一種能量天平懸掛系統的空氣阻尼式定位裝置的製作方法

2023-06-20 16:38:46 2

專利名稱：一種能量天平懸掛系統的空氣阻尼式定位裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種精密測量裝置的定位裝置，具體涉及一種能量天平懸掛系統的空氣阻尼式定位裝置。
背景技術：
建立量子質量基準的工作在國際上已經探討了多年，目前獲得較大成效的方案「功率天平方案」。「功率天平方案」的基本思路是把通以電流的載流線圈掛在天平上，同時載流線圈置於磁場中。載流線圈上受到的洛倫茲力與天平平衡時砝碼上的重力相等，這樣就可由電磁量導出砝碼質量的量值。其核心是通過天平把電功率與機械功率聯繫起來，通過一系列的變換導出質量基準。近些年來，國外「功率天平」方案的進展趨緩，遇到的最主要困難來自其動態測量過程，即必須在線圈的移動過程中對速度和感應電動勢進行測量。與靜態測量相比，動態測量過程中包含了更多不可控因素，其測量準確度難以進一步提高。針對國外研究的現狀，我國提出了 「能量天平方案」。該方案的實驗系統主體為一架特製的精密天平，通過天平實現機械能量差與磁能量差的平衡。天平一端懸掛「可動線圈」，「可動線圈」所需磁場則由一組固定於地基上的「激勵線圈」所產生。這樣，作用在「可動線圈」上的力實際上就是「可動線圈」和「激勵線圈」組之間的作用力。實驗分兩個過程，即稱重過程和測量互感過程，這 兩個過程都需要在天平靜態下進行測量，由於天平只在豎直方向受限制，其他自由度不受限制，其在工作工程中會產生單擺或錐擺運動，以及圍繞中心軸旋轉運動，無法實現理想靜態測量，尤其是測量互感過程需要測量懸掛系統不同豎直方向位置的互感，互感對位置的變化非常敏感，因此對懸掛系統進行快速、有效、精密定位是提聞實驗準確度的關鍵。

發明內容
本發明為了解決現有技術中的能量天平無法實現靜態測量的問題，提供了一種能量天平懸掛系統的空氣阻尼式定位裝置。本發明採用的技術方案如下一種能量天平懸掛系統的空氣阻尼式定位裝置，所述定位裝置包括至少兩個阻尼元件；一組所述阻尼元件均勻分布在能量天平I的載流線圈2底部；單個所述阻尼元件包括阻尼器3和阻尼盒4 ;所述阻尼器3活動設置在所述阻尼盒4中，且所述阻尼器3頂部通過連接杆8與所述載流線圈2底部硬連接。所述阻尼器3和阻尼盒4構成空氣阻尼器；在具體實施中，本發明根據載流線圈2的定位精度決定阻尼元件的類型；所述載流線圈2的定位精度為O.1 μ m I μ m，即是指將載流線圈2由單擺或錐擺運動引起的垂直方向位移控制在O.1 μ m I μ m內。所述阻尼器3的數量為2或3個，所述阻尼器3外壁與所述阻尼盒4內壁的間隙< 2_。
具體地，當所述載流線圈2的定位精度為O.1 μ m O. 5 μ m時,採用第一種實施方式，即所述阻尼器3的數量為3個，3個所述阻尼器3沿周向均勻分布在所述載流線圈2底部，所述阻尼器3外壁與所述阻尼盒4內壁的間隙< 1mm。當所述載流線圈2的定位精度為O. 5 μ m I μ m時,採用第二種實施方式，即所述阻尼器3的數量為2個，2個所述阻尼器3對稱分布在所述載流線圈2底部，所述阻尼器3外壁與所述阻尼盒4內壁的間隙< 2_。在具體實施中，所述阻尼器3的形狀為圓杯狀或葉片狀。所述連接杆8的膨脹係數小於5X 10_5，其材質為非金屬材料，具體為陶瓷或石英。本發明所述的能量天平I包括載流線圈2、激勵線圈、天平變刀5、一對十字鉸鏈6、一對支架7、託盤以及砝碼；一對所述十字鉸鏈6分別設置在天平邊刀5兩端，一對所述支架7分別設置在一對所述十字鉸鏈6下端，所述載流線 圈2和託盤分別固定在一對所述支架7底端，所述砝碼設置在所述託盤中，所述激勵線圈與載流線圈2耦合連接。所述砝碼的質量為IOOg 1000g。本發明工作原理是能量天平I在工作時容易產生單擺、錐擺以及繞中心軸旋轉運動，為了實現能量天平I的快速定位，同時不改變其原始位置，本發明將至少2個阻尼元件固定設置在能量天平I的載流線圈2底部。其中，阻尼盒4固定不動，當能量天平發生上述運動時，阻尼器3隨著天平的懸掛系統相對阻尼盒4運動，即產生單擺或錐擺運動，從而阻尼器3和阻尼盒5之間產生阻礙懸掛擺動的阻尼力，該阻尼力反作用於能量天平運動方向，使能量天平趨於靜態。各阻尼器3對稱放置，相互平衡，單獨工作。本發明實現了 IOOg IOOOg的砝碼質量測量；與現有技術相比，本發明能夠快速、有效地穩定能量天平懸掛系統，減小能量天平工作時產生的單擺、錐擺以及繞中心軸旋轉運動造成的誤差，可適用於精密天平的定位以及進行天平質量比較等其他技術領域。


圖1為本發明實施例1的一種能量天平懸掛系統的空氣阻尼式定位裝置結構示意圖；圖2為本發明實施例2的一種能量天平懸掛系統的空氣阻尼式定位裝置結構示意圖；圖3為本發明實施例3的一種能量天平懸掛系統的空氣阻尼式定位裝置結構示意圖；圖4為本發明實施例4的一種能量天平懸掛系統的空氣阻尼式定位裝置結構示意圖；附圖編號說明1-能量天平；2-線圈；3-阻尼器；4-阻尼盒；5-天平邊刀；
6-十字鉸鏈；7-支架；8-連接杆；下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細地說明，本發明的保護範圍不局限於下述的具體實施方式
。
具體實施例方式本發明的一種能量天平懸掛系統的空氣阻尼式定位裝置，其包括至少兩個空氣阻尼器；一組空氣阻尼器均勻分布在能量天平I的載流線圈2底部；單個空氣阻尼器包括阻尼器3和阻尼盒4 ;阻尼器3活動設置在阻尼盒4中，且阻尼器3頂部通過連接杆8與載流線圈2底部硬連接。阻尼器3外壁與阻尼盒4內壁的間隙< 2mm。阻尼器3的形狀為圓杯狀或葉片狀。連接杆8的膨脹係數小於5X 10_5，其材質為陶瓷。實施例1 如圖1所不,載流線圈2的定位精度處於O. 5μηι Ιμπι時,空氣阻尼器包括2個阻尼器3和2個阻尼盒4 ；阻尼器3的形狀為圓杯狀，2個阻尼器3對稱分布在載流線圈2底部，阻尼器3外壁與所述阻尼盒4內壁的間隙< 2mm。實施例2如圖2所示，載流線圈2的定位精度處於O. 5 μ m I μ m時，空氣阻尼器包括2個阻尼器3和2個阻尼盒4 ；阻尼器3的形狀為葉片狀，2個阻尼器3對稱分布在載流線圈2底部，阻尼器3外壁與所述阻尼盒4內壁的間隙< 2mm。實施例3如圖3所示，載流線圈2的定位精度為O.1 μ m O. 5 μ m，空氣阻尼器包括3個阻尼器3和3個阻尼盒4 ；阻尼器3的形狀為圓杯狀；3個阻尼器3沿周向均勻分布在載流線圈2底部，阻尼器3外壁與所述阻尼盒4內壁的間隙< 1mm。實施例4如圖4所示，載流線圈2的定位精度為O.1 μ m O. 5 μ m，空氣阻尼器包括3個阻尼器3和3個阻尼盒4 ；阻尼器3的形狀為葉片狀；3個阻尼器3沿周向均勻分布在載流線圈2底部，阻尼器3外壁與所述阻尼盒4內壁的間隙< 1mm。上述技術方案只是本發明的一種實施方式，對於本領域內的技術人員而言，在本發明公開了應用方法和原理的基礎上，很容易做出各種類型的改進或變形，而不僅限於本發明上述具體實施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是優選地，而並不具有限制性的意義。
權利要求
1.一種能量天平懸掛系統的空氣阻尼式定位裝置，其特徵在於 所述定位裝置包括至少兩個阻尼元件；一組所述阻尼元件均勻分布在能量天平(I)的載流線圈(2)底部； 單個所述阻尼元件包括阻尼器(3)和阻尼盒(4);所述阻尼器(3)活動設置在所述阻尼盒(4 )中，且所述阻尼器(3 )頂部通過連接杆(8 )與所述載流線圈(2 )底部硬連接。
2.根據權利要求1所述的一種具有定位功能的能量天平，其特徵在於 所述阻尼器(3)和阻尼盒(4)構成空氣阻尼器； 所述載流線圈(2)的定位精度為O.1 μ m I μ m，所述阻尼器(3)的數量為2或3個，所述阻尼器(3)外壁與所述阻尼盒(4)內壁的間隙< 2mm。
3.根據權利要求2所述的一種具有定位功能的能量天平，其特徵在於 所述載流線圈(2)的定位精度為O.1 μ m O. 5 μ m，所述阻尼器(3)的數量為3個，3個所述阻尼器(3)沿周向均勻分布在所述載流線圈(2)底部，所述阻尼器(3)外壁與所述阻尼盒(4)內壁的間隙< 1mm。
4.根據權利要求2所述的一種具有定位功能的能量天平，其特徵在於 所述載流線圈(2)的定位精度為O. 5 μ m I μ m，所述阻尼器(3)的數量為2個，2個所述阻尼器(3)對稱分布在所述載流線圈(2)底部，所述阻尼器(3)外壁與所述阻尼盒(4)內壁的間隙< 2mm。
5.根據權利要求1 4所述的一種具有定位功能的能量天平，其特徵在於所述阻尼器(3)的形狀為圓杯狀或葉片狀。
6.根據權利要求1所述的一種具有定位功能的能量天平，其特徵在於 所述連接杆(8)的膨脹係數小於5 X 10_5，其材質為非金屬材料。
7.根據權利要求6所述的一種具有定位功能的能量天平，其特徵在於 所述連接杆(8)的材料為陶瓷或石英。
全文摘要
本發明為一種能量天平懸掛系統的空氣阻尼式定位裝置，其包括至少兩個阻尼元件；一組阻尼元件均勻分布在能量天平(1)的載流線圈(2)底部；單個阻尼元件包括阻尼器(3)和阻尼盒(4)；阻尼器(3)活動設置在阻尼盒(4)中，且阻尼器(3)頂部通過連接杆(8)與載流線圈(2)底部硬連接；本發明實現了對100g～1000g砝碼的質量測量，能有效減小能量天平工作時產生的單擺、錐擺以及繞中心軸旋轉運動造成的誤差，實現能量天平的準靜態測量。
文檔編號G01G21/00GK103063286SQ20121056331
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者魯雲峰, 賀青, 張鍾華, 李正坤, 趙建亭, 韓冰, 胡鵬程, 楊宏興 申請人:中國計量科學研究院