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    測力傳感器校準誤差來源分析

    發布時間:2019-11-27 16:39:20 |來源:網絡轉載

    1  引 言
    結構強度試驗加載過程中,協調加載系統通過控制液壓設備對試驗件施加載荷,測力傳感器的作用則在于:通過液壓設備與試驗件之間連接的傳力結構,測量施加在試驗件上實際力的大小并反饋至協調加載系統,形成閉環控制,來保證試驗的加載精度。試驗控制系統配置過程中,控制工程師須通過對試驗載荷的分析,配備滿足試驗要求的測力傳感器連接至控制系統回路,且在安裝及試驗過程中須對傳感器進行校準,以確保測力傳感器實際測量的精確性。
    在協調加載控制系統中,對于傳感器理論上有靈敏度校準、分路校準、斜率校準等多種方法。對于測力傳感器,在實際應用中,目前比較成熟的技術是靈敏度計算校準,并輔以分路校驗的校準方法。該校準過程需要對相關參數反復檢查以確保準確無誤,以免由此帶來的偏差對試驗造成不可預估的后果。

    然而,由于環境、設備及人工等不穩定因素,以及試驗參數配置不當等風險,實際操作過程中,測力傳感器校準會有較大的誤差產生??刂葡到y工程師必須在試驗前對測力傳感器參數進行反復校對,出現校準誤差較大時,須對整個回路進行排查,以確保試驗的安全可靠。當引起誤差的來源不明確時,整個排故過程需要耗費大量人力物力,對試驗周期也產生一定的影響。此外,如果校準誤差不能及時有效排除,對試驗而言,也存在一定的安全隱患。

    校準誤差是衡量控制系統狀態的重要指標,因此,如何保證校準的準確及精度是目前試驗工程上重點考慮的問題之一。本文將針對校準誤差來源進行分析,以探索工程中實用的解決辦法。
     

    2  測力傳感器校準原理及誤差來源

    測力傳感器校準是指在試驗加載前,為確定傳感器的輸出值與對應的由標準所復現的量值之間關系的操作。靈敏度校準通常是其標定值理論計算結果,而外部分路校驗作為輔助但必要的手段,可以真實反映整個控制回路的實際狀況。一旦校準結果超出規定限值,則認定校準不合格,必須檢查整個控制回路進行排故,直至合格。校準及分路校驗界面如圖 1、圖2 所示。

    在實際應用中,導致校準誤差產生的因素,主要包括以下幾個方面:

    (1 )關聯設備。試驗安裝的關聯設備存在老化、靈敏度欠佳等因素導致的系統誤差。

    (2 )系統環境。包括溫度、濕度、大氣壓力、電磁干擾等其他客觀存在的因素造成的系統誤差。

    (3 )線纜故障。包括線纜過長、老化、虛焊、芯線搭接、屏蔽脫焊以及污染等問題導致的誤差。

    (4 )其他問題。包括校準電阻插錯、參數配置有誤等偶然因素導致的誤差。

    對某疲勞試驗連續20天的運行記錄作了統計。對其中產生的30次校準誤差來源進行分析,結果見表1??梢钥闯?,造成校準誤差出現的主要來源是線纜類的故障問題。



    3  降低校準誤差出錯率的方法

    針對分析 結 果,從 主 要 癥 結———線 纜 故 障 入手,制定了詳細的應對方案,簡要如下。

    (1 )對后續試驗進行前期控制系統整體規劃設計。

    (2 )按照規劃設計,合理控制線纜長度,盡可能縮短冗余長度。針對長期固定線纜,按加載部位逐一精確計算,預留合理備用長度,對同一部位的不同類別線纜也要區分計算。對舊線纜要進行篩選后重新利用及按照規劃長度,實地測量裁剪。

    (3 )針對活動線纜要進行合理的半固定處理,減少線纜接頭處的活動量及重力作用。

    (4 )設 計 合 適 的 輔 助 設 施,降 低 線 纜 的 積 壓溫度。

    (5 )合理科學規劃線纜的鋪設路徑。存有損傷隱患的部位,要采取相應的防護設施,避免水、油污染及電磁干擾等。

    (6 )制定線纜接頭焊接標準并以此驗收及測試。

    (7 )線纜標識清晰無歧義且有助于排查故障。
     

    4  試驗驗證

    為驗證上述方法的可行性和有效性,在兩個型號飛機的全機疲勞試驗中,運用了方案中確定的整體規劃布局、線纜防護、輔助設備設計及編號標識方法等。在試驗啟動后,對同時長的運行記錄中所發生的故障進行了統計和分析對比,結果如圖 3、圖4 所示??梢钥闯?,校準誤差頻次明顯下降,線纜類故障頻率大幅降低。

    通過方案的實施,一是將線纜損耗降到了最低,節約了線纜的經濟成本;二是有效降低了線纜類故障出現的頻率,從而降低了試驗中校準誤差出錯率,有效提高了試驗質量;三是有效提高了試驗速效率;四是節省了大量的人力物力;五是線纜故障得到有效抑制,同時驗證了該方案的有效性。

    5  結 論

    本文針對試驗工程中引起測力傳感器校準誤差的來源進行統計分析,提出了降低線纜故障率的可行性方案,從而有效提高了測力傳感器校準精度,大大降低了試驗風險。此外,還減少了控制系統操作人員的排故時間,提高了試驗效率,證實該方法可行。

     

    6  結 論

    本文所述結構強度試驗 PID 自整定技術對以往工程經驗整定方法是一個很好的補充。相比固定PID參數,當式(1 )中PID函數參數 a =50 , c =2 ,b = d =0.01時的自調節 PID 公式對誤差控制比工程經驗法得到的精度更高,響應更可靠, PID參數自整定方法使得試驗控制精度有較大提升,對飛機結構強度試驗的加載控制研究有較大的參考價值。

     

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