专利名称：一种能量天平悬挂系统的空气阻尼式定位装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种精密测量装置的定位装置，具体涉及一种能量天平悬挂系统的空气阻尼式定位装置。
背景技术：
建立量子质量基准的工作在国际上已经探讨了多年，目前获得较大成效的方案“功率天平方案”。“功率天平方案”的基本思路是把通以电流的载流线圈挂在天平上，同时载流线圈置于磁场中。载流线圈上受到的洛伦兹力与天平平衡时砝码上的重力相等，这样就可由电磁量导出砝码质量的量值。其核心是通过天平把电功率与机械功率联系起来，通过一系列的变换导出质量基准。近些年来，国外“功率天平”方案的进展趋缓，遇到的最主要困难来自其动态测量过程，即必须在线圈的移动过程中对速度和感应电动势进行测量。与静态测量相比，动态测量过程中包含了更多不可控因素，其测量准确度难以进一步提高。针对国外研究的现状，我国提出了 “能量天平方案”。该方案的实验系统主体为一架特制的精密天平，通过天平实现机械能量差与磁能量差的平衡。天平一端悬挂“可动线圈”，“可动线圈”所需磁场则由一组固定于地基上的“激励线圈”所产生。这样，作用在“可动线圈”上的力实际上就是“可动线圈”和“激励线圈”组之间的作用力。实验分两个过程，即称重过程和测量互感过程，这 两个过程都需要在天平静态下进行测量，由于天平只在竖直方向受限制，其他自由度不受限制，其在工作工程中会产生单摆或锥摆运动，以及围绕中心轴旋转运动，无法实现理想静态测量，尤其是测量互感过程需要测量悬挂系统不同竖直方向位置的互感，互感对位置的变化非常敏感，因此对悬挂系统进行快速、有效、精密定位是提闻实验准确度的关键。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的能量天平无法实现静态测量的问题，提供了一种能量天平悬挂系统的空气阻尼式定位装置。本发明采用的技术方案如下一种能量天平悬挂系统的空气阻尼式定位装置，所述定位装置包括至少两个阻尼元件；一组所述阻尼元件均匀分布在能量天平I的载流线圈2底部；单个所述阻尼元件包括阻尼器3和阻尼盒4 ;所述阻尼器3活动设置在所述阻尼盒4中，且所述阻尼器3顶部通过连接杆8与所述载流线圈2底部硬连接。所述阻尼器3和阻尼盒4构成空气阻尼器；在具体实施中，本发明根据载流线圈2的定位精度决定阻尼元件的类型；所述载流线圈2的定位精度为O.1 μ m I μ m，即是指将载流线圈2由单摆或锥摆运动引起的垂直方向位移控制在O.1 μ m I μ m内。所述阻尼器3的数量为2或3个，所述阻尼器3外壁与所述阻尼盒4内壁的间隙< 2_。
具体地，当所述载流线圈2的定位精度为O.1 μ m O. 5 μ m时,采用第一种实施方式，即所述阻尼器3的数量为3个，3个所述阻尼器3沿周向均匀分布在所述载流线圈2底部，所述阻尼器3外壁与所述阻尼盒4内壁的间隙< 1mm。当所述载流线圈2的定位精度为O. 5 μ m I μ m时,采用第二种实施方式，即所述阻尼器3的数量为2个，2个所述阻尼器3对称分布在所述载流线圈2底部，所述阻尼器3外壁与所述阻尼盒4内壁的间隙< 2_。在具体实施中，所述阻尼器3的形状为圆杯状或叶片状。所述连接杆8的膨胀系数小于5X 10_5，其材质为非金属材料，具体为陶瓷或石英。本发明所述的能量天平I包括载流线圈2、激励线圈、天平变刀5、一对十字铰链6、一对支架7、托盘以及砝码；一对所述十字铰链6分别设置在天平边刀5两端，一对所述支架7分别设置在一对所述十字铰链6下端，所述载流线 圈2和托盘分别固定在一对所述支架7底端，所述砝码设置在所述托盘中，所述激励线圈与载流线圈2耦合连接。所述砝码的质量为IOOg 1000g。本发明工作原理是能量天平I在工作时容易产生单摆、锥摆以及绕中心轴旋转运动，为了实现能量天平I的快速定位，同时不改变其原始位置，本发明将至少2个阻尼元件固定设置在能量天平I的载流线圈2底部。其中，阻尼盒4固定不动，当能量天平发生上述运动时，阻尼器3随着天平的悬挂系统相对阻尼盒4运动，即产生单摆或锥摆运动，从而阻尼器3和阻尼盒5之间产生阻碍悬挂摆动的阻尼力，该阻尼力反作用于能量天平运动方向，使能量天平趋于静态。各阻尼器3对称放置，相互平衡，单独工作。本发明实现了 IOOg IOOOg的砝码质量测量；与现有技术相比，本发明能够快速、有效地稳定能量天平悬挂系统，减小能量天平工作时产生的单摆、锥摆以及绕中心轴旋转运动造成的误差，可适用于精密天平的定位以及进行天平质量比较等其他技术领域。
图1为本发明实施例1的一种能量天平悬挂系统的空气阻尼式定位装置结构示意图；图2为本发明实施例2的一种能量天平悬挂系统的空气阻尼式定位装置结构示意图；图3为本发明实施例3的一种能量天平悬挂系统的空气阻尼式定位装置结构示意图；图4为本发明实施例4的一种能量天平悬挂系统的空气阻尼式定位装置结构示意图；附图编号说明1-能量天平；2-线圈；3-阻尼器；4-阻尼盒；5-天平边刀；
6-十字铰链；7-支架；8-连接杆；下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细地说明，本发明的保护范围不局限于下述的具体实施方式
。
具体实施例方式本发明的一种能量天平悬挂系统的空气阻尼式定位装置，其包括至少两个空气阻尼器；一组空气阻尼器均匀分布在能量天平I的载流线圈2底部；单个空气阻尼器包括阻尼器3和阻尼盒4 ;阻尼器3活动设置在阻尼盒4中，且阻尼器3顶部通过连接杆8与载流线圈2底部硬连接。阻尼器3外壁与阻尼盒4内壁的间隙< 2mm。阻尼器3的形状为圆杯状或叶片状。连接杆8的膨胀系数小于5X 10_5，其材质为陶瓷。实施例1 如图1所不,载流线圈2的定位精度处于O. 5μηι Ιμπι时,空气阻尼器包括2个阻尼器3和2个阻尼盒4 ；阻尼器3的形状为圆杯状，2个阻尼器3对称分布在载流线圈2底部，阻尼器3外壁与所述阻尼盒4内壁的间隙< 2mm。实施例2如图2所示，载流线圈2的定位精度处于O. 5 μ m I μ m时，空气阻尼器包括2个阻尼器3和2个阻尼盒4 ；阻尼器3的形状为叶片状，2个阻尼器3对称分布在载流线圈2底部，阻尼器3外壁与所述阻尼盒4内壁的间隙< 2mm。实施例3如图3所示，载流线圈2的定位精度为O.1 μ m O. 5 μ m，空气阻尼器包括3个阻尼器3和3个阻尼盒4 ；阻尼器3的形状为圆杯状；3个阻尼器3沿周向均匀分布在载流线圈2底部，阻尼器3外壁与所述阻尼盒4内壁的间隙< 1mm。实施例4如图4所示，载流线圈2的定位精度为O.1 μ m O. 5 μ m，空气阻尼器包括3个阻尼器3和3个阻尼盒4 ；阻尼器3的形状为叶片状；3个阻尼器3沿周向均匀分布在载流线圈2底部，阻尼器3外壁与所述阻尼盒4内壁的间隙< 1mm。上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选地，而并不具有限制性的意义。
权利要求
1.一种能量天平悬挂系统的空气阻尼式定位装置，其特征在于 所述定位装置包括至少两个阻尼元件；一组所述阻尼元件均匀分布在能量天平(I)的载流线圈(2)底部； 单个所述阻尼元件包括阻尼器(3)和阻尼盒(4);所述阻尼器(3)活动设置在所述阻尼盒(4 )中，且所述阻尼器(3 )顶部通过连接杆(8 )与所述载流线圈(2 )底部硬连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有定位功能的能量天平，其特征在于 所述阻尼器(3)和阻尼盒(4)构成空气阻尼器； 所述载流线圈(2)的定位精度为O.1 μ m I μ m，所述阻尼器(3)的数量为2或3个，所述阻尼器(3)外壁与所述阻尼盒(4)内壁的间隙< 2mm。
3.根据权利要求2所述的一种具有定位功能的能量天平，其特征在于 所述载流线圈(2)的定位精度为O.1 μ m O. 5 μ m，所述阻尼器(3)的数量为3个，3个所述阻尼器(3)沿周向均匀分布在所述载流线圈(2)底部，所述阻尼器(3)外壁与所述阻尼盒(4)内壁的间隙< 1mm。
4.根据权利要求2所述的一种具有定位功能的能量天平，其特征在于 所述载流线圈(2)的定位精度为O. 5 μ m I μ m，所述阻尼器(3)的数量为2个，2个所述阻尼器(3)对称分布在所述载流线圈(2)底部，所述阻尼器(3)外壁与所述阻尼盒(4)内壁的间隙< 2mm。
5.根据权利要求1 4所述的一种具有定位功能的能量天平，其特征在于所述阻尼器(3)的形状为圆杯状或叶片状。
6.根据权利要求1所述的一种具有定位功能的能量天平，其特征在于 所述连接杆(8)的膨胀系数小于5 X 10_5，其材质为非金属材料。
7.根据权利要求6所述的一种具有定位功能的能量天平，其特征在于 所述连接杆(8)的材料为陶瓷或石英。
全文摘要
本发明为一种能量天平悬挂系统的空气阻尼式定位装置，其包括至少两个阻尼元件；一组阻尼元件均匀分布在能量天平(1)的载流线圈(2)底部；单个阻尼元件包括阻尼器(3)和阻尼盒(4)；阻尼器(3)活动设置在阻尼盒(4)中，且阻尼器(3)顶部通过连接杆(8)与载流线圈(2)底部硬连接；本发明实现了对100g～1000g砝码的质量测量，能有效减小能量天平工作时产生的单摆、锥摆以及绕中心轴旋转运动造成的误差，实现能量天平的准静态测量。
文档编号G01G21/00GK103063286SQ20121056331
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者鲁云峰, 贺青, 张钟华, 李正坤, 赵建亭, 韩冰, 胡鹏程, 杨宏兴 申请人:中国计量科学研究院