通过常温常压下测试每个磁流体密封轴摩擦力矩，然后通过将两个磁流体密封轴直接连接，测试两个磁流体密封轴作为一个整体在热真空环境下测试总的摩擦力矩，由上面两次测试结果计算两个磁流体密封轴在热真空环境下与常温常压下的摩擦力矩变化量。由此可获得每个磁流体密封轴在热真空环境下的摩擦力矩值。本发明提供一种能够有效修正力矩值的热真空环境测试力矩值修正方法。
文档编号G01L5/00GK101788354SQ20101003972
公开日2010年7月28日 申请日期2010年1月11日 优先权日2010年1月11日
发明者单晓杭, 孙建辉, 梁利华, 潘柏松 申请人:浙江工业大学