试验测量

试验测量（精选10篇）

试验测量 篇1

摘要：以TCA2003为例, 从测量原理和现场试验两个方面分析了反射器、距离等因素对点位变化特征的影响, 提出了提高精度的方法, 分析测量结果表明:当平距达到400 m时, 理论结果和试验结论的精度都可控制在2.5 mm以内, 达到了测量精度要求。

关键词：TCA2003,单点测量,精度

与国外比较, 对大型工程建筑物变形监测手段仍显落后, 自动化、实时采集监测信息尚未普及。因此, 研究运用先进仪器设备进行大型构筑物变形监测数据采集的高精度、智能化和自动化, 对解决测量实践过程中出现的一些技术问题具有现实意义[1,2]。文章将高精度的测量设备TCA2003引用到大型建筑物上进行点位的变形监测, 供同行借鉴参考。

TCA2003是一种能提高测量精度的测量机器人, 该测量机器人带有马达驱动, 因此在生产实践中能加快测量速度, 减轻测量强度。TCA2003把由程序操控的TPS系统和CCD技术有机地结合起来, 通过通讯和激光实现了测量的全自动化, 是一个集测距、照准、目标分别识别跟踪、测角、记录等多种功能于一身的综合平台[3]。对TCA2003来说, 只要测量对象满足工作条件, 黑夜和白天都能工作。文章所用的测量机器人由莱卡公司生产, 该仪器测距精度1 mm±1 ppm, 测角精度0.5″[4]。

1 TCA2003测量点位精度分析

为达到测量功能的目的, 组成TCA2003系统的元素主要包含了测量主机一台、目标点反射器若干、内置计算机和相关的数据处理分析软件[5,6]。TCA2003使用极坐标原理进行设计开发, 并实现了测量功能。在生产实践中, 需要把主体机器安置在以测站点O作为原点, 铅垂方向指向Z轴方向, 水平面处于X轴、Y轴组成的平面的右手系空间直角坐标系下 (见图1) 。然后, 再根据极坐标定位原理获得目标待测点P的X, Y, Z三个空间坐标分量。

其中, s为斜距, m;β, α分别为垂直角、水平角, (°) ;R为地球曲率半径值, km;k为大气折光系数;Z中的第二项为球气差的影响值, 而当距离较短, 此项可以选择忽略不计。

对式 (1) 通过误差传播定律进行处理, 得到:

其中, ms为测距误差, mm;mβ和mα均为测角误差, s;ρ为角度化弧度的常数值, 取206 265;mk为大气折光误差参数, mm[7]。以TCA2003为例, 测距精度1 mm±1 ppm, 测角精度0.5″。此时对球气差改正数影响可以忽略, 并且在变形监测中, 主要关注高差值的变化, 并且不加入目标高、仪器高等量取误差值, 此时将不同的距离、垂直角代入到式 (2) 中, 可以得到测量的高程中误差。

2 不同棱镜、平距下TCA2003测量点位精度分析评定

2.1 不同种类反射棱镜条件下测量结果的分析

选用圆棱镜和360°棱镜, 并对两种反射器均可识别到的天气情况和距离范围下的测量精度进行对比分析试验。相比于圆棱镜, 360°棱镜具有能从不同角度进行测量观测的优势, 而且棱镜的空间点位测量精度与垂直方向、水平方向测量精度不存在依赖关系。

实验过程如下:

将TCA2003架设在试验A处, 将两种棱镜 (圆棱镜即为M1, 360°棱镜即为M2) 架设在试验B, C处。使用TCA2003的自动目标识别功能, 采集到了21个测回的观测数据, 使用测量办公室软件将测量数据从TCA2003传导到计算机中[8], 用Excel处理、分析。

得到分析、处理结果如下:

M1, M2平距值是236.742 m和257.583 m, 两棱镜不同测回的所有观测结果的点位中误差为2.44 mm和1.72 mm;而采用每个测回观测值求均值后再求中误差结果是0.63 mm和0.44 mm。得到的结论是圆棱镜的精度略高一些, 但360°棱镜可以接受不同方向的观测而不会对观测结果产生影响, 360°棱镜的使用会在变形监测中得到更广泛的推广使用。

2.2 不同平距条件下TCA2003高程测量误差的分析

平距不同的条件下研究高程误差, 其中最大的影响因素为垂直角, 其次的影响因素是球气差, 而距离的测量值影响更次之。试验方案如下:反射器选用360°棱镜, 使用TCA2003自动目标识别功能, 每10 min采样一次数据。不同平距下, 在某地周边的山上选取7个点进行观测。结果处理如表1所示。

图2为不同平距条件下, 垂直角为45°时高差中误差值。试验和理论的中误差结果都是随平距的增大而增大。

对比得出:

1) 试验结果的精度值都小于理论值, 表明这台测量机器人的精度达到标定要求。

2) 当平距增加, 试验中误差向理论值靠近, 而实际使用该台TCA2003做变形监测测量时, 除要关注理论精度值外, 还需顾及各个不同机器人的实际使用状况, 即在使用之前, 必须进行精度评定[5]。

3 结语

1) 当通过TCA2003对400 m平距的高程进行测量时, 理论、试验结果的精度都在2.5 mm内, 即满足测量对精度的使用要求。同时, 在实际工程的变形监测过程中, 可以通过对多次测量值取平均、差分等等方法来处理获得的测量数据, 从而进一步提高测量的精度。

2) 由于360°棱镜和圆棱镜特性不同, 因此, 当距离较远达到500 m时, 应使用圆棱镜附加觇牌进行观察, 而360°棱镜已不能被测量机器人自动监测到。但考虑到360°棱镜具有从任何角度进行监测的优势, 因此, 可以将两种棱镜同时按测距条件不同进行配套使用。

3) 为了提高测量的精度, 需选用精度更高的气象观察设备, 增加采样频率, 具体可以在一天之内的不同时间段进行测量并求取平均值。同时, 要避开如早上、傍晚温差较大的时间段。

参考文献

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试验测量 篇2

近代物理实验（设计性）试验报告

2012年6月23号 中国石油大学近代物理 实验报告

班级： 材料物理10-2 姓名： 同组者：

设计性实验

不同材质天线的方向图测量

（measurement of antenna parameters）

【 中国石油大学（华东）理学院材料物理专业10-2 】

摘要：

天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波。但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它的辐射或接收效率可能很低。

天线辐射的是无线电波，接收的也是无线电波，然而发射机通过馈线送入天线的并不是无线电波，接收天线也不能把无线电波直接经馈线送入接收机，其中必须进行能量的转换。

研究天线问题，实质上是研究天线所产生的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的天线特性。我们知道电磁场满足麦克斯韦（Maxwell）方程组。因此，求解天线问题实质上是求解满足一定边界条件的电磁场方程，它的理论基础是电磁场理论。

研究天线主要是得到天线的相关特性，天线特性一般由电路特性和辐射特性两个方面表征。电路特性包括天线的输入阻抗、效率、频率宽度和匹配程度等；辐射特性包括方向图、增益、极化、相位等，为了达到最佳的通信效果，要求天线必须具备一定的方向性，较高的转换效率，以及满足系统工作的频带宽度。

根据无线电技术设备的任务不同，常常要求天线不是向所有方向均匀地辐射（或对所有方向具有同等的接受能力），而是只向某个特定的区域辐射（或只接受来自特定区域的无线电波），在其它方向不辐射或辐射很弱（接受能力很弱或不能接收），也就是说，要求天线具有方向性。

天线所辐射的无线电波能量在空间方向上的分布，通常是不均匀的，这就是天线的方向性。即使最简单的天线也有方向性，完全没有方向性的天线实际上不存在。

通过天线方向图可以方便的得到表征天线性能的电参数。用来描述天线方向图的参数通常有主方向角、主瓣宽度、半功率角、副瓣宽度、副瓣电平等。

关键词：天线、无线电波、能量转换、电磁场、辐射或接收 引言：

通信、雷达、导航、广播、电视等无线电技术设备，都是通过无线电波来传播信息，都需要有无

线电波的辐射和接收。在无线电技术设备中，用来辐射和接收无线电波的装置称为天线。天线和发射机、接收机一样，是无线电技术设备的一个重要组成部分。

图1是测量通过天线相位中心各平面内的方向图的方案之一。图中天线1为被测天线，与信号发生器相连用作发射,它装在旋转平台上能作360°转动；天线2为辅助天线，它与电场强度计相连以便测得离被测天线一定距离处的场强。两天线的极化特性要求相同，为了近似满足远场条件，两天线间的距离应满足,式中&λ为测试工作波长；r和D的意义见图1。当转动被测天线1时，可在天线2处测得以转动角θ表示的函数的电场强度E(θ)，于是就可画出转动平面内的天线 1的方向图。若被测天线为半波天线，它的子午面内的方向图如图2a，当把天线转动90°使之垂直于转动平面时,可测得赤道面内的方向图(图2b)。若把天线任意倾斜安装，则可测得任意面内的方向图。此外，也可固定被测天线1，而把辅助天线2沿以被测天线为中心,距离为半径的圆周运动，同样可以测得天线的方向图。若把收发条件互换，即把被测天线用作接收，辅助天线用作发射，最终测得的天线方向图并无变化，这是符合天线互易定理的。

r【实验目的】

1．了解天线的基本工作原理。2．绘制并理解天线方向图。

3．根据方向图研究天线的辐射特性。

4、通过对不同材质的天线的方向图的研究，探究其中的联系与规律。

【实验原理】

一．天线的原理

天线的作用首先在于辐射和接收无线电波，但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线。任何高频电路，只要不被完全屏蔽，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或从周围空间或多或少地接收电磁波。但是任意一个高频电路并不一定能用作天线，因为它的辐射或接收效率可能很低。要能够有效地辐射或者接收电磁波，天线在结构和形式上必须满足一定的要求。图B1-1给出由高频开路平行双导线传输线演变为天线的过程。开始时，平行双导线传输线之间的电场呈现驻波分布，如图B3-1a。在两根互相平行的导线上，电流方向相反，线间距离又远远小于波长，它们所激发的电磁场在两线外部的大部分空间由于相位相反而互相抵消。如果将两线末端逐渐张开，如图B3-1b所示，那么在某些方向上，两导线产生的电磁场就不能抵消，辐射将会逐渐增强。当两线完全张开时，如图B3-1c所示，张开的两臂上电流方向相同，它们在周围空间激发的电磁场只在一定方向由于相位关系而互相抵消，在大部分方向则互相叠加，使辐射显著增强。这样的结构被称为开放式结构。由末端开路的平行双导线传输线张开而成的天线，就是通常的对称振子天线，是最简单的一种天线。

天线辐射的是无线电波，接收的也是无线电波，然而发射机通过馈线送入天线的并不是无线电波，接收天线也不能把无线电波直接经馈线送入接收机，其中必须进行能量的转换。图B3-2是进行无线电通信时，从发射机到接收机信号通路的简单方框图。在发射端，发射机产生的已调制的高频震荡电流经馈电设备传输到发射天线，发射天线将高频电流转变成无线电波——自由电磁波向周围空间辐射；在接受端，无线电波通过接收天线转变成高频电流经馈电设备传送到接收机。从上述过程可以看出，天线除了能有效地辐射或者接收无线电波外，还能完成高频电流到同频率无线电波的转换，或者完成无线电波到同频率的高频电流的转换。所以，天线还是一个能量转换器。

研究天线问题，实质上是研究天线所产生的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的天线特性。我们知道电磁场满足麦克斯韦（Maxwell）方程组。因此，求解天线问题实质上是求解满足一定边界条件的电磁场方程，它的理论基础是电磁场理论。

发射天线传播电磁波接收天线馈线发射机馈线接收机 图B3-2 无线电通信系统中的信号通道简单方框图

二．天线的分类

天线的形式很多，为了便于研究，可以根据不同情况进行分类。按用途分类，有发射天线，接收天线和收发公用天线。

按使用范围分类，有通信天线，雷达天线，导航天线，测向天线，广播天线，电视天线等。按馈电方式分类，有对称天线，不对称天线。

按使用波段分类，有长波、超长波天线，中波天线，短波天线，超短波天线和微波天线。按天线外形分类，有T形天线，V形天线，菱形天线，鱼骨形天线，环形天线，螺旋天线，喇叭天线，反射面天线等等。

从便于分析和研究天线的性能出发，可以将大部分天线按其结构形式分为两大类：一类是由半径远小于波长的金属导线构成的线状天线——称为线天线，另一类是用尺寸大于波长的金属或介质面构成的面状天线——称为面天线。线天线主要用于长、中、短波波段，面天线主要用于微波波段，超短波波段则两者兼用。线天线和面天线的基本辐射原理是相同的，但分析方法则有所不同。

三．天线的辐射方向图

研究天线主要是得到天线的相关特性，天线特性一般由电路特性和辐射特性两个方面表征。电路特性包括天线的输入阻抗、效率、频率宽度和匹配程度等；辐射特性包括方向图、增益、极化、相位等，为了达到最佳的通信效果，要求天线必须具备一定的方向性，较高的转换效率，以及满足系统工作的频带宽度。

根据无线电技术设备的任务不同，常常要求天线不是向所有方向均匀地辐射（或对所有方向具有同等的接受能力），而是只向某个特定的区域辐射（或只接受来自特定区域的无线电波），在其它方向不辐射或辐射很弱（接受能力很弱或不能接收），也就是说，要求天线具有方向性。如果天线没有方向性，对发射天线来说，它说辐射的功率中只有很少一部分到达所需要的方向，大部分功率浪费在不需要的方向上；对接收天线来说，在接受到所需要的信号同时，还接收到来自其它方向的干扰和噪声，甚至使信号完全淹没在干扰和噪声中。因此，一副好的天线，在有效地辐射或接收无线电波的同时，还应该具有为完成某种任务而要求的方向特性。

天线所辐射的无线电波能量在空间方向上的分布，通常是不均匀的，这就是天线的方向性。即使最简单的天线也有方向性，完全没有方向性的天线实际上不存在。为了表示天线的方向特性，人们规定了几种方向性电参数，其中一个就是辐射方向图。天线方向图是指与天线等距离处，天线辐射参量在空间中的相对分布随方向变化的图形。所谓辐射参量包括辐射的功率通量密度、场强、相位和极化等。实际应用中，我们最关心的是天线辐射能量的空间分布，在没有特别指明的情况下，辐射方向图一般均指功率通量密度的空间分布。方向图还可以用分贝（dB）表示，功率方向图用分贝表示后就称为分贝方向图，它表示某方向的功率通量密度相对于最大值下降的分贝数。天线某方向的分贝数的计算方法见公式（B3-1），其中P为某方向的功率通量密度，Pmax为最大功率通量密度。绘制方向图可以采用极坐标，也可以采用直角坐标。极坐标方向图形象、直观，但对于方向性强的天线难于精确表示；直角坐标方向图虽然没有极坐标方向图形象、直观，但更容易从中计算描述天线方向性的诸多参数。

p(dB)10lgPPmax(dB)

（B3-1）

00.52020.50主轴主瓣第一副瓣图B3-3 极坐标下天线方向图一般形状

通过天线方向图可以方便的得到表征天线性能的电参数。用来描述天线方向图的参数通常有主方向角、主瓣宽度、半功率角、副瓣宽度、副瓣电平等。图B3-3是极坐标下天线方向图的一般形状。方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣，副瓣中最大的为第一副瓣。下面我们列举出可由天线方向图得到的天线参数：

(1)主方向角。指主瓣最大值对应的角度；

(2)主瓣宽度。也称零功率点波瓣宽度（Beam Width between First Nulls, BWFN）,指主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角，即20。主瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强；

(3)半功率角。也称半功率点波瓣宽度（Half Power Beam Width, HPBW）,指主瓣最大值两边功率密度等于最大值的0.5倍的两辐射方向之间的夹角，又叫3分贝波束宽度（将功率密度转化成分贝数后，会发现功率密度变成最大功率密度1/2的地方对应的分贝数比最大功率处小3dB（-3dB=10*lg<1/2>dB），即20.5；

(4)副瓣宽度。指第一副瓣两边两个零辐射方向之间的夹角；

(5)副瓣电平（Side Lobe Lever, SLL）。指副瓣最大值与主瓣最大值之比，一般也以分贝表示，见公式（B3-2），其中：Pmax2和Pmax分别为最大副瓣核主瓣的功率密度最大值。

SLL10lgPmax2Pmax(dB)

（B3-2）

【实验器材】

本实验的实验装置为AT3200天线实训系统。本系统包括可以提供500MHz、2GHz、10GHz的RF 信号源和天线方向控制器，以及可以在计算机上仿真天线复制图和特性的仿真软件。因为本天

线实训系统使用信号的频率较高，所以它能够在较窄的空间（如100m）实验天线的传播特性。而且系统的移动和保管也比较方便。图B3-4为本实验装置的一个示意图：

本实验装置主要包含以下几个主要部件： 1． 主控器 2． 发射器 3． 接收器

4． 各种天线的类型：铝线、镍铬合金和铁线

发射器主控器接收器计算机 图B3-4 AT3200天线实训系统设备示意图

【数据处理】

图

1、极坐标系下的八木天线图

图

2、直角坐标系下的八木天线图

图3、3D下的八木天线方向图

图

4、极坐标系下的八木（铝线）天线图

图

5、直角坐标系下的八木（铝线）天线图

图6、3D下的八木天线（铝线）方向图

图

7、极坐标系下的八木（铁线）天线图

图

8、直角坐标系下的八木（铝线）天线图

图9、3D下的八木天线（铁线）方向图

图

10、极坐标系下的八木（镍铬合金线）天线图

图

11、直角坐标系下的八木（镍铬合金线）天线图

图12、3D下的八木天线（镍铬合金线）方向图

图

13、八木（水平——铝线）

图

14、八木（水平——镍铬合金线）

图

15、八木（水平——铁线）

分析：虽然一般情况下，对于金属材料都满足天线的条件，但从以上图像中，我们可以发现，当将八木天线换成不同的材料之后，天线的方向性将会发生改变，其主方向角和主瓣宽度等都会发生变化，而且变化较为明显，接收信号的宽度也就会相应的改变，但我们也可以发现铁线，铝线和镍铬合金线形成的方向图明显的不规则，这也和在替换材料时的人为因素有关，因为替换材料之后，和原来的八木天线相比，天线必然会出现不直，长短不一，分布不均匀等现象，这些会直接影响到信号的接收。一：因为空间的信号分布是不均匀的；

二：由于改变过的天线方向性会严重减低，所以才会导致方向图的不均匀。但是我们还是可以总结出，不同的材料所对应的主瓣大小是不同的，方向角是不同的，因为不同材料的天线对信号的接收能力是有差别的！

图16、3D下八木（水平——铝线）天线方向图

图16、3D下八木（水平——镍铬合金线）天线方向图

图16、3D下八木（水平——铁线）天线方向图

【思考题】

1.什么是天线方向性图？

答：天线方向图就是通过测量天线在空间不同角度的相关残参量值，在绘制在直角坐标系或者极坐标系中，表示天线相关参量在空间不用角度分布情况的坐标图片。2.测量天线方向图的方法分别有几种，并说明？

答：测量天线方向图的方法主要有两种，分别为固定测量法和旋转测量法，固定测量法主要用于大型天线，由于转动不便，故待测天线固定，辅助天线在空中或地面绕待测天线旋转，得到不同角度的辐射强度，即可绘制出天线方向图。另一种方法是旋转测量法，待测天线旋转，辅助天线固定不动，然后通过测量得到方向图。

【原始数据】

八木(水平——铝线）.atn

八木铝.atn

八木（水平——铁线）.atn八木铁.atn

八木（水平——镍铬合金）.atn

镍铬.atn

【参考文献】

试验测量 篇3

关键词 TRIZ；高温拉伸；试验装置

中图分类号：G642.423 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2015）20-0148-02

1 引言

高温下使用的结构材料，其力学性能需要在实际使用温度下测定，而且需要专门的测试设备。高温拉伸试验同其他高温力学性能测试一样，必须根据试样尺寸和试验要求设计某种特定结构型式的加热装置。国内外对材料的高温试验，都给予极大的重视。

国内外高温拉伸试验装置发展概况 尖端科学技术的飞速发展，对难熔金属和金属陶瓷材料的使用日益迫切。目前，国外高温加热装置的最高工作温度：电阻幅射加热炉是3000 ℃和3200 ℃，直接通电加热是4000 ℃左右。装置的加热方式，有直接通电加热、电阻幅射加热、高频感应辐射加热和电子束辐射加热等，装置的结构多数为圆筒式。温度控制多采用调压器稳压办法。我国的加热装置，从种类和数量上看，是极其有限的，试验条件简单（真空或充气） ，特别是高温变形测量与国外有较大差距。近年来，国内某些科研单位结合TRIZ的相关理论，已经着手建立了1500 ℃的力学、物理性能测试方法。

TRIZ理论 TRIZ的意思是“theory of inventive pro-

blem solving”。该理论是由苏联发明家Altshuller和他的同事们在研究了大量的发明专利后，于1946年提出的，为发明问题的解决理论。它使新产品从开发过程到上市时间缩短50%，提升60%～70%的新产品开发效率，增加80%～100%的专利数量并提高专利的质量。

本文结合TRIZ理论中的组件分析法、因果分析法、物理分析法、矛盾冲突分析法等相关知识，对1500 ℃高温拉伸试验装置做了更深一步的改进。

2 基于TRIZ理论中组件分析法的1500 ℃高温拉伸试验装置优化方案

图1为1500 ℃高温拉伸试验系统，其工作原理是金属试样固定在夹具上，在开口的金属炉体内通过钨丝迅速加热至1500 ℃，测量传感器则通过引申杆对金属试样的变形进行测量，并进一步计算出金属试样的力—变形曲线。

问题描述

问题一：测量试验温度要达到1500 ℃，而传感器的使用温度只能承受200 ℃，所以要用引申杆将传感器放置在距离金属试样很远的地方，这样降低了传感器的测量精度。

问题二：由于引申杆需要穿过炉体进行工作，因此在炉体需要开口，而开口降低了钨丝的升温速度，并且温度无法保持恒温。

设定目标 对以上两个出现的问题设定改进目标，分解为可实施的三部分：1）实现对金属试样的快速升温（1500 ℃）；2）保持试样恒温区域的温度；3）解决试样轴向变形的精确测量。

对新系统的要求：1）达到系统要求的技术指标；2）尽量不增加系统的复杂性；3）有效控制成本和加工难度；4）控制系统的体积和对外界影响。

基于以上分析，设定技术系统的IFR为：炉体自主保持恒温区域的温度，引申杆带动测量仪器能够自主完成高精度的测量。

3 基于TRIZ理论中40个发明原理的1500 ℃高温拉伸试验装置优化方案

在详细了解了系统中组件的相互关系之后，找到影响高温拉伸试验装置的主要因素有：1）由于炉体开口导致的钨丝冷却；2）传感器温度过高影响测量精度；3）引申杆阻隔传感器，导致测量精度不准确。

对此提出问题求解及具体的解决方案。

1）从“钨丝易冷却”入手解决问题。通过查找矛盾矩阵，得到方案一：运用机械系统替代原理，即利用其他加热方式代替热辐射加热，可以解决矛盾问题。由于试样是金属的，因此考虑采用电磁加热的模式。

通过查找相应的矛盾矩阵，得到方案二：运用未达到或过度的作用原理，即改变加热钨丝的形状，将原来相同密度的钨丝变为恒温区域密度较大、隔热区域密度较小的结构，提高恒温区域的升温能力，同时较少地消耗了能量，也有利于温度的稳定和保持。

2）从“传感器温度过高”入手解决问题。通过查找矛盾矩阵得到方案三：运用预先作用原理，即在两个引申杆上分别加一个挡片，挡片随着引申杆运动，挡住从炉身冲出的热量，既降低了热量扩散，又变相降低了热浪对传感器冲击，也不会影响引申杆的运动。

通过查找矛盾矩阵得到方案四：运用中介物质原理，即引入超系统的“水”，利用水冷结构，降低传感器温度，在传感器壳体、测量臂、应变体等位置进行水循环，可有效降低传感器温度，长时间保持传感器正常运转。

3）从引申杆阻隔传感器入手解决问题。通过查找2003年最新版本的矛盾矩阵表和采用系统分离法，得到方案五：金属存在电阻，当有电流通过时会产生热量而升温，利用通电加热直接加热试样技术取代热辐射方式。

通过之前的功能分析，形成方案六：在每个引申杆上都安装金属螺旋机构，螺旋小的一面固定在引申杆上，大的一面固定在金属壳体上，螺旋结构让引申杆自由活动，又可以挡住热量散失。

4 方案选择

通过TRIZ理论得到以上六个方案，之后应用方案评价模型，从可操作性、有用作用、成本和有害作用四个方面来对以上六个方案进行分析。最后得出优先考虑高温拉伸装置的复杂度，其次考虑高温拉伸装置的可靠性。通过进一步的实验研究，这三项方案现均已应用于现实高温拉伸试验装置中，并已获得专利：

方案一：将炉体开口取消，采用无开口下引出式高温试验装备

方案二：根据挡板隔热启示，采用上下加移动挡板保持温度恒定的隔热高温试验装备

方案三：从降低传感器温度的角度出发，采用外置水冷系统高温试验装备

参考文献

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[3]吴亮.铁相对于ZL114A合金高温力学性能的影响[D].昆明：昆明理工大学，2012.

龙眼摩擦因数测量试验 篇4

物料的摩擦特性是设计其加工机械的重要依据[1,2]。龙眼要进行高附加值的深加工,剥壳工序是深加工前处理作业必不可少的环节[3]。龙眼剥壳作业依靠柔性对辊与果壳间的摩擦力来剥离掉果壳[4]。因此,要成功实现果壳和果肉的剥离,就要选择合适材料的辊子并使辊子与果壳之间有合适的摩擦因数。为此,利用斜面式农业物料摩擦因数自动测量装置,对不同状态下龙眼果壳和果肉的摩擦因数进行测验,为龙眼柔性对辊剥壳设备和采摘机械的设计提供参考依据。

1 斜面式摩擦因数测量原理

1.1 静摩擦因数测量原理

滑块放置于斜面上,逐渐增大斜面倾角,当斜面倾角增大到一定值时,滑块恰可下滑,此时沿斜面下滑力恰与摩擦力大小相等,如图1所示。则

μN=μmgcosα=Ff=mgsinα (1)

μ=tgα (2)

其中,μ为静摩擦因数;α为斜面倾角。

1.2 滑动摩擦因数测量原理

如图1所示,当滑块所受下滑力大于摩擦力时, 滑块在斜面上做匀加速运动,其加速度为a,则运动方程满足

mgsinα-μsmgcosα=ma (3)

undefined (4)

如图1所示,当物体沿斜面在A0点上方任意处下滑, 下滑过程中分别依次通过点A0,A1,A2,A3等4点,假设物块从A0到A1,A1到A2,A2到A3所用时间和所经过距离分别为t1,t2,t3和S1,S2,S3。则只要测得S1,S2,S3和t1,t2,t3,根据文献[5]可求得试样与滑道之间的滑动摩擦因数μs。有

undefined

(5)

式中 S1,S2,S3—分别为A0A1,A1A2,A2A3等3段的距离(mm);

t1,t2,t3—试样分别经过A0A1,A1A2,A2A3等3段所需要的时间(s);

μs—试样与斜面板之间的滑动摩擦因数。

1.3 摩擦因数测量装置的设计

斜面式摩擦因数测量装置如图2所示。其主要由可调式斜面板、机架、橡胶片、横杆支架、红外开关、测试控制系统和显示器组成。可调式斜面板可通过其横杆支架的高低很方便进行斜面倾角的调节,橡胶片可根据测量时的需要而更换不同材料(如尼龙),可调式斜面板上布置有4个红外开关,每两个红外开关之间的位置分别为S1,S2,S3,红外开关可以测量龙眼下滑时经过相应段的时间分别为t1,t2,t3,通过测试控制系统,最后由显示器直接读出所测量的摩擦因数值。

1.可调式斜面板 2.机架 3.橡胶片 4.横杆支架 5.红外开关6.测试控制系统 7.显示器

测试控制系统测量方法为:系统上电复位,1602液晶清屏,软件进入测试状态,液晶显示“ready…”。此时,若有试样从斜板上滑落,当龙眼通过第1个红外传感器时,触发T0计数器计数,当龙眼到达第2个红外传感器时,T0计数器停止计数,单片机计算出龙眼通过第1和第2个红外传感器的时间t1,用同样的方法测出龙眼通过第3个和第4个红外传感器的时间t2和t3,将t1,t2和t3代入公式(5)中,计算出龙眼和斜板之间的摩擦因数并在液晶上显示出来。

2 龙眼果壳摩擦因数测量试验

2.1 试验设备、材料

试验设备为斜面式摩擦因数自动测量试验台,其测量精度0.01s,如图2所示。试验材料为成熟度好的龙眼鲜果,表皮无损伤。

2.2 试验方法

2.2.1 静摩擦系数测量

龙眼形状接近球形会沿斜面自行向下滚动,为测量的方便,将龙眼果壳制成样条。生物果限制了壳的最大长度,因此将龙眼果壳沿一定方向剪成8mm×25mm矩形长条平整且牢靠贴于长方体滑块下表面,滑块的下表面尺寸为75mm×32mm,滑块试样如图3所示。将滑块试样置于装有橡胶板的斜面上,用手慢慢抬起斜面至滑块即将开始滑动,测量并记录此时斜面倾角α,果壳与被测材料间的静摩擦因数可根据式(2)求出。试验测量3个品种龙眼果壳与橡胶板之间的静摩擦因数,分5组进行,每组重复10次。

2.2.2 滑动摩擦因数测量

滑动摩擦因数试验所用滑块试样与静摩擦测试试样相同。根据前期的初步试验, 橡胶板和尼龙板斜面倾角范围宜分别选取在47°～50°和36°～40°之间,故试验中分别取橡胶板斜面倾角为47°,48°和49°,尼龙板斜面倾角为36°,38°和40°。试验分别测量不同果壳取样方向、不同斜面倾角及不同品种的龙眼果壳与橡胶板、尼龙板之间的滑动摩擦因数。试验时在斜面上第一个红外开关的上方选取合适位置作为试样下滑的初始位置,滑块每次从同一初始位置沿斜面下滑,记录下相应的滑动摩擦系数值, 分5组进行,每组重复10次。

2.3 试验结果与分析

2.3.1 龙眼果壳静摩擦因数分析

表1为不同品种龙眼果壳与橡胶板之间的静摩擦因数试验值,表2为采用SPSS对不同试样的静摩擦因数试验值进行方差分析的结果。由表1和表2可知, 龙眼果壳与橡胶板间的静摩擦因数在不同品种和不同取样方向时其显著水平在α= 0.05差异显著, 品种上储良龙眼静摩擦因数略大于石硖、泰国龙眼,横径方向取样的果壳静摩擦因数大于纵径向, 果壳取样方向与龙眼品种之间的交互影响不显著。

2.3.2 龙眼果壳滑动摩擦因数分析

表3为龙眼果壳与被测材料之间的滑动摩擦因数试验值,表4为龙眼果壳试样滑动摩擦因数试验值的多因素方差分析结果。由表3和表4可知:①龙眼果壳与橡胶板、尼龙板之间的滑动摩擦因数显著水平在α=0.01 下差异显著,龙眼果壳与橡胶板之间的滑动摩擦系数大于果壳与尼龙板之间的滑动摩擦因数;②不同品种的龙眼果壳与被测材料间的滑动摩擦因数显著水平在α=0.05 下差异显著,主要是由于果壳表面结构差异所导致;③龙眼果壳滑动摩擦因数与取样方向、斜面倾角显著水平在α=0.1 下差异不显著。因此,建模计算分析时,可将龙眼果壳近似看作各向同性材料。

3 龙眼果肉摩擦因数测量试验

3.1 试验设备、材料

试验设备与龙眼果壳摩擦因数测量装置相同。试验材料为成熟度好的储良龙眼鲜果,并且个体完好无损伤。

3.2 试验方法

试验选择3个个体大小相近的龙眼,将果顶部果壳剥除,制成如图4 所示试样。试验分5 组,每组试验重复10 次,试验台斜面倾角为25°,分别测量果肉与橡胶板、尼龙板之间的滑动摩擦因数。

3.3 试验结果与分析

龙眼果肉滑动摩擦因数试验测定结果如表5所示。由表5可知,龙眼果肉与橡胶板、尼龙板之间的滑动摩擦因数远小于果壳与材料的滑动摩擦因数,为此可以利用龙眼果肉、果壳与橡胶板之间的摩擦因数不同,将果实中的果肉与果壳分离。

4 结论

1)龙眼果壳与橡胶板的静摩擦因数为0.828 ～0.902,果壳取样方向和品种对龙眼果壳静摩擦因数影响显著。

2) 龙眼果壳与橡胶板的滑动摩擦因数为0.660～0.757,龙眼果壳与尼龙板之间的滑动摩擦因数为0.608～0.658。龙眼果壳滑动摩擦因数在不同取样方向、斜面倾角时差异不大,故在建模时可将龙眼果壳近似当作各向同性材料。

3)龙眼果肉与橡胶板、尼龙板之间的滑动摩擦因数在0.113～0.185之间,因此对辊脱壳中利用龙眼果肉、果壳与橡胶板之间的摩擦因数不同,可以实现果肉与果壳分离。

参考文献

[1]张桂花,汤楚宙,熊远福,等.包衣稻种物理特性的测定及其应用[J].湖南农业大学学报:自然科学版,2004,30(1):68-70.

[2]程红胜,李长友,鲍彦华,等.荔枝果壳摩擦系数测量试验研究[J].延边大学农学学报,2009,31(3):209-213.

[3]卿艳梅,李长友,曹玉华,等.龙眼鲜果去核剥壳技术的研究进展[J].农机化研究,2009,31(5):23-26.

[4]卿艳梅,曹玉华,李长友,等.龙眼鲜果剥壳力学特性[J].农业工程学报,2010,26(5):122-126.

[5]程红胜,李长友,麦智炜.一种农业物料滑动摩擦系数测量装置的设计[J].延边大学农学学报,2011,33(1):56-59.

[6]赵江.材料摩擦系数的正确检测以及注意事项[J].塑料制造,2008(11):90-93.

[7]陈光雄,石心余.摩擦力—相对滑动速度关系的实验研究[J].润滑与密封,2002(3):44-48.

[8]于海业.关于种子滑动摩擦系数测定的研究[J].农机化研究,1991(1):35-37.

试验测量 篇5

新型液体火箭发动机泵试验转速测量研究

通过对转速测量过程中的环境影响、传感器自身因素及出现问题的分析,针对性地设计了限幅器、滤波器以及鉴真比较器等具体解决方案.实际应用表明,采取的.措施可行,转速测量的稳定性显著提高.

作 者：封锡凯 李辉 李伟 Feng Xikai Li Hui Li Wei 作者单位：西安航天动力研究所,陕西,西安,710100刊 名：火箭推进英文刊名：JOURNAL OF ROCKET PROPULSION年，卷(期)：200935(3)分类号：V434关键词：转速测量 变换器 可靠性

结构试验中位移测量系统的标定 篇6

1 标定

1.1 试验组成

为了探讨实验室自检定位移测量系统的方法,研究位移传感器的使用对结果准确性的影响程度,笔者在实验室常用位移测量系统中选择了一系列不同量程位移计所组成的测量系统进行了标定试验。该系统组成有DH3818静态应变测试仪、YHD位移传感器、笔记本电脑。试验用的标定标准是日本产164 series Digimatic Head(数字测微头)。

在结构试验中,试件的位移量通过位移传感器的感应,将输出信号传递给数据采集仪(即静态应变测试仪),在这个过程中位移传感器本身的误差会通过数据采集仪继续传递下去,数据采集仪把电信号转换成数字量后将其传送给计算机,这个过程是数字量的传递,误差可以忽略,所以依旧是数据带来的传感器误差。在选取的标定试验中考虑到最终结果是要进行误差组合的,所以标定结果误差是综合之后作为一个量来进行最后结果修正的。

1.2 标定步骤

关于位移传感器的标定国家并未有相关规程,所以笔者参考了JJG 34-96中华人民共和国国家检定规程——指示表中检定百分表示值误差的方法设计了此次标定试验,规程中是将检定仪和指示表分别对好零位,百分表示值误差是在正反行程的方向上每间隔10个分度进行检定,直到工作行程终点,继续压缩测杆使指针转过10个分度,接着反向检定。在位移测量系统的标定试验中是将YHD型位移传感器安装固定在数字测微头上,并将位移传感器的导线与DH3818静态应变测试仪连接,连接方式采用半桥连接。打开手摇式数字测微头,并校零,将其测头与位移传感器接触,但对位移传感器无压力;打开DH3818静态应变测试仪及其软件并对仪器进行平衡,完成后开始测试。对于不同量程位移传感器,所取的测量间隔不同,单次行程测点数据也不相同,为了得到统计结果,上述过程会被重复多次进行。

2 标定结果处理

笔者应用了SPSS统计软件对结果进行处理,得出:

50 mm位移计所组成的系统的回归方程如下:

正向行程回归方程:f(x)=202.239×x+7.1;

逆向行程回归方程:f(x)=202.248×x+7.302。

30 mm位移计所组成的系统的回归方程如下:

正向行程回归方程:f(x)=199.441×x-13.755;

逆向行程回归方程:f(x)=199.436×x-12.381。

100 mm位移计所组成的系统的回归方程如下:

正向行程回归方程:f(x)=202.064×x+5.429;

逆向行程回归方程:f(x)=202.076×x+7.896。

出厂时三种量程位移计的线性关系是相同的,因使用时间不同,所以才会出现这些差别。所以具体使用该系统时要把记录数据利用上述线性关系进行结果的处理。

3 随机过程与使用寿命关系探讨

3.1 理论研究

在我们的实际工程中,一个随机系统的状态随着时间而改变,在时间t的状态具有偶然性,它是一个随机变量x(t),数学上的随机过程可以简单的定义为一组随机变量,即指定一参数集,对于其中每一参数点t指定一个随机变量x(t)。如果回忆起随机变量自身就是一个函数,以ω表示随机变量x(t)的定义域中的一点,并以x(t,ω)表示随机变量在ω的值,则随机过程就由刚才定义的点偶(t,ω)的函数以及概率的分配完全确定。如果固定t,这个二元函数就定义一个ω的函数,即以x(t)表示的随机变量。如果固定ω,这个二元函数就定义一个t的函数,这是过程的样本函数。

位移测量系统的实验室标定结果就是一个随时间而改变的随机变量,即随机过程。位移输入是不随时间而改变的,应变输出值却随着传感器使用时间的改变而改变着,所以它们的回归关系正好符合上述随机过程的定义。既然如此,那么就证明一次的标定并非终生有效。所以研究这个随机过程与其使用寿命的关系就显得很重要了。

随机过程是一组随机变量,类似于单个随机变量,所以也可以定义其概率分布函数和概率密度函数,对于随机序列,它们的概率性质完全由n维概率分布函数或对应的n维概率密度函数确定。尤其是我们实际中遇到的大多数样本连续的随机过程,在一个很小的时间间隔Δt内,x(t1)和x(t1+Δt)可能出现的数值之间常常存在相关性。因此这一类的连续随机过程可以用n维概率分布函数来逼近描述它们的概率性质。更为实用的则是用二维概率分布函数来描述随机过程x(t)的统计特征,包括它的数学期望和方差,自相关函数等。

在位移传感器的使用参数这个随机过程中,我们可以通过研究其统计特征,来确定该参数与使用时间的关系,从而推断其使用寿命,但这只是理论。实际应用于实验室自检测时,则需要将其简化,寻找最简便方法。

3.2试验设想

在以上理论基础以及最初的标定试验基础上,笔者进行了位移传感器使用寿命试验的设计:1)标定标准的选择。根据试验结果的精度要求,可以选择用量块作为更高一级的标准,对位移测量系统进行输入。2)环境选择。考虑到实际该测量系统使用时的现实条件,进行环境选择,包括空气温度和湿度以及周围噪声和磁场干扰都要考虑在内,保证试验条件接近真实使用环境。3)测量的方式,性能指标及失效标准。性能指标是确定的,即位移与应变输出值之间的关系。测量方式则是该试验的难点,同样采用最初标定的试验方法,但是在试验次数的选择上要采用按概率论知识计算出来的数据,这就需要确定一个置信度,即多大概率内的结果有效。但目前国家并无此方面规范,此类研究也鲜见于相关文章中,所以更需要考虑的全面。由于传感器在使用中会与不同的应变测试仪配套使用,建议确定参加试验的系统应将各类搭配都算在内进行。可以进行横向比较,使结果更加接近真实。因最终利用随机过程理论确定寿命,所以试验周期不宜过长。

4结语

本文通过位移测量系统的标定试验与相关理论介绍探讨了位移传感器使用参数与其使用状态的关系,又通过试验设计阐述了自己的设想,为实验室自检定静态位移传感器提供了理论依据和实际方法,具有一定的现实意义。今后的工作就是通过试验去验证这些结论,会在以后的研究工作中进行。

参考文献

[1]周荫清.概率随机变量与随机过程[M].北京:北京航空航天大学出版社,1989.

[2]JJF 1059-1999,测量不确定度评定与表示[S].

[3]姚振纲,刘祖华.建筑结构试验[M].上海:同济大学出版社,1996.

试验测量 篇7

1 整机工作原理

籽棉回潮率自动测量装备包括机械系统 (机械装置极其控制系统) 和信息管理系统, 机械系统用于装卡回潮率采集仪器, 并带动其在三维空间里自由动作, 实现采集仪器的随机定位;信息管理系统用于采集仪器测量结果的显示、统计、储存和查询等, 实现测量结果的信息化管理;从而集成一套能够快速测量多点、多层次运棉车内籽棉回潮率的自动测量装备, 可以降低人力测量所引起的误差, 实现运棉车内籽棉回潮率的自动化测量。

工作时, 运棉车合理停至于机械装置 (图1) 下方——运行机械装置控制系统人机操作界面 (图2) ——点击总开关 (设备通电, 准备启动) ——点击开始测量按钮 (系统产生X、Y方向上运动的随机值, 并赋予PLC, 实现X、Y方向的随机运动, X、Y方向运行完毕后, Z方向上开始定量运动, 从而使回潮率采集仪器插入运棉车内, 进行数据采集) ——系统停顿30秒 (即Z方向运动完毕, 籽棉回潮率采集仪器插入运棉车内, 运行信息管理系统 (图3) , 点击采集数据——点击数据采集界面的开始采集按钮 (图4) ——测量结果通过蓝牙传输至信息管理管理系统的数据采集界面, 后续可进行统计、保存、查询、打印等操作) ——测量仪器从运棉车内抽出, 设备归为初始状态, 运棉车开出机械装置, 完成本次运棉车籽棉回潮率的测量, 等待下次测量, 设备操作流程如图5。

2 物理样机的实现

籽棉回潮率自动测量装备物理样机的实现, 主要包括机械装置及其控制系统的搭建。机械装置的机架采用80×80×5的型钢制成, 丝杠采用45号钢制成, 螺母采用35号钢制成, 其余零部件采用普通碳钢制成, 驱动电机采用Y系列三相异步电动机Y90S-4:额定功率1.1千瓦、满载转速1400转/分钟、额定转矩2.3牛米, 减速器采用微型蜗轮蜗杆减速器NMRV-063-7.5-DZ1-Y1.1KW-4P-B1:中心距为63毫米、速比为7.5、单输出形式。根据Solidworks设计模型, 输出机械装置工程图纸, 进行零部件的加工制作, 在此基础上完成了机械装置的安装、调试。

机械装置控制系统从PLC、交流接触器、熔断器、行程开关等硬件选择, 到电机控制原理图、I/O分布与外部接线图的绘制, 以及控制系统实现程序的编写, 实现了控制系统硬件的搭建。

集成机械装置及其控制系统, 完成籽棉回潮率自动测量装备物理样机的搭建 (图6) , 测量装备的外形尺寸如表1。

3 试验研究

3.1 试验目的

试验研究是机械设计、加工制作、安装调试、改进优化必不可少的组成部分之一。籽棉回潮率自动测量装备的设计以采集效率高、可靠性高为目的, 本次试验的目的是检验籽棉回潮率自动测量装备的单车测量时间、测量精度等性能参数是否满足技术要求。

3.2 试验准备与条件

(1) 本次试验所采用的仪器、仪表应首先检验是否符合试验所需精度, 其次应检验所用仪器仪表是否合格并在有效的使用期限内。测试用主要仪器仪表见表2。

(2) 空载 (无实物) 试验时应保证机械装置内无人员或其他障碍物, 以免伤人伤物和损坏设备。

(3) 满载 (有实物) 时, 满载运棉车车厢尺寸应满足表3。

(4) 对测试期间出现的一切异常现象, 均应详细记录。

(5) 试验条件如表4。

3.3 试验方法

目前国内未见籽棉回潮率自动测量装备试验方法行业标准, 本试验方法的设计参考G B/T5667-2008《农业机械生产试验方法》以及GB/T5262-2008《农业机械试验条件测定方法的一般规定》, 同时结合籽棉回潮率自动测量装备的结构特点、工作原理、设计参数以及作业性能, 制订籽棉回潮率测量装备试验方法。选择单车测量时间、测量精度作为试验指标。

3.3.1 单车测量时间

单车测量时间是指本次运棉车从停至于测量装置下至测量完毕开出测量装置时所需的时间。该时间影响到装置是否能满足实际生产需求, 单车测量时间单位为秒。

3.3.2 测量精度

测量精度是指整机采用机械驱动讲采集仪器插入运棉车内测量的结果与手动插入测量存在的差异, 测量精度可按式 (1) 进行计算。

式中:a为测量精度 (%) ;A为机械驱动测量值 (%) ;A0为手动驱动测量值 (%) 。

3.4 试验结果分析

在前期空载调试 (图7) , 确定整机性能无误后, 进行了测量装备的验证试验 (图8) 。

本次验证性试验共进行了20组, 单车测量时间和测量精度的试验数据如表5和表6。

根据试验数据分析计算, 可得整机性能参数 (表7) 。

试验结果表明: (1) 集成机械装置、机械装置控制系统以及信息管理系统的籽棉回潮率自动测量设备是切实可行的, 且采集效率高、运行可靠, 能够实现运棉车内籽棉回潮率多点多层次的测量, 提高了采集效率、降低了劳动强度。 (2) 整机的实际性能指标能够满足理论设计的要求, 验证了理论设计的可行性。

4 结论

本研究基于籽棉回潮率自动测量装备的虚拟样机的结构设计和性能分析, 进行了物理样机的搭建;为验证理论设计的可行性 (技术要求:单车测量时间≤240秒, 测量精度≥98%) 和整机工作性能参数的确定, 严格按照整机操作规程, 以技术要求的两个指标为试验指标, 进行了试验研究, 试验结果表明:单车测量时间为228秒, 测量精度为98.9%, 满足设计要求, 验证了理论设计的可行性, 为整机性能的进一步优化, 实现籽棉回潮率的自动化和智能化的测量具有重要意义, 为将研究成果最终推向市场奠定了基础。

摘要：为探索籽棉回潮率自动测量装备的工作性能, 结合前期虚拟样机的结构设计和性能分析, 完成了籽棉回潮率自动测量装备物理样机的搭建;按照整机操作规程, 以单车测量时间和测量精度为试验指标, 进行了整机性能试验研究, 试验结果表明:单车测量时间为228秒, 测量精度为98.9%, 该装备的研究对提高测量效率、减轻劳动强度, 实现籽棉回潮率的自动化和智能化测量具有重要意义。

试验测量 篇8

射频耐高压是射频连接器的重要参数,是判断射频连接器在射频高电压状态下能否避免绝缘击穿的主要依据。 在美国军用标准MIL-C-39012射频连接器系列标准的各次版本中均对射频连接器射频耐高压的技术指标和试验方法作出了规定。我国的军用标准GJB 681A—2002射频同轴连接器通用规范以及GB/T 12272—1990射频同轴连接器耐射频高电位电压测试方法中也均对其试验方法作出了规定。在实际测试过程中,所施加测试信号的频率和电压对测试结果有重要的影响,因此有必要对上述两项参数进行测量不确定度的分析。

1 测试原理

在美国军用标准MIL-C-39012中规定射频高压的测试频率为5～7 MHz,该频率范围内任意一个固定频率均可作为测试频率。射频电压源应稳频,信号波形应是谐波含量最小的纯正弦波。测试原理如图1所示,其等效电路如图2所示。

图1中的高频变压器次级圈等效为图2中的电阻R和电感L的串联,C2为被测件的电容,图2中输入端的导纳Y为:

undefined

式中ω为该电路的谐振角频率,ω=2πf0,f0为谐振频率,其发生谐振的条件为:

undefined

由式(2)可解得谐振频率为:

undefined

为了使被测电容C2的大小对谐振频率的影响尽可能小,要求C1 >> C2,一般取C1=(8～12)C2。

在实际试验过程中,将射频连接器两端各接上约50 mm长的电缆,并将射频连接器插合成对。然后将此组件接入如图1所示的高阻抗电路或与此等效的电路内,并在连接的中心接触件和外导体之间瞬时加上相关详细规范规定的射频电压,并根据击穿指示和漏电流来判断试验结果。

2 测量不确定度的分析和计算

测量不确定度是表征合理地赋予被测量值的分散性, 是与测量结果相关的参数。以标准偏差表示的测量不确定度称为标准不确定度。测量不确定度的A 类评定是采用对观测列进行统计分析的方法,以实验标准偏差表征。测量不确定度的B类评定是指用任何非统计方法对测量不确定度进行的评定,即除了A类评定之外的所有其他方法都称为B类评定。B类测量不确定度的来源一般有:以往的观测数据、技术资料和对测量仪器特性的了解和经验,技术说明书、校准证书、检定证书等。

射频高压试验过程中最主要的两个参数是射频电压(有效值)和射频频率。我们以中国电子科技集团公司第二十三研究所研制的RF-3500型射频高压试验装置为例,对上述两个参数进行测量不确定度分析。根据贝塞尔法,在测试过程中射频电压和射频频率均由数字示波器配合高压探头直接获得,因此射频电压和射频频率的数学模型为:

y=X0 (4)

式中y为输出量;X0为射频电压有效值时,其单位为kV;X0为射频频率时,其单位为MHz。

在试验过程中,我们将数字示波器视为被测件,通过高压探头,直接接入射频高压试验装置。测试过程中可能引入测量不确定度的因素有:重复测量误差、射频高压试验装置误差、分辨率误差、示波器误差、示波器上级传递误差。

2.1 A类测量不确定度

参照JJF 1059—1999《测量不确定度评定与表示》,A类测量不确定度的计算用统计方法计算并按单次测量标准差值S表示。在此,我们选取典型电压的有效值为0.5 kV、1.0 kV、2.0 kV、3.5 kV;频率为5.7 MHz;用数字示波器和高压探头对射频高电位耐压试验装置在重复条件下(测量设备、测试人员相同,每次测量均重新接线、开关复位、关闭电源等),连续重复测量10次。计算单次试验标准差(即A类测量不确定度uA)的贝塞尔公式为:

undefined

式中xi为单次测量值,undefined为算术平均值,n为测量次数。测试结果如表1所示。

2.2 B类测量不确定度

B类测量不确定度是用非统计方法得到的,它主要由标准表误差引起的测量不确定度分量、上级标准表检定结果引起的测量不确定度分量以及分辨率引起的测量不确定度分量合成。各项B类测量不确定度来源所对应的B类测量不确定度uBj为:

undefined

式中uj为各项B类测量不确定度分量,bj为置信概率为99.73%条件下的各项B类测量不确定度分量的误差限,kj为各项B类测量不确定度分量的分布系数,cj为各项B类测量不确定度分量的传播系数。根据JJF 1059—1999《测量不确定度评定与表示》,示波器的误差为正态分布,其分布系数kj=3(置信概率取99.73%);示波器的传递误差为均匀分布,其分布系数undefined;射频高压试验装置的误差为均匀分布,其分布系数undefined;分辨率的分布系数undefined。由于各项误差均直接获得,即数学模型均为y=X0,故射频高压试验过程中各项B类测量不确定度分量的传播系数cj均为1。各项来源的B类测量不确定度参见表2。

2.3 合成标准不确定度和扩展不确定度

合成标准不确定度是各标准不确定度分量的合成,它是测量结果标准偏差的估计值。当各项不确定度相互独立时,合成标准不确定度uc与各项不确定度的关系为:

undefined

射频电压的A类测量不确定度取其最差值,即0.34 %(3.5 kV)。影响射频电压合成标准不确定

注:1) 表中示波器误差和示波器量值上级传递误差均从所用示波器的检定证书中获得。

度的B类测量不确定度分量有:示波器垂直偏转系数误差0.30 %、电压幅度上级传递误差0.34 %、射频高压试验装置的射频电压误差2.89 %、分辨率误差0.057 %。由式(7)可得射频电压的合成标准不确定度uc(V)=2.95%。

射频频率的A类测量不确定度为0.54%。影响射频频率合成标准不确定度的B类测量不确定度分量有:示波器扫描时间系数误差0.003%、扫描时间上级传递误差0.002%、射频高压装置的频率误差2.89%。由式(7)可得射频频率的合成标准不确定度uc(f)=2.94%。

扩展不确定度是确定测量结果区间的量,合理赋予被测量之值分布的大部分可望含于此区间,通常用U表示:

U=kuc (8)

式中k为扩展因子,通常取2～3。射频电压扩展不确定度U95(V)=2×2.95%=5.90%。射频频率扩展不确定度U95(f)=2×2.94%=5.88%。

由以上分析可知,该射频高压试验装置的射频电压扩展不确定度(5.90%)和频率扩展不确定度(5.88%)均能满足美军标MIL-C-39012中的规定(频率稳定度±10%;工作电压允许偏差(有效值)±10%)。

3 结束语

本文阐述了射频连接器射频高电位耐压试验的原理,确定了系统测量不确定度的来源,并以中国电子科技集团公司第二十三研究所研制的RF-3500型射频高压试验装置为例,科学、合理地对其测量不确定度进行了分析,对保障检测结果的准确性和可靠性有一定的意义。为业内类似产品的测量不确定度分析提供了有用的借鉴。

摘要：阐述了射频高压的试验原理,确定了系统的测量不确定度的来源,并以中国电子科技集团公司第二十三研究所研制的RF-3500型射频高压试验装置为例,结合实际测试数据给出了具体的测量不确定度分析。

关键词：测试,高电位,射频,测量不确定度

参考文献

试验测量 篇9

2012年7月18日,上海安科瑞电气股份有限公司自主研发的AGP风力发电测量保护模块,在国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心测试,对其电气安全、电磁兼容、通信规约、动模及系统等项目检测通过,并获得合格检验报告,报告编号:No JW120666。

AGP300测量保护模块具有电网解列的监测功能,丰富的保护功能,最多可达4路保护继电器输出。过频/欠频、过压/欠压、电压/电流不平衡、过载/欠载(逆功)、频率变化率、相位漂移等保护,根据时间的欠压保护A、B来实现LVRT(低电压穿越)和STI(瞬时电压中断)功能。同时集成了3路RS485接口,具有Modbus_RTU、Profibus_DP、Can Open通讯协议,方便的接入各类PLC、工控机等工控设备组成网络系统。符合GB14598.27-2008《量度继电器和保护装置第27部分:产品安全要求》、GB/T14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》等标准。

继APV光伏汇流箱进入光伏发电领域,AGP风力发电测量保护模块的研发成功,标志安科瑞产品将进一步开拓新能源领域中的风电市场。

试验测量 篇10

2012年7月18日, 上海安科瑞电气股份有限公司自主研发的AGP风力发电测量保护模块, 在国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心测试, 对其电气安全、电磁兼容、通信规约、动模及系统等项目检测通过, 并获得合格检验报告, 报告编号:NoJW120666。

AGP300测量保护模块具有电网解列的监测功能, 丰富的保护功能, 最多可达4路保护继电器输出。过频/欠频、过压/欠压、电压/电流不平衡、过载/欠载 (逆功) 、频率变化率、相位漂移等保护, 根据时间的欠压保护A、B来实现LVRT (低电压穿越) 和STI (瞬时电压中断) 功能。同时集成了3路RS485接口, 具有Modbus_RTU、Profibus_DP、Can Open通讯协议, 方便的接入各类PLC、工控机等工控设备组成网络系统。符合GB14598.27-2008《量度继电器和保护装置第27部分:产品安全要求》、GB/T14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》等标准。

继APV光伏汇流箱进入光伏发电领域, AGP风力发电测量保护模块的研发成功, 标志安科瑞产品将进一步开拓新能源领域中的风电市场。