随着我国航空航天业的快速发展,越来越多复杂精密机构需要在地面进行空间真空、高低温等极端环境下的多种性能测试和可靠性考核。本项目中,项目合作单位研制的极端环境下精密机构综合性能测试仪采用角度编码器对空间机构的角位移量进行测量,而目前国内外对高低温环境下的角度量值溯源方法尚处于空白,均只能在常温环境下对其进行校准。本文对高低温环境下角度编码器的量值溯源方法进行了研究,设计了高低温环境角度编码器校准装置,主要有以下内容:(1)总体方案与溯源方法研究。依据技术指标,实现高低温环境角度编码器校准装置的总体方案设计,并建立适用于高低温环境角度编码器校准装置的量值溯源体系。(2)装置设计。根据力学及精度要求,设计了高低温箱内外部装置部分的机械支撑结构以及轴系结构的设计,并完成各零部件选型,以伺服电机作为校准装置的驱动力源,并通过NI数据采集系统和高精度标准角度编码器实现对传动轴角位移的测量;完成上位机测控软件的编写。(3)误差分析。对校准装置的误差源进行分析,得到影响校准结果的四个误差源:标准量误差、安装偏心误差、扭转角误差、角不对中误差,并进行理论分析,其中对传动轴受温度影响的扭转角误差使用COMSOL Multiphysics软件进行实时运动仿真,以此验证理论分析的正确性,通过一元线性回归模型实现对传动轴受温度影响的扭转角误差的补偿。(4)实验设计与不确定度评定。使用测角转台、多面棱体、自准直仪等标准仪器对高低温环境角度编码器校准装置进行校准实验,完成高低温环境角度编码器校准装置的测量不确定度评定,校准装置的扩展不确定度为8.82",达到了预设技术指标的要求,且能对处于高低温环境中的角度编码器进行校准,被校角度编码器在-20℃的最大绝对误差为-31.78",在100℃的最大绝对误差为37.80"。