阅读说明：本技术 一种动态扭矩校准装置及校准方法 (Dynamic torque calibration device and calibration method ) 是由 杜永斌 袁峰 李凯 杨水旺 张庆柏 宋辉 史慧 姜宗泽 张颖惠 袁泉 于 2020-11-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种动态扭矩校准装置及校准方法,属于计量技术领域。一种动态扭矩校准装置,动态扭矩校准装置包括底座,动态扭矩校准装置还包括：激励部分和负载部分,激励部分包括激励电机和待测扭矩传感器,负载部分包括光栅编码器、机械轴承支撑负载轴和标准质量模块,其中,激励电机、待测扭矩传感器和机械轴承支撑负载轴均固定安装在底座上,激励电机的转子部分、待测扭矩传感器的转子部分、光栅编码器、机械轴承支撑负载轴的转子部分和标准质量模块依次通过高强度螺丝固定锁紧形成旋转轴系。本发明通过调整标准质量盘可以实现扭矩传感器的多量程动态校准,校准量程最小为5Nm,最大可达200Nm；校准频率范围为0～25Hz。(The invention discloses a dynamic torque calibration device and a dynamic torque calibration method, and belongs to the technical field of metering. A dynamic torque calibration device, the dynamic torque calibration device comprising a base, the dynamic torque calibration device further comprising: the excitation part comprises an excitation motor and a torque sensor to be detected, the load part comprises a grating encoder, a mechanical bearing supporting load shaft and a standard quality module, wherein the excitation motor, the torque sensor to be detected and the mechanical bearing supporting load shaft are fixedly mounted on the base, and a rotor part of the excitation motor, a rotor part of the torque sensor to be detected, the grating encoder, a rotor part of the mechanical bearing supporting load shaft and the standard quality module are sequentially fixed and locked through high-strength screws to form a rotating shaft system. The multi-range dynamic calibration of the torque sensor can be realized by adjusting the standard quality disc, the minimum calibration range is 5Nm, and the maximum calibration range can reach 200 Nm; the calibration frequency range is 0-25 Hz.)

一种动态扭矩校准装置及校准方法

技术领域

本发明涉及一种动态扭矩校准装置及校准方法，属于计量技术领域。

背景技术

现今的扭矩校准现状多为静态校准，存在没有统一的动态校准规范、准确度不高等问题，无法满足各工业领域的扭矩计量需求。

除此之外，许多测试系统实际工作状态多为动态加载形式，包括典型的正弦、梯形、锯齿等方式加载，这就需要明确扭矩传感器的动态特性，保证其工作的可靠性。

针对上述问题，开展动态扭矩量值溯源技术研究非常必要，通过研究动态扭矩量值溯源方法，研制出一套大扭矩高精度动态扭矩校准装置，实现扭矩传感器的精确动态校准，提高装备保障能力，增强我国在该领域方面的技术基础支撑与工作保障能力。

发明内容

本发明的目的是提出一种动态扭矩校准装置及校准方法，以解决现有技术多维静态校准，且准确度不高的问题。

一种动态扭矩校准装置，所述动态扭矩校准装置包括底座，所述动态扭矩校准装置还包括：激励部分和负载部分，所述激励部分包括激励电机和待测扭矩传感器，所述负载部分包括光栅编码器、机械轴承支撑负载轴和标准质量模块，其中，所述激励电机、待测扭矩传感器和机械轴承支撑负载轴均固定安装在所述底座上，所述激励电机的转子部分、待测扭矩传感器的转子部分、光栅编码器、机械轴承支撑负载轴的转子部分和标准质量模块依次通过高强度螺丝固定锁紧形成旋转轴系。

进一步的，所述待测扭矩传感器的转子和定子通过无线通信的方式连接。

进一步的，所述动态扭矩校准装置还包括控制模块和驱动器，所述控制模块通过控制驱动器为所述激励电机加电。

一种动态扭矩校准方法，基于上述的一种动态扭矩校准装置，所述校准方法包括以下步骤：

步骤一、先将所述动态扭矩校准装置组装好，暂不安装所述标准质量模块；

步骤二、为所述激励电机的定子加电，所述激励电机的转子按照设定的正弦摆动方式驱动无标准质量模块的旋转轴系做正弦摆动；

步骤三、通过扭摆法测得无标准质量模块的旋转轴系的负载部分的转动惯量I₀；

步骤四、将转动惯量已知的标准质量模块安装在所述机械轴承支撑负载轴的转子部分的端部，其中，所述标准质量模块的转动惯量为I₁；

步骤五、使所述旋转轴系旋转做正弦摆动，通过所述光栅编码器同步测量所述旋转轴系运动的角度，获得角度数据，计算获得旋转轴系的负载部分的角加速度

步骤六、按照以下公式计算动态扭矩值：

本发明的主要优点是：本发明提出的一种动态扭矩校准装置及校准方法，针对现有动态扭矩校准技术的不足，将动态扭矩量分解溯源到转动惯量和角加速度，通过转动惯量和角加速度又可溯源到国际基本单位，参照图3所示，校准量程最小为5Nm，最大可达200Nm；校准频率范围为0～25Hz。本发明通过调整标准质量盘可以实现扭矩传感器的多量程动态校准。

附图说明

图1为本发明的一种动态扭矩校准装置的原理框图；

图2为本发明的一种动态扭矩校准装置的正视图；

图3为动态扭矩溯源图。

其中，1为激励电机，2为待测扭矩传感器，3为光栅编码器，4为机械轴承支撑负载轴，5为标准质量模块，6为底座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图2所示，一种动态扭矩校准装置，所述动态扭矩校准装置包括底座6，所述动态扭矩校准装置还包括：激励部分和负载部分，所述激励部分包括激励电机1和待测扭矩传感器2，所述负载部分包括光栅编码器3、机械轴承支撑负载轴4和标准质量模块5，其中，所述激励电机1、待测扭矩传感器2和机械轴承支撑负载轴4均固定安装在所述底座6上，所述激励电机1的转子部分、待测扭矩传感器2的转子部分、光栅编码器3、机械轴承支撑负载轴4的转子部分和标准质量模块5依次通过高强度螺丝固定锁紧形成旋转轴系，标准质量模块5是可以更换的。

进一步的，所述待测扭矩传感器2的转子和定子通过无线通信的方式连接。

进一步的，所述动态扭矩校准装置还包括控制模块和驱动器，所述控制模块通过控制驱动器为所述激励电机1加电。

参照图1所示，一种动态扭矩校准方法，基于上述的一种动态扭矩校准装置，所述校准方法包括以下步骤：

步骤一、先将所述动态扭矩校准装置组装好，暂不安装所述标准质量模块5；

步骤二、为所述激励电机1的定子加电，所述激励电机1的转子按照设定的正弦摆动方式驱动无标准质量模块5的旋转轴系做正弦摆动；

步骤三、通过扭摆法测得无标准质量模块5的旋转轴系的负载部分的转动惯量I₀；

步骤四、将转动惯量已知的标准质量模块5安装在所述机械轴承支撑负载轴4的转子部分的端部，其中，所述标准质量模块5的转动惯量为I₁；

步骤五、使所述旋转轴系旋转做正弦摆动，通过所述光栅编码器3同步测量所述旋转轴系运动的角度，获得角度数据，计算获得旋转轴系的负载部分的角加速度

步骤六、按照以下公式计算动态扭矩值：

本发明的动态校准范围如表1所示，

扭矩波形	幅值范围	频率范围
			正弦	5～200Nm	0～25Hz

表1

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。