精密离心机工作半径的测试方法与误差分析

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精密离心机是测试和标定加速度计的重要设备,因此,加速度计的测试及标定精度很大程度上取决于离心机的精度,而离心机的精度又主要取决于其向心加速度的测量精度和失准角的测量精度。其向心加速度的精度则由离心机半径的测试精度和角速度的测试精度决定。本文针对解决离心机半径的测试问题展开了深入研究。采用量杆测量法直接测量小尺寸离心机静态半径,给出测量结构模型。并以离心机标称半径为1025mm为例,分析了量杆测量法测量小尺寸离心机静态半径的误差源,计算了各个误差源造成的动态半径测量不确定度并得到此方法测量1025mm离心机静态半径的综合不确定度为1.67μm;然后以离心机标称半径为2500mm为例,简要分析了此方法测量大尺寸离心机半径的误差源,并得到测量2500mm离心机静态半径的综合不确定度为2.12μm;阐述了此方法用于大尺寸静态半径测量时的不足之处,基于以上分析提出了用精密加速度计间接反测出离心机半径的方法。对于离心机动态半径的测量采用双频激光干涉法,阐述了双频激光干涉仪的工作原理,并据此给出动态半径测量系统,以标称半径为2500mm的大尺寸离心机为例,分析了双频激光干涉法测量其动态半径的各个误差源,并分别计算了这些误差源造成的动态半径测量不确定度,综合得到此方法测量标称半径为2500mm的大尺寸离心机动态半径的不确定度为0.12μm;以标称半径为1025mm的小尺寸离心机为例,简要分析了双频激光干涉法测量其动态半径的各个误差源,并分别计算了这些误差源造成的动态半径测量不确定度,综合得到此方法测量标称半径为1025mm的小尺寸离心机动态半径的不确定度为0.06μm。在1g重力场下标定加速度计的误差模型系数,可采用单加速度计和正交双加速度计两种方法,阐述两种方法的误差模型系数标定原理及区别,可知正交双加速度计法标定误差模型系数的精度更高,然后对实验测试数据进行处理得到误差模型标定结果。两种方法对加速度计的标定精度都达到10-6数量级。建立用精密加速度计反测离心机半径的数学模型,并设计反测试验方法,通过计算机仿真得出反测静态半径的不确定度。分析此加速度计反测离心机半径法的误差源:科氏加速度、角速度的测量误差、g值的测量误差、附加的误差模型的影响等,并通过计算机仿真得出各个误差源对测量结果造成的影响。研究表明,对于小尺寸离心机的静态半径测量采用量杆测量法是方便可行的,但对于大尺寸离心机静态半径的测量则采用精密加速度计反测法较合理。本文设计的方法能够满足5×10-6的相对测量不确定度。
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