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测力传感器校准误差来源分析

来源:网络转载更新时间:2019-11-27 16:39:20点击次数:5119次

1  引 言
结构强度试验加载过程中,协调加载系统通过控制液压设备对试验件施加载荷,测力传感器的作用则在于:通过液压设备与试验件之间连接的传力结构,测量施加在试验件上实际力的大小并反馈至协调加载系统,形成闭环控制,来保证试验的加载精度。试验控制系统配置过程中,控制工程师须通过对试验载荷的分析,配备满足试验要求的测力传感器连接至控制系统回路,且在安装及试验过程中须对传感器进行校准,以确保测力传感器实际测量的精确性。
在协调加载控制系统中,对于传感器理论上有灵敏度校准、分路校准、斜率校准等多种方法。对于测力传感器,在实际应用中,目前比较成熟的技术是灵敏度计算校准,并辅以分路校验的校准方法。该校准过程需要对相关参数反复检查以确保准确无误,以免由此带来的偏差对试验造成不可预估的后果。

然而,由于环境、设备及人工等不稳定因素,以及试验参数配置不当等风险,实际操作过程中,测力传感器校准会有较大的误差产生。控制系统工程师必须在试验前对测力传感器参数进行反复校对,出现校准误差较大时,须对整个回路进行排查,以确保试验的安全可靠。当引起误差的来源不明确时,整个排故过程需要耗费大量人力物力,对试验周期也产生一定的影响。此外,如果校准误差不能及时有效排除,对试验而言,也存在一定的安全隐患。

校准误差是衡量控制系统状态的重要指标,因此,如何保证校准的准确及精度是目前试验工程上重点考虑的问题之一。本文将针对校准误差来源进行分析,以探索工程中实用的解决办法。
 

2  测力传感器校准原理及误差来源

测力传感器校准是指在试验加载前,为确定传感器的输出值与对应的由标准所复现的量值之间关系的操作。灵敏度校准通常是其标定值理论计算结果,而外部分路校验作为辅助但必要的手段,可以真实反映整个控制回路的实际状况。一旦校准结果超出规定限值,则认定校准不合格,必须检查整个控制回路进行排故,直至合格。校准及分路校验界面如图 1、图2 所示。

在实际应用中,导致校准误差产生的因素,主要包括以下几个方面:

(1 )关联设备。试验安装的关联设备存在老化、灵敏度欠佳等因素导致的系统误差。

(2 )系统环境。包括温度、湿度、大气压力、电磁干扰等其他客观存在的因素造成的系统误差。

(3 )线缆故障。包括线缆过长、老化、虚焊、芯线搭接、屏蔽脱焊以及污染等问题导致的误差。

(4 )其他问题。包括校准电阻插错、参数配置有误等偶然因素导致的误差。

对某疲劳试验连续20天的运行记录作了统计。对其中产生的30次校准误差来源进行分析,结果见表1。可以看出,造成校准误差出现的主要来源是线缆类的故障问题。



3  降低校准误差出错率的方法

针对分析 结 果,从 主 要 症 结———线 缆 故 障 入手,制定了详细的应对方案,简要如下。

(1 )对后续试验进行前期控制系统整体规划设计。

(2 )按照规划设计,合理控制线缆长度,尽可能缩短冗余长度。针对长期固定线缆,按加载部位逐一精确计算,预留合理备用长度,对同一部位的不同类别线缆也要区分计算。对旧线缆要进行筛选后重新利用及按照规划长度,实地测量裁剪。

(3 )针对活动线缆要进行合理的半固定处理,减少线缆接头处的活动量及重力作用。

(4 )设 计 合 适 的 辅 助 设 施,降 低 线 缆 的 积 压温度。

(5 )合理科学规划线缆的铺设路径。存有损伤隐患的部位,要采取相应的防护设施,避免水、油污染及电磁干扰等。

(6 )制定线缆接头焊接标准并以此验收及测试。

(7 )线缆标识清晰无歧义且有助于排查故障。
 

4  试验验证

为验证上述方法的可行性和有效性,在两个型号飞机的全机疲劳试验中,运用了方案中确定的整体规划布局、线缆防护、辅助设备设计及编号标识方法等。在试验启动后,对同时长的运行记录中所发生的故障进行了统计和分析对比,结果如图 3、图4 所示。可以看出,校准误差频次明显下降,线缆类故障频率大幅降低。

通过方案的实施,一是将线缆损耗降到了最低,节约了线缆的经济成本;二是有效降低了线缆类故障出现的频率,从而降低了试验中校准误差出错率,有效提高了试验质量;三是有效提高了试验速效率;四是节省了大量的人力物力;五是线缆故障得到有效抑制,同时验证了该方案的有效性。

5  结 论

本文针对试验工程中引起测力传感器校准误差的来源进行统计分析,提出了降低线缆故障率的可行性方案,从而有效提高了测力传感器校准精度,大大降低了试验风险。此外,还减少了控制系统操作人员的排故时间,提高了试验效率,证实该方法可行。

 

6  结 论

本文所述结构强度试验 PID 自整定技术对以往工程经验整定方法是一个很好的补充。相比固定PID参数,当式(1 )中PID函数参数 a =50 , c =2 ,b = d =0.01时的自调节 PID 公式对误差控制比工程经验法得到的精度更高,响应更可靠, PID参数自整定方法使得试验控制精度有较大提升,对飞机结构强度试验的加载控制研究有较大的参考价值。

 

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(此文关键词:测力传感器)
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