飞机载荷校准系统数采子系统现场校准方法

陶蓓

中国飞行试验研究院，西安 710089

飞机载荷校准系统数采子系统现场校准方法

陶蓓

中国飞行试验研究院，西安 710089

本文主要介绍了飞机载荷系统数采子系统的校准方法，并简要分析了应变量的测量不确定度。

数采子系统；电压；应变；不确定度

1 问题的提出

飞机载荷校准系统是一套大型的测试设备。该系统由控制子系统、数采子系统和液压子系统等组成。其中包括20通道自动协调加载系统、512通道数据采集系统、200升/分液压源各一套及液压作动器20套。各部分通过电缆和油管连接成一个整体。

该套设备主要用于：飞机结构零部件及整机的载荷校准试验、静力试验；刚度测量（位移传感器测量变形）；温度测量（结构件的环境温度飞机结构零部件的疲劳试验）。

由于该设备属专用测试设备，测量参数跨越电学、热力学等专业，且其体积庞大，无法搬运到实验室，而且数采子系统（以下简称MGCPLUS系统）的精度直接影响着整套系统的运行，目前又没有相应的校准方法，通过对其原理的分析研究，提出了以下校准方法。

2 MGCPLUS系统简介

本系统的测试通道包括472路应变、24路电压、8路Pt电阻、8路热电偶。各类测试通道的技术指标分别为：

应变测试通道：M L 8 0 1（放大器）+AP815（连接适配器）的精度为±0.2%；

电压量测试通道：ML801（放大器）+AP801（连接适配器）的精度为±0.05%；

Pt电阻温度通道：ML801（放大器）+AP835（连接适配器）的精度为±0.05%；

热电偶温度通道：ML801（放大器）+AP809（连接适配器）的精度为±0.05%。

注：Pt电阻温度通道和热电偶温度通道的校准在本文中不考虑。

3 校准原理及步骤

3.1 校准原理

3.1.1 校准所用设备

a) 标准模拟应变量校准器；

b) 直流电压源或多功能校准器。

3.1.2 校准原理示意图

采用直接测量法，设备连接如图1所示。分别由标准模拟应变量校准器和直流电压源或多功能校准器提供标准的应变和电压信号输入到应变测试通道和电压量测试通道，由采集器MGCPLUS采集记录校准数据，并对数据进行处理和分析，得出该通道的相应测量点的不确定度。

图1 MGCPLUS系统校准原理示意图

3.2 校准步骤

3.2.1 应变测试通道的校准

a）按图1将MGCplus采集器与标准模拟应变量校准器采用全桥连接，而且尽可能采用六线连接，再与采集控制计算机正确连接，通电预热1小时；

b）依据通道的测试量程及用户的要求选取如下校准点0 με、100 με、200 μ ε、500με、1000με、2000με、5000 μ ε；

c）由标准模拟应变量校准器分别输出以上应变量到某一通道，采集器MGCPLUS采集记录实测数据。逐一对所有应变测试通道进行校准，并分别记录实测数据；

d）交换标准模拟应变量校准器的A、C两端，完成反向校准。

3.2.2 电压测试通道的校准

a）按图1将MGCplus采集器与直流标准源或多功能校准器以及采集控制计算机正确连接，通电预热1小时。

b）依据通道的测试量程及用户的要求均匀选取如下校准点0V、2V、4V、6V、8V、10V。

c）由多功能校准器分别输出以上电压信号到某一通道，采集器MGCPLUS采集记录实测数据。逐一对所有电压测试通道进行校准，并分别记录实测数据。

d）将直流电压标准源（或多功能校准器）的输出设置反向，完成反向校准。

4 测量不确定度的评定

4.1 以应变量测试为例，首先构造其数学模型：

应变量测试通道的数学模型为

式中：

△ε—应变量的测量误差，με；

εx—MGCPLUS数采子系统的示值，με；

ε0—标准应变量校准器的输出值，μ ε。

4.2 测量不确定度的评定

a）读数重复性引入的测量不确定度分量

选取一校准点1000με为评定点，对其进行7次测量,求出7次测量结果的平均值。

?

用贝塞尔公式计算其实验标准偏差：

由于校准结果为单次测量结果，因此由读数重复性引入的测量不确定度分量为

b）标准模拟应变量校准器的不准确引入的测量不确定度分量

标准模拟应变量校准器在1000με 的允许误差极限为±0.05% 读数，则区间半宽度为a=0.5 με，一般取均匀分布，，则：

c） MGCplus系统面板指示表的分辨力引入的测量不确定度分量

MGCplus系统面板指示表在1000με时的 分辨力为0.001 με，其区间半宽度为a=0.001 με/2=0.0005 με ，取均匀分布，，则：

d）当时的环境条件满足测试需求，故环境条件引入的测量不确定度分量可忽略不计。

以上各分量独立且互不相关，则应变量测试通道在1000με时的合成标准不确定度为：

扩展不确定度（k=2）：

应变量校准结果的表达：

电压测试通道的不确定度分析可参考应变测试通道的不确定度分析。

5 校准时应注意的问题

a）校准所用设备的准确度至少应为被校准参数准确度的1/3；

b）检测应变参数时，组桥类型最好为全桥；

c）对应变量采集通道进行校准时，应变电桥激励电压的测试反馈补偿很重要，因此校准试验或测试应变试验中尽可能采用六线连接，以保证精度；

d) 校准或试验过程中地线一定要采用电阻小的导线，接地电阻要小于4 Ω。

6 结束语

本文提出的校准方法解决了飞机载荷校准系统数采子系统的现场校准问题，在实际运用中得到了有效的验证，取得了较好的效果。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.12.024