力学计量、热工计量PPT.ppt

1.力学计量 2.热工计量;;力学是计量学开展最早的领域之一。力学计量主要包括质量、力值、压力、振动、流量等计量测试。力学计量在国民经济中起着非常重要的作用。 力学计量的理论基础是牛顿力学。质量是一个基本的物理量,质量单位是国际单位制(SI)现有七个基本单位之一,其它的力学量单位均属导出单位。力学量计量经过几十年的发展,建立了比较完善的力学计量体系。;1.1 振动计量 振动计量：就是测量物体沿着直线或弧线经过某一中心位置来回运动的频率。计量单位是Hz。 频率的单位是赫兹，简称赫，以符号Hz表示。赫兹（H·Hertz）是德国著名的物理学家，1887年，是他通过实验证实了电磁波的存在。后人为了纪念他，把“赫兹”定为频率的单位。 振动是用位移、速度、加速度和频率等物理量来描述。振动测试在诸如振动试验、结构分析、机器状态监测和故障诊断等现代工程中,测试数据的准确与否直接取决于计量结果。;1.1.1 振动计量发展历史 （1）上世纪50年代初,世界各国得到的振动校准结果很不一致,误差往往大于10%。经过几年的努力,校准误差降低了一个数量级,这主要是由于发明了绝对互易校准技术而实现的，其最低校准不确定度可达0.5%。 （2）进入60年代以来,激光干涉技术逐渐成熟,振幅测量可从0.2μm至2m,几乎能把振动的幅值范围全部覆盖起来,而且准确度高。 （3）在70年代，激光干涉仪的振动基准装置就已研制出来,并获得广泛地应用。与此同时,互易校准由于其方法繁琐,频率范围窄,几乎无人使用了。 目前,世界各国振动基准都采用激光干涉法校准。 ;1.1.3 振动计量发展趋势 （1）集成化和自动化 利用软件实现零差或外差激光干涉仪的信号解调、正交信号的生成,反正切求解、相位展开、正弦拟合等数字解调和解算。利用虚拟仪器技术将图形化编程软件、数据采集通信及必要的仪器模块等硬件和计算机结合起来,能够制造集成化和自动化程度较高的新一代激光干涉法振动校准系统。 （2）10kHz～ 50kHz相位校准 将外差激光干涉仪与虚拟仪器技术相结合,应用于振动计量测试领域,利用高速数据采集卡采集多普勒信号,通过软件编程各类数学运算,可以在10kHz～ 50kHz范围内,实现振动传感器相位的精确校准。目前,这一领域已取得进展。 （3）采用新技术 激光干涉正弦逼近法振动校准,完全是基于现代计算机技术和数字信号处理技术的发展而产生的,在此基础上,已发明了外差式正弦逼近法和外差式时间内隔法,并都取得了很好的效果。;1.2 力值计量 力计量单位牛顿（N）的定义是：使质量为 1 kg的物体产生1 m/s2 加速度所需要的力。 在物理中，牛顿（Newton，符号为N）是力的公制单位。它是以创立经典力学的艾萨克·牛顿（Sir Isaac Newton）命名。牛顿是一个国际单位制导出单位，它是由kg·m/s2的国际单位制基本单位导出。 力值计量标准分为两大类，一类是产生标准力值的，用于检定、校准标准测力仪或力传感器的力标准装置，称之为力标准机。力标准机通常有四种类型：静重式、杠杆式、液压式和叠加式。另一类是用于检定、校准、比对传递力值的标准器，称之为标准测力仪。;1.2.1 力值计量发展历史 （1）作为力值的传递标准,在上世纪70年代以前,主要采用水银箱式和百分表式测力仪,准确度低。随着科学技术的快速发展,一大批力基标准装置相继建立。 （2）我国在20世纪70年代末建立起了1MN以下的力基准装置,随后又建立起了5MN,20MN和30MN力基、标准装置,并制定了相应的检定规程,完善了力值的量传体系。 目前,力标准装置的主要结构形式有静重式、杠杆式、液压式和叠加式。 ;（1）中小力值计量标准的现状 现有的静重式力标准机（包括杠杆式和液压式力标准机的砝码加载部分） 一般分为两种加载方式： 一种为不交换砝码的加载方式：通过一升降平台，将一组（或两组）重叠放置的砝码（一般以10 个等质量砝码为 10个力级一组） 一级一级地加到力标准机负荷机架的吊挂上。该方式能够实现一组砝码一个量程（或两组砝码两个量程），以 10 个力级等间隔、等速率的逐级加载。 另一种为交换砝码的加载方式：按单个1、2、2、5和数个10 的倍数关系配置一组砝码，采用交换砝码的方式，将其组合成为所需的满足多个量程加载的力级，按照施加递增力级“先卸后加”、递减力级“先加后卸”砝码交换的方法。;（2）大力值计量标准的现状 在我国，大于1 MN 的力标准机称之为大力值标准机，大力值标准机主要有液压式和叠加式两大类。;（1）液压式力标准机的研制技术关键： ①主油缸活塞间的静摩擦，大、小活塞传递比的测量和控制； ②较大压力下大、小活塞系统的静平衡（负荷波动）的自动控制； ③砝码交换产生逆负荷现象的自动控制。 （2）叠加式力标准机的研制技术关键： ①以液压