飞机导管应变片贴片位置误差对测量结果的 影响及修正
2019-09-10陈佰成
陈佰成
摘 要：导管是飞机液压系统的重要组成部分，使用应变片测量导管的应力应变。实际操作中，应变片粘贴位置不可避免会产生粘贴误差，影响测量结果。因此，将通过实验分析导管应力应变测量中应变片粘贴误差对测量结果的影响及修正方法。
关键词：导管;应变测量;误差分析;结果修正
中图分类号：V267.4 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）01-0046-02
Effect of Position Error of Aircraft Tube Strain Gauge
Patch on Measurement Results and Correction
CHEN Baicheng
（Shenyang Aircraft Industry （Group） Co.， Ltd.，Shenyang Liaoning 110034）
Abstract： Catheter is an important part of aircraft hydraulic system. Strain gauge is used to measure stress and strain of catheter. In practical operation， the sticking position of strain gauge will inevitably produce sticking error， which will affect the measurement results. Therefore， this paper analysed the influence of strain gauge sticking error on the measurement results and the correction method in the stress and strain measurement of ducts through experiments.
Keywords： catheter;strain measurement;error analysis;result correction
飛机液压导管的交变应力测量通过粘贴应变片实现。实际操作中受粘贴条件限制，应变片粘贴不可避免会产生轴向偏移、径向偏移或角度偏转，影响应变测量精度。吕凡任[1]等对管状杆件应力应变测量中应变片粘贴位置对测量结果的影响进行了理论分析，提出了测量结果误差可以接受的条件下应变片的粘贴要求，但没有提出管状杆件应变测量中应变片粘贴有误差时测量数据的修正方法。针对这一问题，本文以外径12mm、壁厚1mm、泊松比为0.3的1Cr18Ni10Ti材料的导管为例，使用电阻箔式应变片，通过实验方法分析粘贴误差对测量结果的影响，并提出了修正公式。
1 实验
本次试验按照技术要求在距管嘴5mm处沿轴向粘贴一应变片作为标准应变片，然后分别沿轴向、径向粘贴多个轴向偏移、径向偏移和偏转应变片。向导管施加力使导管弯曲，然后记录标准应变片和多个偏移不同的应变片的微应变（单位：[με]），并使用MATLAB软件计算偏移量和粘贴误差之间的误差。
2 结果与分析
2.1 应变片轴向偏移对测量结果的影响及修正公式
从距导管嘴5mm起，沿轴向依次粘贴4个应变片，其轴向偏移量L分别为0、6、12和18mm。从距管嘴最近的应变片依次编号，分别为[ε轴0]、[ε轴6]、[ε轴12]、[ε轴18]。给导管施加力矩，同时测量4个应变片的微应变。测量结果如图1所示。
<F：＼欢欢文件夹＼201904＼河南科技201901＼河南科技（创新驱动）2019年第01期_103595＼Image＼image11.tiff>[-100 0 100 200 300 400 500 600 700][标准测量值/[με]][600
500
400
300
200
100
0][轴向偏移测量值/[με]][轴向偏移6mm][轴向偏移12mm][轴向偏移18mm]
图1 轴向偏移不同距离微应变数值
从图1可以看出：轴向偏移测量值[ε轴6]、[ε轴12]、[ε轴18]和标准测量值[ε轴0]之间近似成线性关系。通过MATLAB进行一次多项式处理并简化公式，可得：
[ε轴6=0.911ε轴0ε轴12=0.820ε轴0ε轴18=0.754ε轴0] （1）
以轴向偏移量[L]为自变量，以误差系数[β轴]为因变量，通过MATLAB用一次多项式处理，可得：
[β轴=-0.013L+0.985] （2）
轴向偏移量[L]应变误差修正公式为：
[ε轴修=ε测-0.013L+0.985] （3）
实验测量中，如果应变片粘贴出现轴向偏移，测量结果可以用式（3）修正。
2.2 应变片径向偏移对测量结果的影响及修正
距导管5mm，沿径向依次粘贴5个应变片，其径向偏移角度[α]分别为0°、38°、76°、114°和152°。给应变片依次编号，分别为[ε径0]、[ε径38]、[ε径76]、[ε径114]、[ε径152]。给导管加载，同时测量5个应变片的微应变。测量结果如图2所示。
<F：＼欢欢文件夹＼201904＼河南科技201901＼河南科技（创新驱动）2019年第01期_103595＼Image＼image31.tiff>[600
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300
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0
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-200
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-400
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-600
][径向偏移测量值/[με]][-100 0 100 200 300 400 500 600 700 800][标准测量值/[με]][径向偏移38°][径向偏移76°][径向偏移114°][径向偏移152°]
图2 径向偏移不同角度微应变数值
从图2可以看出：径向偏移测量值[ε径38]、[ε径76]、[ε径114]、[ε径152]和标准测量值[ε径0]之间近似成线性关系。通过MATLAB进行一次多项式处理并简化公式，可得：
[ε径38=0.746ε径0ε径76=0.155ε径0ε径114=-0.350ε径0ε径152=-0.706ε径0ε径180=-1.000ε径0] （4）
以径向偏移角度[α]为自变量，以误差系数[β径]为因变量，通过MATLAB用一次多项式数据处理，可得：
[β径=-0.012α+1.059] （5）
径向偏移角度为[α]的应变误差修正公式为：
[ε径修=ε测-0.012α+1.059] （6）
实验测量中，如果应变片粘贴出现径向偏移，则测量结果可以用式（6）修正。
2.3 应变片偏转对测量结果的影响及修正
由于应变片存在横向效应，当应变片偏转角度达到临界值时，横向效应可达无穷大。当应变片偏转角度小于40°时，横向效应带来的误差较小[2]。
根据径向偏移测量结果，径向偏移180°的应变片测出结果与主应变片方向相反、数值相等。在主应变片径向偏移180°的位置粘贴偏转12°、27°的应变片，然后给导管加载，分别测得不同偏转角度的应变片的微应变，编号[ε角0]、[ε角12]、[ε角27]，测量结果如图3所示。
<F：＼欢欢文件夹＼201904＼河南科技201901＼河南科技（创新驱动）2019年第01期_103595＼Image＼image45.tiff>[偏转角度12°][偏转角度27°][300
200
100
0][偏转测量值/[με]][0 100 200 300 400][标准测量值/[με]]
图3 偏转不同角度的微应变数值
通过MATLAB进行一次多项式处理并简化公式，可得：
[ε角12=0.909ε角0ε角27=0.606ε角0] （7）
以偏轉角度[δ]为自变量，以误差系数[β角]为因变量，通过MATLAB用余弦式数据处理，可得：
[β角=0.996cos（1.948δ）] （8）
偏转角度为[δ]的应变误差修正公式为：
[ε角修=ε测0.996cos（1.948δ）] （9）
实验测量中，如果应变片粘贴出现角度偏转，则测量结果可以用式（9）修正。
3 结论
本文考察了测量飞机导管应变时应变片位置偏移对测量结果的影响，对于材料类型为1Cr18Ni10Ti的导管，得出如下结论。
①应变片粘贴轴向偏移量不大于18mm时，每偏移1mm，测量结果误差增大1.38%，结果修正采用式（3）处理。
②应变片粘贴径向偏移角度不大于40°时，偏移角度越大，误差越大。每偏移1°时，测量结果误差增大1.09%，结果修正可以采用式（6）处理。
③应变片粘贴偏转角度不能大于40°，且偏转角度越大，测量误差越大。在偏转角度不大于40°时，每偏转1°，测量结果误差增大0.46%，结果修正采用式（9）处理。
参考文献：
[1]吕凡任，邵红才，陈丰，等.管状杆件应变片测量误差分析[J].长江科学院报，2017（7）：140-143.
[2]王重华.应变片测量的横向效应误差振动[J].测试与诊断，1984（2）：32-36.
