上海安亭解析精密離心機的半徑動態

導讀:精密離心機動態半徑是影響其輸出加速度精確度的主要因素。為獲得精密離心機的動態半徑變化規律及影響因素，基于外基準法采用高精度電容測微儀測試不同轉速下的動態半徑。

來源：未知發布日期：2019-12-04 11:58【大中小】

精密離心機主要用于標定高精確度加速度計、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定精確度。目前，國內外精密離心機輸出加速度相對標準不確定度可達10–6量級。影響精密離心機不確定度的因素較多，包括工作半徑、回轉誤差、轉速穩定度等，工作半徑的精確測量及補償是研制高精確度精密離心機的難點。通常將工作半徑分為靜態半徑和動態半徑，靜態半徑為固定量，動態半徑則為與轉速有關的變化量。

當精密離心機轉速變化時，轉臂或轉盤將發生變形并導致工作半徑變化，理論分析與實測數據表明不同轉速下工作半徑變化可達10μm量級。以半徑約為1m的精密離心機為例，動態半徑改變10μm將導致加速度相對變化10ppm，這對于10–6等級的精密離心機而言不可忽略。動態半徑多采用外基準測量法。為獲取轉盤式精密離心機動態半徑變化規律，本文上海安亭科學儀器采用外基準測量法，利用高精確度電容測微儀對不同轉速下的精密離心機動態半徑開展測試，利用Matlab對測試數據進行整周期采樣，結合頻域分析法和線性擬合法獲取動態半徑的變化規律，為精密離心機工作半徑修正及補償提供依據。

1測量原理
電容位移傳感器獲得的數據是前端探頭到轉盤外圓的距離。理想的情況是在轉速穩定時，測量的數據是一個直流信號，轉速提高，轉盤脹大，直流信號的值變小。實際獲得的數據遠不是這樣，呈現出復雜的波形。初步分析可知，電容位移計得到的信號包含：轉盤脹大(動態半徑)、外圓的形狀誤差＋表面粗糙度、轉盤徑向晃動。溫度也會導致轉盤脹大，但是精密離心機的溫度得到很好的控制，忽略溫度影響?；诮涷?，做出如下的假定：
(a)盤脹大(動態半徑)，是直流分量，理論上，其大小隨著離心加速度線性增加；
(b)轉盤外圓的形狀誤差＋表面粗糙度，可以產生寬頻的信號；不隨離心機轉速而變；
(c)轉盤徑向晃動、離心機軸回轉誤差，因轉盤自身的質量較大，在沒有強的高頻作用力存在的情況下，應該是低頻信號。根據實測數據及以上假定，分析關轉速下的動態半徑，以及動態半徑隨轉速的變化規律。

2結論
對測量的精密離心機動態半徑數據進行了分析，獲得了動態半徑隨加速度變化的規律，可用于精密離心機半徑修正。獲得了轉盤的形狀誤差。還對去除轉盤形狀誤差的其他誤差項進行了初步分析。在210rpm以下，其他誤差呈現“W”形，幅度也比較小，在更高轉速下，其他誤差幅值不再呈現“W”形，提示有其他因素進入，需進一步研究。實測的動態半徑數據成分復雜，本文上海安亭科學儀器廠基于經驗和對物理規律的認識，采取了合適的分析方法對數據進行分析，獲得了動態半徑、轉盤形狀誤差等。分析方法可供相關測量參考。

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