一種能量天平懸掛組件的空氣阻尼定位系統的製作方法
2023-04-27 05:02:51
專利名稱：一種能量天平懸掛組件的空氣阻尼定位系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及精密定位及測量領域內的能量天平的定位系統，具體而言，本發明涉及能量天平懸掛組件的空氣阻尼式定位系統。
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是「功率天平方案」，其主要在英、加拿大、美、瑞士、法等國家以及國際計量局(BIPM)等單位進行。此種方案的主要思路是先用目前由實物基準(千克原器)來反覆實現和保存的千克單位量值和已建成的電學量子基準儘可能準確地測量得到普朗克常數h。當各個國家實驗室測量得到的數值在誤差範圍內相互吻合時，再由國際計量大會做出決議，把普朗克常數h定義為無誤差常數。這樣就可以反過來用普朗克常數h導出千克單位的量值，也就是我們希望得到的質量量子基準。「功率天平」(國外一般稱為「Watt balance」)方案最早是由英國國家物理實驗室(National Physical Laboratory, NPL)的 B. P. Kibble 博士提出，基本思路是把通以電流的載流線圈掛在天平上，同時將該載流線圈置於磁場中。由於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，可通過電磁量導出砝碼質量的量值，即通過天平把電功率與機械功率聯繫起來，並經過一系列的變換導出質量基準。但是，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。同靜態測量相比，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」的新方案。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，這兩個過程都在天平靜態下進行測量，天平懸掛組合，也稱為懸掛組件，通常包括天平邊刀、十字鉸鏈、與鉸鏈固定的環形可動線圈及十字鉸鏈下方連有的支架，該懸掛組件只在豎直方向(z方向)受限制，其他自由度不受限制，在工作過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天平懸掛組合不同z向位置的互感，互感對位置的變化非常敏感，因此對懸掛組件進行快速、有效、精密定位是提高實驗準確度的關鍵。
發明內容
為了克服現有的能量天平的懸掛組件在工作時易發生單擺、錐擺及繞中心軸旋轉運動，難以保持靜態，從而影響了靜態測量的準確性的問題，本發明提供了一種能量天平懸掛組件的空氣阻尼定位系統，其採用氣隙可調式空氣阻尼定位系統，該系統包括十字葉片及至少兩組可調直角葉片組，通過將十字葉片固定在能量天平十字鉸鏈下方支架中央，與固定在底座上的可調直角葉片構成氣隙可調式空氣阻尼系統，實現對能量天平懸掛組件的被動定位控制，減少由能量天平的單擺、錐擺及繞中心軸旋轉運動造成的誤差，適用於需要精密定位天平懸掛位置以及進行天平質量比較等技術領域。本發明所提供的一種能量天平懸掛組件的空氣阻尼定位系統，其與能量天平懸掛組件相連接，所述空氣阻尼定位系統包括底座1，所述定位系統的特徵在於所述定位系統包括與所述懸掛組件固定連接的十字葉片3，以及可調直角葉片組，所述可調直角葉片組通過葉片組固定部件與底座I相連，所述可調直角葉片組包括至少一對可調直角葉片2，所述一對可調直角葉片2設置在所述十字葉片3的任一個直角面內，且該對可調直角葉片2分別與該直角面互相平行。所述可調直角葉片組包括兩對可調直角葉片2與可調直角葉片2』，所述兩對可調直角葉片2與可調直角葉片2』平行設置在所述十字葉片3的相對的兩個直角面內，即沿十字葉片3對角線方向設置，所述兩對可調直角葉片2與可調直角葉片2』通過葉片組固定部件與所述底座I固定；所述十字葉片3相交中心軸線頂端與懸掛組件的十字鉸鏈下方的支架中央固定連接並與該十字鉸鏈同軸線。所述葉片組固定部件包括二維移動臺4、二維移動臺4』與連接梁4」，所述二維移動臺4與二維移動臺4』都包括二維移動臺面，所述連接梁4」的兩端分別固定在各二維移動檯面上表面；所述可調直角葉片2與所述可調直角葉片2』通過所述連接梁4」與所述底座I相連接，即可調直角葉片2與可調直角葉片2』下端面與所述連接梁4」的上表面固定連接。所述二維移動臺4與二維移動臺4』與底座I固定，所採用的二維移動臺是本領域內常用的具有移動功能的二維臺，該二維移動臺4與二維移動臺4』內設置導軌使其臺面沿平行於底座I面上的x，y方向移動，固定在二維移動臺4與二維移動臺4』檯面上的所述連接梁4」與所述可調直角葉片2與可調直角葉片2』隨著所述二維移動臺4與二維移動臺4』的臺面移動。所述十字葉片3由四片葉片組成，各對可調直角葉片2與可調直角葉片2』中單片葉片的面積大於所述十字葉片3單片葉片的面積。各對可調直角葉片2與可調直角葉片2』與所述同其平行的十字葉片3直角面之間的間隙範圍是I 5mm。所述十字葉片3的材質為膨脹係數小於5 X 10_5的非金屬材料，所述可調直角葉片2與可調直角葉片2』的材質為非金屬材料。能量天平稱量破碼的質量範圍為IOOg 1000g。具體而言，本發明的工作原理如下能量天平的懸掛組件在工作時易發生單擺、錐擺及繞中心軸旋轉運動，難以保持靜態，從而影響了靜態測量的準確性的問題，為了實現天平懸掛組件快速定位，同時不改變懸掛組件的原始位置，本發明採用固定在懸掛組件上的一個十字葉片及固定在底座上的至少兩組可調直角葉片實現能量天平懸掛組件的被動定位控制，當天平懸掛組件發生上述運動時，可調直角葉片與十字葉片間的空氣阻尼力反作用於與懸掛組件固定的十字葉片上，從而抑制天平懸掛組件運動，使其趨於靜態。通過調節直角葉片與十字葉片的間隙，實現空氣阻尼力的大小調節，可快速、有效控制天平懸掛組件在工作時產生的單擺、錐擺以及繞中心軸旋轉運動。
綜上所述，本發明所提供的一種能量天平懸掛組件的空氣阻尼定位系統，其採用氣隙可調式空氣阻尼定位系統，能使能量天平基本保持靜態，減少測量誤差，可用於需要精密定位天平懸掛位置以及進行天平質量比較等技術領域。
圖1是本發明的能量天平懸掛組件的氣隙可調式空氣阻尼定位系統的實施例1的示意圖。附圖標記說明1-底座；2、2』 -可調直角葉片；3-十字葉片；4，4』 - 二維移動臺；4」_連接梁。
具體實施例方式下面結合實施例，進一步說明本發明。如圖1所示，本發明所提供的一種能量天平懸掛組件的氣隙可調式空氣阻尼定位系統包括天平懸掛組件，與懸掛組件固定的十字葉片3，以及與底座I固定的可調直角葉片組三部分。實施例1一種能量天平懸掛組件的氣隙可調式空氣阻尼定位系統，其與能量天平懸掛組件相連接，所述空氣阻尼定位系統包括底座1，所述定位系統的特徵在於所述定位系統包括與所述懸掛組件固定連接的十字葉片3，以及可調直角葉片組，所述可調直角葉片組通過葉片組固定部件與底座I相連，所述可調直角葉片組包括至少一對可調直角葉片2，所述一對可調直角葉片2設置在所述十字葉片3的任一個直角面內，且該對可調直角葉片2分別與該直角面互相平行。所述可調直角葉片組包括兩對可調直角葉片2與可調直角葉片2』，所述兩對可調直角葉片2與可調直角葉片2』平行設置在所述十字葉片3的相對的兩個直角面內，所述兩對可調直角葉片2與可調直角葉片2』通過葉片組固定部件與所述底座I固定；所述十字葉片3相交中心軸線頂端與懸掛組件的十字鉸鏈下方的支架中央固定連接並與該十字鉸鏈同軸線。所述葉片組固定部件包括二維移動臺4、二維移動臺4』與連接梁4」，所述二維移動臺4與二維移動臺4』都包括二維移動臺面，所述連接梁4」的兩端分別固定在各二維移動檯面上表面；所述可調直角葉片2與所述可調直角葉片2』通過所述連接梁4」與所述底座I相連接，即可調直角葉片2與可調直角葉片2』下端面與所述連接梁4」的上表面固定連接。所述二維移動臺4與二維移動臺4』與底座I固定，該二維移動臺4與二維移動臺4』內設置導軌使其臺面沿平行於底座I面上的x，y方向移動，固定在二維移動臺4與二維移動臺4』檯面上的所述連接梁4」與所述可調直角葉片2與可調直角葉片2』隨著所述二維移動臺4與二維移動臺4』的臺面移動。所述十字葉片3由四片葉片組成，各對可調直角葉片2與可調直角葉片2』中單片葉片的面積大於所述十字葉片3單片葉片的面積。各對可調直角葉片2與可調直角葉片2』與所述同其平行的十字葉片3直角面之間的間隙範圍是I 5mm。所述十字葉片3的材質為膨脹係數小於5 X 10_5的非金屬材料，所述可調直角葉片2與可調直角葉片2』的材質為非金屬材料。當天平工作時，天平懸掛組件本身的單擺、錐擺及繞中心軸旋轉運動使得可調直角葉片2與十字葉片3之間產生的空氣阻尼力反作用於與天平懸掛組件固定的十字葉片3上，從而快速、有效抑制天平懸掛組件運動，尤其是單擺、錐擺及繞中心軸旋轉運動，使其趨於靜態。
權利要求
1.一種能量天平懸掛組件的空氣阻尼定位系統，其與能量天平懸掛組件相連接，所述空氣阻尼定位系統包括底座(I)，所述定位系統的特徵在於 所述定位系統包括與所述懸掛組件固定連接的十字葉片(3)，以及可調直角葉片組，所述可調直角葉片組通過葉片組固定部件與底座(I)相連，所述可調直角葉片組包括至少ー對可調直角葉片(2)，所述ー對可調直角葉片(2)設置在所述十字葉片(3)的任ー個直角面內，且該對可調直角葉片(2)分別與該直角面互相平行。
2.根據權利要求1所述的ー種能量天平懸掛組件的空氣阻尼定位系統，其特徵在於 所述可調直角葉片組包括兩對可調直角葉片(2，2』)，所述兩對可調直角葉片(2，2』 )平行設置在所述十字葉片(3)的相対的兩個直角面內，所述每對可調直角葉片(2，2』)通過葉片組固定部件與所述底座(I)固定； 所述十字葉片(3)相交中心軸線頂端與懸掛組件的十字鉸鏈下方的支架中央固定連接並與該十字鉸鏈同軸線。
3.根據權利要求1或2所述的ー種能量天平懸掛組件的空氣阻尼定位系統，其特徵在於 所述葉片組固定部件包括ニ維移動臺(4，4』)與連接梁(4」)，所述ニ維移動臺(4，4』)包括ニ維移動臺面，所述連接梁(4」)的兩端分別固定在各ニ維移動檯面上表面；所述各對可調直角葉片(2，2』)通過所述連接梁(4」)與所述底座(I)相連接，即各對可調直角葉片(2，2』 )下端面與所述連接梁(4」)的上表面固定連接。
4.根據權利要求3所述的ー種能量天平懸掛組件的空氣阻尼定位系統，其特徵在於 所述ニ維移動臺(4，4』)與底座(I)固定，該ニ維移動臺(4，4』)內設置導軌使其臺面沿平行於底座(I)面上的X，y方向移動，固定在ニ維移動臺(4，4』 )檯面上的所述連接梁(4」)與各對可調直角葉片(2，2』 )隨著所述ニ維移動臺(4，4』 )臺面移動。
5.根據權利要求1或2所述的ー種能量天平懸掛組件的空氣阻尼定位系統，其特徵在於 所述十字葉片(3)由四片葉片組成，每對可調直角葉片(2，2』)中單片葉片的面積大於所述十字葉片(3)單片葉片的面積。
6.根據權利要求1或2所述的ー種能量天平懸掛組件的空氣阻尼定位系統，其特徵在於 每對可調直角葉片(2，2』 )與所述同其平行的十字葉片(3)直角面之間的間隙範圍是I 5mm。
7.根據權利要求1或2所述的ー種能量天平懸掛組件的空氣阻尼定位系統，其特徵在於 所述十字葉片(3)的材質為膨脹係數小於5X10—5的非金屬材料，所述可調直角葉片(2，2』 )的材質為非金屬材料。
8.根據權利要求1所述的ー種能量天平懸掛組件的空氣阻尼定位系統，其特徵在於 能量天平稱量破碼的質量範圍為IOOg 1000g。
全文摘要
本發明公開了一種能量天平懸掛組件的空氣阻尼定位系統，其與能量天平懸掛組件相連接，所述空氣阻尼定位系統包括底座(1)，與所述懸掛組件固定連接的十字葉片(3)，以及可調直角葉片組，所述可調直角葉片組通過葉片組固定部件與底座(1)相連，所述可調直角葉片組包括至少一對可調直角葉片(2)，所述一對可調直角葉片(2)設置在所述十字葉片(3)的任一個直角面內，且該對可調直角葉片(2)分別與該直角面互相平行。本發明的定位系統能使能量天平基本保持靜態，減少測量誤差。
文檔編號G01G23/02GK103033251SQ201210563880
公開日2013年4月10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