一种标准测力仪在温度梯度下的补偿方法与流程

本发明涉及标准测力仪制造，具体地说，涉及一种标准测力仪在温度梯度下的补偿方法。

背景技术：

1、叠加式力标准机是基于牛顿第三定律研制的一种计量标准设备。不同于静重式力标准机和杠杆式力标准机，叠加式力标准机由于其参考标准是具有一定准确度的标准测力仪，因而具备较小的体积和重量，使其可以应用于生产与试验现场。其工作原理是采用一个比被计量设备准确度高的标准测力仪作为参考标准，与被计量设备通过一系列机架与夹具实现串联，以液压或机械方式加载负荷。计量人员通过比对标准测力仪与被计量设备输出示值的一致性来评价被计量设备的准确度。

2、正因为叠加式力标准机的参照标准是标准测力仪，这种电子设备的示值准确度受温度的影响较大，并不如静重式力标准机使用的砝码、杠杆式力标准机使用的杠杆示值稳定，因此行业内基于温度影响目前依然倾向于将叠加式力标准机放置在实验室环境下使用，这种做法在一定程度上影响了叠加式力标准机的应用场景扩展。影响力标准机准确测量的因素很多，目前行业正在就其中影响量较大的一些因素开展研究，如天津市计量监督检测科学研究院的专利《一种静重式力标准机及其力值修正方法》中，提到了对空气浮力、湿度、温度等因素的补偿修正方法。

3、在一系列可能限制叠加式力标准机使用场景的影响因素中，温度是影响程度较为明显的一个。这是因为标准测力仪对力值的测量是基于贴附在弹性体上的应变电阻丝的形变完成的：标准测力仪中心有一个受到负荷后会产生标准形变的弹性体，其应变大小与所受负荷的大小几乎严格对应，因此可以通过测量弹性体的应变值得到施加在其上的负荷值。为了测量其微小的应变，通常在弹性体上贴有一个或几个极细的箔式电阻丝，每个电阻丝都与未贴附的其他三个电阻组成一种叫惠斯通电桥的电路，用来测量微电阻变化。而测量出的数据通过ad芯片采集，ad芯片采集数据量的大小与芯片位数、输入电压值以及基准参考电压值有关。

4、但在实际测量工作中，箔式电阻丝对温度的变化十分敏感，ad芯片的输入电压与参考电压的测量也会受现场环境的影响，温度偏离标准环境会使电压值和电阻值的测量失准，为此国家计量规程要求叠加机应在(20±5)℃的环境中使用。但对于生产现场使用的称重传感器、力传感器、测力仪，在很多情况下需要在生产现场在位计量校准，而生产现场的温度经常超过标准温度要求，由此带来了系统计量误差。

技术实现思路

1、针对上述生产现场的温度经常超过标准温度要求，带来了系统计量误差的问题，本发明提出了一种标准测力仪在温度梯度下的补偿方法，在测量前通过构建分压电压网络，保证输出电压比例的稳定，并通过标准测力仪的灵敏度随时间补偿的曲线，并计算出补偿系数进行补偿，实现了标准测力仪在特定温度条件下的准确补偿。通过实时监测环境温度和时间，根据变化结合修正曲线修正标准测力仪输出，从而达到修正其系统误差的目的，保证叠加式力标准机在有温度偏离的情况下仍输出准确、可靠的数据。

2、本发明具体实现内容如下：

3、一种标准测力仪在温度梯度下的补偿方法，标准测力仪包括弹性体、箔式电阻丝，该方法具体包括以下步骤：

4、步骤1：在所述标准测力仪的箔式电阻丝的可变桥臂上，构建电阻分压网络，调节可变桥臂的微电阻变化量；

5、步骤2：将所述温度试验箱设定至室温，利用具有温度试验箱的标准测力仪将所述标准测力仪加载至额定负荷，在设定时间间隔内采集所述标准测力仪的灵敏度的变化量，直至所述灵敏度的变化量不变，绘制所述灵敏度随时间变化的曲线a；

6、步骤3：将所述温度试验箱设定至设定温度，将所述标准测力仪加载至额定负荷，在设定时间间隔内采集所述标准测力仪的灵敏度的变化量，直至所述灵敏度的变化量不变，绘制所述灵敏度随时间变化的曲线b；

7、步骤4：根据所述曲线a和所述曲线b，计算在相同时间点的灵敏度变化率；

8、步骤5：将所述灵敏度变化率作为纵轴，将所述设定时间间隔为横轴，得到所述标准测力仪的灵敏度随时间补偿的曲线，计算所述灵敏度随时间补偿的曲线的补偿系数；

9、步骤6：根据所述补偿系数，计算补偿后的标准力值。

10、为了更好地实现本发明，进一步地，步骤1中构建的所述电阻分压网络包括正输入单元、分压单元、负输入单元；

11、所述正输入单元的输入端与电源的正极连接，输出端与所述分压单元的输入端连接；

12、所述负输入单元的输入端与电源的负极连接，输出端与所述分压单元的输入端连接；

13、所述正输入单元包括电阻r1；所述负输入包括电阻r2；所述分压单元包括n个所述分压单元，n为大于等于2的偶数；

14、n个所述分压单元均包括n个相互并联的电阻r0；

15、所述电阻r1、所述电阻r2、所述电阻r0的阻值、温度系数均相同。

16、为了更好地实现本发明，进一步地，步骤1中所述调节可变桥臂的微电阻变化量的具体操作为：根据构建的所述电阻分压网络和设置的所述分压单元的数量n，将输出电压分为n/2个档位，通过调节所述分压单元中电阻r0的数量，调节可变桥臂的微电阻变化量。

17、为了更好地实现本发明，进一步地，步骤4中计算在相同时间点的灵敏度变化率的具体操作为：

18、

19、其中，θbi为ti时刻在曲线b下的灵敏度，θai为ti时刻在曲线a下的灵敏度，ki为灵敏度变化率。

20、为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤6的具体操作为：获取所述标准测力仪从放置点移动至测量点的时间差△t，根据所述时间差△t和所述灵敏度随时间补偿的曲线，得到补偿系数，根据所述补偿系数计算补偿后的标准力值。

21、为了更好地实现本发明，进一步地，所述计算补偿后的标准力值的具体操作为：

22、f＝fi(1+k)

23、其中，f代表补偿后的标准力值；fi代表补偿时的标准测力仪的标准值；k代表补偿系数。

24、本发明具有以下有益效果：

25、(1)本发明为标准测力仪应用于温度偏离标准环境的生产现场提供了一种可靠的、与时间变化有关的、可重复验证的补偿方法，保证标准测力仪在有温度偏离的生产现场输出数据的准确、可靠。

26、(2)本发明通过构建电阻分压网络，实现了采集时的电压值和电阻值不受环境影响，排除了生产现场对测量激励端的干扰。

27、(3)本发明通过标准测力仪的灵敏度随时间补偿的曲线，并计算出补偿系数进行补偿，实现了标准测力仪在特定温度条件下的准确补偿。

技术特征：

1.一种标准测力仪在温度梯度下的补偿方法，所述标准测力仪包括温度试验箱、用于测量微电阻变化量的箔式电阻丝，其特征在于，所述补偿方法具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的标准测力仪在温度梯度下的补偿方法，其特征在于，步骤1中构建的所述电阻分压网络包括正输入单元、分压单元、负输入单元；

3.根据权利要求2所述的标准测力仪在温度梯度下的补偿方法，其特征在于，步骤1中所述调节可变桥臂的微电阻变化量的具体操作为：根据构建的所述电阻分压网络和设置的所述分压单元的数量n，将输出电压分为n/2个档位，通过调节所述分压单元中电阻r0的数量，调节所述可变桥臂的微电阻变化量。

4.根据权利要求1所述的标准测力仪在温度梯度下的补偿方法，其特征在于，步骤4中计算在相同时间点的灵敏度变化率的具体操作为：

5.根据权利要求1所述的标准测力仪在温度梯度下的补偿方法，其特征在于，所述步骤6的具体操作为：获取所述标准测力仪从放置点移动至测量点的时间差△t，根据所述时间差△t和所述灵敏度随时间补偿的曲线，得到补偿系数，根据所述补偿系数计算补偿后的标准力值。

6.根据权利要求5所述的标准测力仪在温度梯度下的补偿方法，其特征在于，所述计算补偿后的标准力值的具体操作为：

技术总结
本发明涉及标准测力仪制造技术领域，具体地说，涉及一种标准测力仪在温度梯度下的补偿方法。该方法在测量前通过构建分压电压网络，保证输出电压比例的稳定，并通过标准测力仪的灵敏度随时间补偿的曲线，并计算出补偿系数进行补偿，实现了标准测力仪在特定温度条件下的准确补偿。通过实时监测环境温度和时间，根据变化结合修正曲线修正标准测力仪输出，从而达到修正其系统误差的目的，保证叠加式力标准机在有温度偏离的情况下仍输出准确、可靠的数据。

技术研发人员：史东亮,辜亮波,程志远,刘乃昱,胡宁
受保护的技术使用者：成都飞机工业（集团）有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13