飛機載荷校準系統數采子系統現場校準方法

陶蓓

中國飛行試驗研究院，西安 710089

飛機載荷校準系統數采子系統現場校準方法

陶蓓

中國飛行試驗研究院，西安 710089

本文主要介紹了飛機載荷系統數采子系統的校準方法，并簡要分析了應變量的測量不確定度。

數采子系統；電壓；應變；不確定度

1 問題的提出

飛機載荷校準系統是一套大型的測試設備。該系統由控制子系統、數采子系統和液壓子系統等組成。其中包括20通道自動協調加載系統、512通道數據采集系統、200升/分液壓源各一套及液壓作動器20套。各部分通過電纜和油管連接成一個整體。

該套設備主要用于：飛機結構零部件及整機的載荷校準試驗、靜力試驗；剛度測量（位移傳感器測量變形）；溫度測量（結構件的環境溫度飛機結構零部件的疲勞試驗）。

由于該設備屬專用測試設備，測量參數跨越電學、熱力學等專業，且其體積龐大，無法搬運到實驗室，而且數采子系統（以下簡稱MGCPLUS系統）的精度直接影響著整套系統的運行，目前又沒有相應的校準方法，通過對其原理的分析研究，提出了以下校準方法。

2 MGCPLUS系統簡介

本系統的測試通道包括472路應變、24路電壓、8路Pt電阻、8路熱電偶。各類測試通道的技術指標分別為：

應變測試通道：M L 8 0 1（放大器）+AP815（連接適配器）的精度為±0.2%；

電壓量測試通道：ML801（放大器）+AP801（連接適配器）的精度為±0.05%；

Pt電阻溫度通道：ML801（放大器）+AP835（連接適配器）的精度為±0.05%；

熱電偶溫度通道：ML801（放大器）+AP809（連接適配器）的精度為±0.05%。

注：Pt電阻溫度通道和熱電偶溫度通道的校準在本文中不考慮。

3 校準原理及步驟

3.1 校準原理

3.1.1 校準所用設備

a) 標準模擬應變量校準器；

b) 直流電壓源或多功能校準器。

3.1.2 校準原理示意圖

采用直接測量法，設備連接如圖1所示。分別由標準模擬應變量校準器和直流電壓源或多功能校準器提供標準的應變和電壓信號輸入到應變測試通道和電壓量測試通道，由采集器MGCPLUS采集記錄校準數據，并對數據進行處理和分析，得出該通道的相應測量點的不確定度。

圖1 MGCPLUS系統校準原理示意圖

3.2 校準步驟

3.2.1 應變測試通道的校準

a）按圖1將MGCplus采集器與標準模擬應變量校準器采用全橋連接，而且盡可能采用六線連接，再與采集控制計算機正確連接，通電預熱1小時；

b）依據通道的測試量程及用戶的要求選取如下校準點0 με、100 με、200 μ ε、500με、1000με、2000με、5000 μ ε；

c）由標準模擬應變量校準器分別輸出以上應變量到某一通道，采集器MGCPLUS采集記錄實測數據。逐一對所有應變測試通道進行校準，并分別記錄實測數據；

d）交換標準模擬應變量校準器的A、C兩端，完成反向校準。

3.2.2 電壓測試通道的校準

a）按圖1將MGCplus采集器與直流標準源或多功能校準器以及采集控制計算機正確連接，通電預熱1小時。

b）依據通道的測試量程及用戶的要求均勻選取如下校準點0V、2V、4V、6V、8V、10V。

c）由多功能校準器分別輸出以上電壓信號到某一通道，采集器MGCPLUS采集記錄實測數據。逐一對所有電壓測試通道進行校準，并分別記錄實測數據。

d）將直流電壓標準源（或多功能校準器）的輸出設置反向，完成反向校準。

4 測量不確定度的評定

4.1 以應變量測試為例，首先構造其數學模型：

應變量測試通道的數學模型為

式中：

△ε—應變量的測量誤差，με；

εx—MGCPLUS數采子系統的示值，με；

ε0—標準應變量校準器的輸出值，μ ε。

4.2 測量不確定度的評定

a）讀數重復性引入的測量不確定度分量

選取一校準點1000με為評定點，對其進行7次測量,求出7次測量結果的平均值。

?

用貝塞爾公式計算其實驗標準偏差：

由于校準結果為單次測量結果，因此由讀數重復性引入的測量不確定度分量為

b）標準模擬應變量校準器的不準確引入的測量不確定度分量

標準模擬應變量校準器在1000με 的允許誤差極限為±0.05% 讀數，則區間半寬度為a=0.5 με，一般取均勻分布，，則：

c） MGCplus系統面板指示表的分辨力引入的測量不確定度分量

MGCplus系統面板指示表在1000με時的 分辨力為0.001 με，其區間半寬度為a=0.001 με/2=0.0005 με ，取均勻分布，，則：

d）當時的環境條件滿足測試需求，故環境條件引入的測量不確定度分量可忽略不計。

以上各分量獨立且互不相關，則應變量測試通道在1000με時的合成標準不確定度為：

擴展不確定度（k=2）：

應變量校準結果的表達：

電壓測試通道的不確定度分析可參考應變測試通道的不確定度分析。

5 校準時應注意的問題

a）校準所用設備的準確度至少應為被校準參數準確度的1/3；

b）檢測應變參數時，組橋類型最好為全橋；

c）對應變量采集通道進行校準時，應變電橋激勵電壓的測試反饋補償很重要，因此校準試驗或測試應變試驗中盡可能采用六線連接，以保證精度；

d) 校準或試驗過程中地線一定要采用電阻小的導線，接地電阻要小于4 Ω。

6 結束語

本文提出的校準方法解決了飛機載荷校準系統數采子系統的現場校準問題，在實際運用中得到了有效的驗證，取得了較好的效果。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.12.024