专利名称：反作用力矩测试方法及测试仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及精密微特电机的参数测试仪器技术领域，特别是涉及高转速小力矩的 微特电机参数的测试仪器。
背景技术：
精密微特电机广泛应用于机电式陀螺仪、陀螺加速度表、速率陀螺仪等惯性仪表 中。作为惯性仪表中的核心部件，电机的启动力矩、摩擦力矩、对惯性仪表的精度和稳 定性影响很大。惯性仪表中的电机的启动力矩、摩擦力矩直接测量不易实现。利用力的作用是相互的原理，通过测量电机定子轴上所受转子轴施加的作用力矩 可以测出电机的启动力矩和摩擦力矩。作为惯性仪表的设计参考。同时还可兼得负载力矩、 惯性时间、同步时间等参数作为惯性仪表排故和技术归零时的参考。现有的仪器利用气浮陀螺的原理，由浮子、传感器转子、力矩器转子、接线柱、卡 头、被测元件组成的悬浮可动系统，由空气轴承的壳体、力矩器和传感器的定子、底座组成 静止系统。当空气轴承通气时，浮子系统被悬浮，当电机通电时，固定在卡头上的定子产生 电磁力矩，使转子加速并克服负载力矩。同样，转子也要给定子部分施加反作用力矩，使定 子轴转动，由于传感器的转子和定子轴联接，所以传感器要输出信号给线路控制部分，此信 号经放大、解调、数据处理再反馈一个直流电流给力矩器的定子，此力矩平衡转子施加在定 子上的各种力矩，始终让浮子轴系统处在传感器零位附近。再将所反馈给力矩器的直流信 号采集输入计算机处理得出相应力矩信息。原有仪器由于原理和结构复杂，造成仪器在使用中故障率高，修复难度大，使得日 常维护要求高，维修时间长、费用高。
发明内容
本发明目的是设计一种新型的反作用力矩测试仪器，对电机的参数进行测试。具体地说，反作用力矩测试方法，其是在静态力矩传感器上通过联轴器固定被测 对象的定子轴获得被测对象的准确微小扭矩值对应的电信号，将传感器输出的电信号经过 信号调理和数据采集，准确的获得力矩数据；并用计算机处理相关数据得到启动力矩、负载 力矩、摩擦力矩并计算出惯性时间、同步时间。实现上述方法的反作用力矩测试仪，其具有一静态力矩传感器，在静态力矩传感 器上固定联轴器获得被测对象的准确微小扭矩值，该静态力矩传感器依次与信号调理和数 据采集系统相连接并接入计算机处理系统。本发明通过对被测量特性和测量原理的分析研究，选用目前技术已经很成熟的静 态力矩传感器，获得准确的微小扭矩值，经过信号调理和数据采集，准确的获得力矩数据。 仪器根据不同的测量量程需求，可自动实现量程的转换。整个测试过程全自动，界面友好， 操作简练，不需要人为调整输入量程，即实现了自动化测试过程，同时也保证设备不工作在过载状态，保证了设备工作的安全性。可以将测量数据区分为启动力矩、负载力矩、摩擦力 矩并可以计算出惯性时间、同步时间。本发明为保证仪器的测量精度，仪器中采用了 0. 测量精度、0. OlNm量程、 频率响应100μ s的力矩传感器；为了使力矩测量的准确，被测对象与力矩传感器之间采用 自行设计联轴器实现高精度联接，保证不因联接环节引入测量误差。经处理过的数据传入 计算机后编写相应的软件对数据进行处理，给出启动力矩、负载力矩、摩擦力矩、惯性时间、 同步时间等测量量，并可实现仪器的标定，被测工件信息的输入，生成测试报告等。本发明正是巧妙地利用市场上成熟的静态力矩传感器，结合电机参数测试的原 理，设计原理简单，技术成熟可行。仪器成本降低，结构简单，制造方便。同时仪器能满足启 动力矩、负载力矩、摩擦力矩、惯性时间、同步时间的测量需求。仪器的设计精度高于现 有仪器5%的精度。与原有仪器比较原仪器是利用陀螺仪的原理对反作用力矩进行测量，将洲际导 弹的陀螺仪改造成仪器，因此仪器原理、结构复杂，技术难度大，使用过程中维修难度大、成 本高、周期长。新仪器的设计思想与原仪器完全不同，新仪器的设计思想是利用成熟的静态 力矩传感器作为测量核心，经过对传感器增加相应的附件如联接器、支撑架等并对传感器 得到的信号进行模拟和数字处理即可得到想测量的反作用力矩。新发明的优点仪器成本降低，结构简单，制造方便，使用中维护、修理简单，维修 周期短。同时仪器能满足启动力矩、负载力矩、摩擦力矩、惯性时间、同步时间的测量需求。 仪器的设计精度高于现有仪器5%的精度。
图1是测量原理示意图。图2为本发明联轴器结构示意图。图2-1为图2的B向视图。图3为本发明砝码盘结构示意图。图3-1为图3的B向视图。图4为本发明支撑架结构示意图。图4-1为图4的B向视图。
具体实施例方式反作用力矩测试方法，其是在静态力矩传感器上通过联轴器固定被测对象的定子 轴获得被测对象的准确微小扭矩值对应的电信号，将传感器输出的电信号经过信号调理和 数据采集，准确的获得力矩数据；并用计算机处理相关数据得到启动力矩、负载力矩、摩擦 力矩并计算出惯性时间、同步时间。实现所述方法的反作用力矩测试仪，其是具有一静态力矩传感器，在静态力矩传 感器上固定联轴器获得被测对象的准确微小扭矩值，该静态力矩传感器依次与信号调理和 数据采集系统相连接并接入计算机处理系统。通过对电机参数测量原理的分析研究，只要能将电机定子轴上所受电机转子施加 的反作用力矩感知和测量出来就可以实现电机参数的测量。目前市场上成熟的静态力矩传感器就可以实现对静止对象上所受动态力矩的感知和测量。此类传感器为通用传感器，非反作用力矩测试专用传感器，要设计专用的连接器 将被测产品与传感器联接到传感器敏感头。联接器要满足强度、重量和同轴度的要求，联轴 器为十字形结构的轴并采用硬铝材料，其上制有内孔且内孔与外轴同轴度要求0.01mm。机 械设计图如附图2和图2-1。由于被测对象为竖直安装，被测对象重量大于IKg时为保护传感器同时保证测量 精度，要将被测对象支撑。支撑大重量被测对象的支撑架具有上端的大圆盘和下端的小圆 盘，上端的大圆盘与下端的小圆盘通过连接管连为一体，中间制有通孔，且和被测对象之间 产生的摩擦力矩小于0. Ig · cm。机械设计图如附图4和图4-1。为实现仪器的校准标定，设计砝码盘用挂砝码的方式产生标准力矩实现力矩值的 校准标定。砝码盘为圆形并在中间连有圆管，同时半径2. 5cm公差为士0. Olmm,内孔与外轴 同轴度0.01mm。机械设计图如附图3和图3-1。自动转换量程，校准标定和误差修正。仪器根据不同的测量量程需求，可自动实现量程的转换，仪器的校准标定和误差 修正。整个测试过程全自动，界面友好，操作简练，即实现自动化测试过程，同时也保证设备 不工作在过载状态，保证了设备工作的安全性。传感器输出的微小信号经信号放大电路、信号调制电路、信号滤波电路、数模转换 电路进行处理，所选用电路为市场上成熟的电路。将得到的数字信号输入计算机编写相应 软件进行处理。实时显示测试曲线，从曲线得到启动力矩、负载力矩、摩擦力矩、惯性时间、 同步时间等参数，根据被测量的大小自动切换量程。软件具有标定仪器修正误差，出测试报 告的功能。本发明解决了技术难点有以下几点1、要能满足现有仪器所测量的电机的全部技术参数；2、精度指标要超越现有仪器；3、仪器原理和结构要简单；4、低成本，操作简单方便。仪器的技术要求扭矩测量范围0-100g. cm。测量精度1%最高分辨率0.OOOlgcm量程分别为5、10、20、30、50、IOOg. cm工作环境实验室环境、无腐蚀性气体、液体。仪器供电要求AC220X(1 士 10% )V、50Hz。
权利要求
1.反作用力矩测试方法，其特征是在静态力矩传感器上通过联轴器固定被测对象的定 子轴获得被测对象的准确微小扭矩值对应的电信号，将传感器输出的电信号经过信号调理 和数据采集，准确的获得力矩数据；并用计算机处理相关数据得到启动力矩、负载力矩、摩 擦力矩并计算出惯性时间、同步时间。
2.实现如权利要求1所述方法的反作用力矩测试仪，其特征是具有一静态力矩传感 器，在静态力矩传感器上固定联轴器获得被测对象的准确微小扭矩值，该静态力矩传感器 依次与信号调理和数据采集系统相连接并接入计算机处理系统。
3.根据权利要求2所述的反作用力矩测试仪，其特征是联轴器为十字形结构的轴并采 用硬铝材料，其上制有内孔且内孔与外轴同轴度要求0.01mm。
4.根据权利要求2或3所述的反作用力矩测试仪，其特征是具有支撑大重量被测对象 的支撑架，该支撑架具有上端的大圆盘和下端的小圆盘，上端的大圆盘与下端的小圆盘通 过连接管连为一体，中间制有通孔，且和被测对象之间产生的摩擦力矩小于0. Ig · cm。
5.根据权利要求4所述的反作用力矩测试仪，其特征是具有砝码盘，且砝码盘为圆形 并在中间连有圆管，同时半径2. 5cm公差为士0. Olmm,内孔与外轴同轴度0. 01mm。
全文摘要
本发明反作用力矩测试方法，其是在静态力矩传感器上通过联轴器固定被测对象的定子轴获得被测对象的准确微小扭矩值对应的电信号，将传感器输出的电信号经过信号调理和数据采集，准确的获得力矩数据；并用计算机处理相关数据得到启动力矩、负载力矩、摩擦力矩并计算出惯性时间、同步时间。实现上述方法的反作用力矩测试仪，其具有一静态力矩传感器，在静态力矩传感器上固定联轴器获得被测对象的准确微小扭矩值，该静态力矩传感器依次与信号调理和数据采集系统相连接并接入计算机处理系统。通过对被测量特性和测量原理的分析研究，选用静态力矩传感器，获得准确的微小扭矩值，经过信号调理和数据采集，准确的获得力矩数据。
文档编号G01L3/00GK102095540SQ20101054379
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月4日 优先权日2010年11月4日
发明者张博 申请人:中国航天科技集团公司第九研究院七一○七厂