一種離心‑氣壓複合校準裝置的製作方法

2023-12-09 19:45:46

本發明涉及一種慣性器件校準裝置，特別涉及一種為慣性器件構造穩態加速度和目標氣壓環境的校準裝置，屬於慣性器件計量校準技術領域。

背景技術：

目前，慣性技術的不斷發展對慣性計量校準技術提出更高要求。過去在單一標準輸入加速度情況下對慣性器件進行計量校準的工作不能滿足複雜應用環境下對慣性器件輸出量的量值溯源。而且，慣性器件量值特性在單一加速度或單一氣壓作用情況下與兩者複合作用情況下是不同的，即，不能夠通過單次的單一加速度或氣壓作用規律獲得準確的離心加速度和氣壓複合情況下的規律。因此，研製一種基於精密離心機和高精度氣壓箱的複合校準裝置是十分必要的。

在複合校準裝置研究方面，當前的研究主要停留在複合環境試驗設備研製和試驗方法的實現上。如低溫低氣壓試驗箱、溫度低氣壓振動(正弦)綜合試驗箱和溫度低氣壓振動(隨機)綜合試驗箱等都是有關複合環境試驗的裝置，關注的是可靠性試驗和功能性測試，而不能用於高精度慣性器件的計量校準領域，而且這些複合裝置都是在地面工作，不能直接用於高速旋轉輸出大加速度的精密離心機上。

本發明在精密離心機臂末端設置多孔法蘭安裝面，通過多孔法蘭盤固定連接高精度氣壓箱，被校準慣性器件放置於高精度氣壓箱內，在精密離心機旋轉時可以直接受到離心加速度和氣壓的同時激勵。

技術實現要素：

本發明的目的是向社會提供一種基於精密離心機和高精度氣壓箱複合的校準裝置，構造穩態大加速度和高精度氣壓的複合環境，從而能夠對慣性器件在複合參數作用下的量值特性進行計量校準與分析。

本發明的目的是這樣實現的：一種離心-氣壓複合的校準裝置，包括：精密離心機、多孔法蘭和高精度氣壓箱，高精度氣壓箱通過多孔法蘭牢固連接在精密離心機的機臂末端，高精度氣壓箱內設有箱體，箱體內安裝被校準慣性器件。精密離心機提供穩態的大加速度，高精度氣壓箱提供高精度的氣壓場，兩者同時作用於被校準慣性器件上，可以校準慣性器件在大加速度下的氣壓靈敏度，以此在實驗室內獲得與慣性器件真實使用環境接近的校準結果，從而提高慣性器件的使用精度。

發明的離心-氣壓複合的校準裝置的主要性能指標為：最大穩態加速度2000m/s2，加速度測量不確定度2×10-5，氣壓測量範圍1kPa～100kPa，氣壓偏差優於0.3Pa，氣壓穩定性5.76Pa，氣壓測量不確定度7.8Pa。

本發明具有以下有益效果：

可以為被校準慣性器件構造穩態加速度和高精度的氣壓場的複合環境，即被校準慣性器件在通過精密離心機獲得精確的加速度的同時，還能通過高精度氣壓箱獲得精確的氣壓場，從而能夠對慣性器件在加速度和氣壓場複合環境作用下的量值特性進行計量校準與分析；

滿足被校準慣性器件在標準的穩態加速度與高精度複合環境復現的要求，設備的總體布局緊湊，結構強度大，採用標準化零部件，可靈活安裝與拆卸，調試維護方便；

複合環境範圍大、精度高。

附圖說明

圖1為離心-氣壓複合的校準裝置的整體結構示意圖；

圖2為多孔法蘭結構示意圖；

圖3為高精度氣壓箱底座結構示意圖。

圖中：1-精密離心機，2-多孔法蘭，3-高精度氣壓箱，11-機臂末端，12-多孔法蘭安裝面，13-配重，21-法蘭盤，22-法蘭安裝孔，23-法蘭氣管路孔，24-法蘭通孔，31-底座，32-箱體安裝面，33-箱體，34-氣壓控制部件，35-氣流管路，301-被校準器件安裝夾具，302-底座安裝孔，303-底座氣管路孔，304-底座通孔，305-氣流量控制單元，306-氣壓測控部件，307-真空泵，308-旋轉接頭，309-進氣管密封結構。

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本發明做進一步說明：

如圖1所示的離心-氣壓複合的校準裝置的整體結構示意圖，包括精密離心機1、多孔法蘭2和高精度氣壓箱3，高精度氣壓箱3通過多孔法蘭2連接在精密離心機1的機臂末端11，高精度氣壓箱3設置有箱體33，被校準慣性器件安裝於箱體33內。精密離心機1為被校準慣性器件提供大範圍的高精度加速度，高精度氣壓箱3為被校準慣性器件提供高精度氣壓，從而實現對被校準慣性器件的大加速度和高精度氣壓的共同激勵。

精密離心機1還在機臂末端11設有的多孔法蘭安裝面12，在與機臂末端11水平徑向對稱的的另一端設有配重13。其中，多孔法蘭安裝面12用於安裝所述多孔法蘭2，配重13用於平衡精密離心機1的兩端，其重量可以根據需要進行調整。

高精度氣壓箱3包括底座31、箱體安裝面32、箱體33。其中，底座31用於連接多孔法蘭2。所述箱體安裝面32將箱體33安裝於底座31上。被校準慣性器件置於箱體33內，可以同時受到高精度加速度和氣壓的共同作用，通過調節加速度和氣壓值，完成慣性器件全量程範圍的氣壓特性等參數的校準。

所述箱體33內還設置有被校準慣性器件安裝夾具301，作用是固定被校準慣性器件。

高精度氣壓箱3還包括氣壓控制部件34和氣流管路35。氣壓控制部件34的作用是向箱體33提供目標氣壓，使氣壓箱內的氣壓達到控制要求。氣流管路35是連接氣壓控制部件34和箱體33之間的通道。氣壓控制部件34通過氣流管路35向箱體33提供目標氣壓，包括氣流量控制單元305、氣壓測控部件306、真空泵307、旋轉接頭308和進氣管密封機構309。其中，氣流量控制單元305可以選用高精度的氣流量控制儀；氣壓測控部件306可以選用單獨的高精密氣壓計或者選用有氣壓控制開關的高精密氣壓計；旋轉接頭308保證了在精密離心機1在旋轉或靜止時，真空泵307和與真空泵307連接的氣流管路35都能正常工作，不受影響。所述連接真空泵307通過氣流管路35依次接通旋轉接頭308，氣流量控制單元305和氣壓測控部件306各自的一對進出口，以及箱體33後，再依次經過氣壓測控部件306和流量控制單元305各自的另一對進出口，連接進氣管密封機構309，形成一條氣壓通路。各部件的功能為：氣壓測控部件306通過氣流管路35連接到箱體33，可以測量箱體33內的氣壓值；真空泵307通過連接箱體33的氣流管路35來減小箱體33內的氣壓；或者，氣壓控制部件34還可以通過控制進氣管密封機構309的閉合動作進行相應進氣來增加箱體33內的氣壓。真空泵307所抽氣體或者進氣管密封機構309所進氣體的氣流量由氣流量控制單元305實現。

圖2為多孔法蘭結構示意圖。多孔法蘭2由法蘭盤21、法蘭安裝孔22、法蘭氣管路孔23和法蘭通孔24組成。其中，法蘭氣管路孔24內鋪設所述氣流管路35，從而使精密離心機在旋轉時，氣流管路35能與高精度氣壓箱3的箱體33相通。法蘭安裝孔22和法蘭通孔24是為安裝的方便和牢靠而設置。

圖3為高精度氣壓箱底座結構示意圖。底座31上設有與法蘭安裝孔22在數量和尺寸上相一致對應的底座安裝孔302，由此法蘭安裝孔22和底座安裝孔302，高精度氣壓箱3的箱體33通過箱體安裝面32固定連接底座31和法蘭盤21，從而使得精密離心機1通過多孔法蘭2固定連接精密溫控裝置3。底座21上還設有與法蘭氣管路孔23和法蘭通孔24分別一致對應的底座氣管路孔303和底座通孔304。

以上離心-氣壓複合的校準裝置的主要性能指標如下：複合情況下，最大穩態加速度2000m/s2，加速度測量不確定度2×10-5，氣壓測量範圍1kPa～100kPa，氣壓偏差優於0.3Pa，氣壓穩定性5.76Pa，氣壓測量不確定度7.8Pa。