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申请/专利权人：天津大学

摘要：一种集电磁力和静电力的基于扭秤的推力架的标定装置，包括有扭丝，悬挂在所述扭丝下端的扭秤推力臂，在扭秤推力臂一侧面的端部设置有由永磁体和载流线圈以及用于给所述载流线圈提供电流的第一数字源表构成的电磁力标定机构，在扭秤推力臂的另一侧面且远离永磁体和载流线圈的那一端设置有用于测量扭秤推力臂位移响应的激光干涉仪，在扭秤推力臂上位于激光干涉仪的这一侧面且与所述永磁体和载流线圈同一端，设置有由平行平板电容器和用于给所述平行平板电容器提供电源的第二数字源表构成的静电力标定机构。本发明能够利用电磁力宽力值范围，静电力高分辨力的优点，实现高精度和大范围力的扭秤推力架刚度的标定。

主权项：1.一种集电磁力和静电力的基于扭秤的推力架的标定装置，包括有扭丝1，悬挂在所述扭丝1下端的扭秤推力臂2，在扭秤推力臂2一侧面的端部设置有由永磁体4和载流线圈3以及用于给所述载流线圈3提供电流的第一数字源表6构成的电磁力标定机构，在扭秤推力臂2的另一侧面且远离永磁体4和载流线圈3的那一端设置有用于测量扭秤推力臂2位移响应的激光干涉仪8，其特征在于，在扭秤推力臂2上位于激光干涉仪8的这一侧面且与所述永磁体4和载流线圈3同一端，设置有由平行平板电容器5和用于给所述平行平板电容器5提供电源的第二数字源表7构成的静电力标定机构；标定方法包括如下步骤：1进行电容梯度dCdz标定：将平行平板电容器5的一个电容器极板固定，使用电控位移台带动另一个电容器极板向着被固定的电容器极板移动恒定步长，并通过电容电桥测量两个电容器极板间的电容值C，然后进行反向移动同样步长，再测一次，取正反向的平均值，重复3次以上，拟合3次以上的电容总平均值与位移的曲线，由于被测推力架的静电力很小，所以在标定电容梯度时两个电容器极板间距z变化微小，在微小间距z变化时，曲线视为一条直线，将该直线的斜率作为平行平板电容器的平均电容梯度值，表示为dCdz；2进行电磁力系数k1标定：将永磁铁固定在电子天平上，载流线圈同轴平行固定在永磁铁上方，间距一定，为载流线圈施加不同大小的电流I1，使载流线圈产生轴向的不同大小的电磁力F1，根据电磁力有限元公式知道电磁力与施加电流成正比，拟合电流和电磁力的曲线为直线，设该直线的斜率为电磁力系数k1，得到关系式：F1＝k1·I11式中，电流I1的取值是根据被测推力架的测力范围确定；3、将集电磁力和静电力的基于扭秤的推力架的标定装置中的平行平板电容器5与第二数字源表7的正负极相连，控制第二数字源表7在平行平板电容器5的两端从零开始恒定步进增加电压，步进电压值为ΔU，施加在电容器极板间的电压大小为U＝nΔU，其中，n≥3，产生增量微牛顿级别的静电吸引力F2，利用激光干涉仪测量扭秤推力臂2的另一端的位移响应x，直到静电力大小达到几百微牛顿级别的ΔF1，静电力和电压的关系式表示为： 4再将载流线圈3与第一数字源表6的正负极相连，使得载流线圈3和与永磁体4之间产生一个大小为NΔF1＝k1I2的电磁力，其中，N取0、1、2、3、…，I2的大小随N的取值不同；将电磁力NΔF1和静电吸引力F2的合力作为推力架的标定力F：F＝NΔF1+F2；5拟合推力架的标定力F与位移响应x的直线，所述直线的斜率为推力架的刚度，表示为：

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百度查询： 天津大学 集电磁力和静电力的基于扭秤的推力架的标定装置与方法