毛 爽，米 征，張永興

（中國飛機強度研究所，陜西?西安?710065）

在飛機結(jié)構(gòu)強度試驗中，由于經(jīng)常使用測力傳感器來測量對飛機結(jié)構(gòu)施加的力載荷，因此測力傳感器的準確性和可靠性直接關(guān)系到試驗載荷施加是否準確，以及試驗運行是否安全可靠[1-2]。文獻[3]證明了測力傳感器分路校準方法在飛機結(jié)構(gòu)強度試驗中校準精度更高。文獻[4]從計量檢定、試驗應(yīng)用角度出發(fā)，結(jié)合單臂電橋分路校準原理和試驗數(shù)據(jù)驗證得到校準電阻與分路校準值之間的近似反比例關(guān)系，進而提出了一種可以使用固定校準電阻來匹配不同測力傳感器的分路校準改進方法，并在飛機結(jié)構(gòu)強度試驗中得到驗證，減少了試驗更換電阻帶來的工作量，同時減少了校準電阻的種類，提高試驗運行效率。

本文采用八線制接法[5]，忽略線纜故障等影響[6]，針對文獻[4]提出的測力傳感器分路校準改進方法，對分路校準誤差進行深入研究，以單臂惠斯通電橋為例，理論推導得到校準電阻與校準誤差的關(guān)系，分析得到不同的校準電阻對校準誤差的影響，以及校準誤差變換趨勢和范圍，并通過試驗驗證了理論分析結(jié)論的正確，為驗證該改進方法的準確性和可行性提供了重要理論依據(jù)，對該改進方法在飛機結(jié)構(gòu)強度試驗中的應(yīng)用有參考指導意義。

1 分路校準改進方法原理

本文以簡單的單臂電橋為例，其分路校準原理如圖1所示，惠斯通電橋的輸出電壓如公式（1）所示[7-8]。

圖1 ??惠斯通電橋分路校準圖

當電橋接入校準電阻時，電壓輸出就是分路校準值，由分路校準的支路分流原理推導可得分路校準值U0校準為：

其中，R校準為校準電阻，R為電橋電阻，Ui為激勵電壓。

根據(jù)文獻[4]的結(jié)論，可以得到校準電阻與分路校準值的反比例關(guān)系，即如下公式：

2 分路校準的誤差分析

基于上述的測力傳感器分路校準改進方法，本文主要針對分路校準誤差進行研究，理論分析不同校準電阻與校準誤差之間的關(guān)系，分析更換校準電阻導致的校準誤差變化的趨勢和范圍，為證明該方法的準確性和可行性提供理論依據(jù)。

2.1 分路校準誤差的定義

在飛機結(jié)構(gòu)強度試驗中，測力傳感器的分路校準誤差E是指在試驗加載協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中使用與計量檢定相同阻值的校準電阻進行分路校準，得到實際分路校準值U0實際與計量檢定期望值U0期望之間的相對誤差，該誤差是由校準電阻精度差異導致的。因此，分路校準誤差E可以表示為：

2.2 校準電阻與校準誤差的關(guān)系

根據(jù)測力傳感器的計量檢定結(jié)果，假設(shè)計量檢定中使用的校準電阻為R校準=R0，R0為高精度電阻，得到分路校準期望值U0校準=U0期望。

在飛機結(jié)構(gòu)強度試驗中，使用相同阻值的校準電阻R1=R0，得到試驗的實際分路校準值為U0校準=U01。

根據(jù)公式（1）可以得到：

根據(jù)公式（3）可以得到分路校準誤差E1為：

當使用改進方法時，校準電阻R2≠R0，同理可以得到分路校準值U02和校準誤差E2為：

根據(jù)分路校準改進方法原理，即公式（2），還可以得到：

聯(lián)立公式（4）～（8），可以得到改進方法更換校準電阻后的誤差E2為：

或者校準誤差變化值ΔE可以表示為：

2.3 分路校準誤差的定義

在飛機結(jié)構(gòu)強度試驗中，通過分析公式（10）可以得到改進方法使用前后的校準誤差變化值與校準電阻變化值的關(guān)系，取E1=±1.0%，R=350 kΩ，如表1、表2所示。

表1 ??校準誤差變化ΔE理論值（E1=1.0%）

表2 ??校準誤差變化ΔE理論值（E1=-1.0%）

根據(jù)公式（10）和表1、表2，可以得出如下結(jié)論：

（1）ΔR校準與ΔE之間存在正相關(guān)關(guān)系：

當 ΔR校準＞0時，ΔE＞0；

當 ΔR校準＜0時，ΔE＜0；

當 ΔR校準=0時，ΔE=0；

且ΔR校準增大，ΔE也隨之增大，反之，ΔR校準減小，ΔE也隨之減小。

（3）根據(jù)試驗要求的測力傳感器分路校準誤差在±1%以內(nèi)的要求，則由結(jié)論（2）可得到，使用改進方法后的校準誤差可能會變成±1.51%以內(nèi)。

3 試驗驗證

為驗證上述結(jié)論，選取某量程為40 kN的測力傳感器，其計量標定中使用的校準電阻R0為80 kΩ，分路校準期望值為7.698 V，換算工程力期望值為30792 N[4]。在試驗中得到實際分路校準值為30595 N，校準誤差為-0.64%。

在試驗中，使用改進方法進行分路校準，根據(jù)公式（2）和公式（10）可以得到更換電阻后的分路校準期望值U02期望和校準誤差變化ΔE理論值，如表3所示。

表3 ??校準誤差變化ΔE理論值

根據(jù)測力傳感器分路校準改進方法，通過試驗更換不同的校準電阻，得到實際的分路校準誤差E2和校準誤差變化ΔE實際值，如表4所示。

表4 ??校準誤差變化ΔE實際值

由表4可知，采用改進方法得到的分路校準誤差ΔE變化趨勢符合理論分析結(jié)論（1）。ΔE的實際值均小于理論值，符合理論分析結(jié)論（2），這充分證明該改進方法的準確。通過大量的試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，改進方法會導致校準誤差超過1%，但從未超過1.51%，可以證明滿足結(jié)論（3）的理論分析結(jié)果。上述結(jié)論可以證明，該改進方法理論分析結(jié)論與試驗結(jié)論一致，充分證明了該方法的準確，滿足飛機結(jié)構(gòu)強度試驗對測力傳感器分路校準的使用要求。

4 結(jié)????論

本文以飛機結(jié)構(gòu)強度試驗中的測力傳感器分路校準改進方法為研究對象，對分路校準誤差進行深入研究?；趩伪刍菟雇姌虻姆致沸试?，分析不同校準電阻對校準誤差的影響，理論分析得出校準誤差變化值與校準電阻變化值的正相關(guān)關(guān)系。進而得到改進方法變更電阻導致的校準誤差變化趨勢和變化范圍，并通過試驗數(shù)據(jù)驗證了理論分析結(jié)論，證實了該改進方法的誤差變化值均小于理論值，為驗證該改進方法的準確性和可行性提供了重要理論依據(jù)。更換校準電阻導致校準誤差的變化趨勢和范圍的確定，對該改進方法在飛機結(jié)構(gòu)強度試驗中的應(yīng)用有參考指導意義。