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上海安亭解析精密離心機(jī)的半徑動(dòng)態(tài)

導(dǎo)讀:精密離心機(jī)動(dòng)態(tài)半徑是影響其輸出加速度精確度的主要因素。為獲得精密離心機(jī)的動(dòng)態(tài)半徑變化規(guī)律及影響因素，基于外基準(zhǔn)法采用高精度電容測(cè)微儀測(cè)試不同轉(zhuǎn)速下的動(dòng)態(tài)半徑。

來源：未知發(fā)布日期：2019-12-04 11:58【大中小】

精密離心機(jī)主要用于標(biāo)定高精確度加速度計(jì)、高精確度陀螺儀等慣性器件，其輸出加速度精確度直接影響標(biāo)定精確度。目前，國內(nèi)外精密離心機(jī)輸出加速度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度可達(dá)10–6量級(jí)。影響精密離心機(jī)不確定度的因素較多，包括工作半徑、回轉(zhuǎn)誤差、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度等，工作半徑的精確測(cè)量及補(bǔ)償是研制高精確度精密離心機(jī)的難點(diǎn)。通常將工作半徑分為靜態(tài)半徑和動(dòng)態(tài)半徑，靜態(tài)半徑為固定量，動(dòng)態(tài)半徑則為與轉(zhuǎn)速有關(guān)的變化量。

當(dāng)精密離心機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，轉(zhuǎn)臂或轉(zhuǎn)盤將發(fā)生變形并導(dǎo)致工作半徑變化，理論分析與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明不同轉(zhuǎn)速下工作半徑變化可達(dá)10μm量級(jí)。以半徑約為1m的精密離心機(jī)為例，動(dòng)態(tài)半徑改變10μm將導(dǎo)致加速度相對(duì)變化10ppm，這對(duì)于10–6等級(jí)的精密離心機(jī)而言不可忽略。動(dòng)態(tài)半徑多采用外基準(zhǔn)測(cè)量法。為獲取轉(zhuǎn)盤式精密離心機(jī)動(dòng)態(tài)半徑變化規(guī)律，本文上海安亭科學(xué)儀器采用外基準(zhǔn)測(cè)量法，利用高精確度電容測(cè)微儀對(duì)不同轉(zhuǎn)速下的精密離心機(jī)動(dòng)態(tài)半徑開展測(cè)試，利用Matlab對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行整周期采樣，結(jié)合頻域分析法和線性擬合法獲取動(dòng)態(tài)半徑的變化規(guī)律，為精密離心機(jī)工作半徑修正及補(bǔ)償提供依據(jù)。

1測(cè)量原理
電容位移傳感器獲得的數(shù)據(jù)是前端探頭到轉(zhuǎn)盤外圓的距離。理想的情況是在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)，測(cè)量的數(shù)據(jù)是一個(gè)直流信號(hào)，轉(zhuǎn)速提高，轉(zhuǎn)盤脹大，直流信號(hào)的值變小。實(shí)際獲得的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)不是這樣，呈現(xiàn)出復(fù)雜的波形。初步分析可知，電容位移計(jì)得到的信號(hào)包含：轉(zhuǎn)盤脹大(動(dòng)態(tài)半徑)、外圓的形狀誤差＋表面粗糙度、轉(zhuǎn)盤徑向晃動(dòng)。溫度也會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)盤脹大，但是精密離心機(jī)的溫度得到很好的控制，忽略溫度影響。基于經(jīng)驗(yàn)，做出如下的假定：
(a)盤脹大(動(dòng)態(tài)半徑)，是直流分量，理論上，其大小隨著離心加速度線性增加；
(b)轉(zhuǎn)盤外圓的形狀誤差＋表面粗糙度，可以產(chǎn)生寬頻的信號(hào)；不隨離心機(jī)轉(zhuǎn)速而變；
(c)轉(zhuǎn)盤徑向晃動(dòng)、離心機(jī)軸回轉(zhuǎn)誤差，因轉(zhuǎn)盤自身的質(zhì)量較大，在沒有強(qiáng)的高頻作用力存在的情況下，應(yīng)該是低頻信號(hào)。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及以上假定，分析關(guān)轉(zhuǎn)速下的動(dòng)態(tài)半徑，以及動(dòng)態(tài)半徑隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。

2結(jié)論
對(duì)測(cè)量的精密離心機(jī)動(dòng)態(tài)半徑數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，獲得了動(dòng)態(tài)半徑隨加速度變化的規(guī)律，可用于精密離心機(jī)半徑修正。獲得了轉(zhuǎn)盤的形狀誤差。還對(duì)去除轉(zhuǎn)盤形狀誤差的其他誤差項(xiàng)進(jìn)行了初步分析。在210rpm以下，其他誤差呈現(xiàn)“W”形，幅度也比較小，在更高轉(zhuǎn)速下，其他誤差幅值不再呈現(xiàn)“W”形，提示有其他因素進(jìn)入，需進(jìn)一步研究。實(shí)測(cè)的動(dòng)態(tài)半徑數(shù)據(jù)成分復(fù)雜，本文上海安亭科學(xué)儀器廠基于經(jīng)驗(yàn)和對(duì)物理規(guī)律的認(rèn)識(shí)，采取了合適的分析方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得了動(dòng)態(tài)半徑、轉(zhuǎn)盤形狀誤差等。分析方法可供相關(guān)測(cè)量參考。

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