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拉力传感器标定与测试技术

文字:[大][中][小] 2019-12-24    浏览次数:6358    



随着工业技术的发展,力学传感器得到了广泛的应用。由于日益增加的传感器数量和计量测试的需要,力标准机作为力传感器的标准检定测试设备,在传感器技术的发展中起着重要的作用。叠加式力标准机因其结构简单灵活、加载力值范围大、精度高,近20年来得到迅速发展。各国都已把叠加式力标准机做为产生基准力值的手段。 


在目前大型光学镜面的制造中,能动磨盘技术的出现提高了大镜面加工的效率并且保证了加工精度。拉力传感器作为控制系统的反馈环节,其性能和精度对磨盘面型的控制结果有着关键的影响。磨盘上使用的拉力传感器测力范围都在1000N以下,但目前的叠加式力标准机测力范围过大,且在小力值加载的情况下精度不高。所以必须研制适合该类传感器标定的高精度力标准机。


传统叠加式力标准机以精度等级更高的标准传感器测力读数作为基准,采用双丝杠、动横梁升降的方式实现超低速位移,直接将力加载到被测件上,结构复杂,控制难度高。本文基于实际的测力范围,研制了一种单丝杠、定横梁、自动化新型力标准机。


其原理是利用拉伸弹簧的特性,放大拉力的行程。与传统力标准机相比,该系统简化了结构,降低了控制的难度,提高了小力值范围内的力值加载精度。 本文完成了力标准机机械结构、数据采集、通信、控制电子系统的设计,讨论了机械结构和电子系统中影响加载精度的因素,并提出了解决方法。

        

电子系统以C8051F020高速单片机为处理器,采用高精度的16位AD转换器AD7654和USB2.0控制器CY768013A,进行数据采集和通信。处理器利用PID算法来实现对拉力的精确控制,在此基础上完成了单片机程序的设计。数据通信部分,通过Cypress公司提供的固件程序框架和windows API函数,详细分析了整个USB通信固件框架和重要子函数的功能,根据USB的通信协议完成了USB设备固件程序的设计,并利用Visual studio 2010的MFC库完成了上位机界面软件的开发。


在力标准机设计完成的基础上,用更高精度的砝码对标准传感器进行了测试和标定,分析了各种影响加载精度的因素,对整个力标准机的力值加载不确定度评定方法进行了研究,并得出了评定结果。最后用力标准机对被测传感器进行了负荷实验,得出了被测传感器的性能参数,并根据误差传递规律,对其输出结果进行了不确定度评定。

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