文献综述
1.研究背景和意义
固体火箭发动机在进行地面试验之前,必须对火箭发动机上传感器进行原位标定[1]。对于测力传感器,为提高测量精度,一般常采用原位标定方法考核期性能指标[2]。原位静态标定是指在试验台现场正常安装的条件下用高一精度传感器即标准传感器对工作传感器进行比对标定[3]。单独取下传感器标定时传感器只受重力作用,固定在工作位置的传感器受力复杂多变,两种标定环境得到的传感器特性完全不同,所以火箭发动机上必须在工作位置直接原位标定。
我国自1976年南京理工大学研制出第一台火箭发动机六分力试验台至今,一直采取原位静态标定的方法对六分力测试系统进行标定[4]。原位静态标定的方法在实际操作中,标准压力的加载靠人工读取,存在人工误差[5];同时液压加载装置微调压力困难,操作繁琐;一般3个人员花费8 h才能准确完成一个大吨位火箭发动机六分力试验台的原位静态标定,耗时耗力。而原位标定工作又必须在地面试验前24 h完成,如果前一天没有完成标定工作,那么会影响第二天的发动机实验进程。火箭发动机的静态标定方法是巨大的人力资源和劳动时间的浪费[6]。
所以对新型便捷的传感器标定方法的研究是当今火箭发动机技术发展的重要课题[7]。本文以大吨位(可承受250kN载荷)火箭发动机六分力试验台原位标定为研究背景,基于静态标定原理提出一种自动标定的方法。该方法改变传统静态标定采用的力源加载和数据采集方式,能免去人工误差,同时方便操作。利用Labview软件结合大吨位标准加压装置搭建了一个自动标定系统并开展实验,探究如何确保系统的标定精度在1%内。自动标定的方法对节约火箭发动机实验成本有重要意义。
- 传感器标定系统介绍
2.1自动标定方法原理
静态标定方法的原理是相同时刻,对标准和待标传感器施加一明确大小的力值，根据待标传感器输出电压值与标准传感器输出值之间的误差大小判断待标传感器性能是否合格[8]。自动标定方法思路在静态标定方法上改进,仍选用标准传感器标定待标传感器,改变了力源加载方式：力值的选择不再是精确到某一数值的静态加载,而是直接从0连续加载到最大量程或从最大量程连续卸载至0, 这一加载方式解决了操作繁琐的问题;改变了数据采集内容从力源为0时开始采集数据直至单行程完成, 不再单一采集某一时刻的输出值,软件直接输出力源加载过程中的实时曲线,工作人员只需要在开始和停止时操作电脑,省时省力;并且在数据采集停止后自动实时输出这单行程的标定结果和实验曲线,消除了人工误差。
自动标定方法的思路重点在于验证力源连续加载的方式对标定精度是否有影响,以及设计合适的软件,完成连续采集数据后自动选出准确标定值的任务。因此,设计一套自动标定系统,应用于力传感器,验证力源加载方式对标定精度是否影响,并探究其他可能影响系统可靠性的因素。
2.2自动标定系统设计
设计自动标定系统,由硬件和软件两部分组成。硬件部分:加压装置、待测元件、数采装置。软件部分是自动标定程序,负责选值和数据处理。自动标定系统结构图如图1所示[9]。
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