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CN111623954A - 一种风洞天平电桥故障检测方法 - Google Patents

一种风洞天平电桥故障检测方法 Download PDF

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CN111623954A CN202010367404.XA CN202010367404A CN111623954A CN 111623954 A CN111623954 A CN 111623954A CN 202010367404 A CN202010367404 A CN 202010367404A CN 111623954 A CN111623954 A CN 111623954A
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刘森
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Abstract

本发明属于风洞测试技术领域，提供了一种风洞天平电桥故障检测方法。通过分别测量天平在正常状态时和出现故障之后的电桥四个外引线每两个之间的电阻，并根据串并联电路电阻计算公式得到六个方程组，再利用最小二乘法求解非线性方程组的数值解，得到每个电桥上的应变片的在天平正常时和出现故障之后的变化量，从而确定天平电桥故障位置。

Description

一种风洞天平电桥故障检测方法
技术领域
本发明涉及一种风洞天平电桥故障检测方法，属于风洞测试技术领域。
背景技术
应变片片受到载荷后产生变形时，将引起电电阻值的变化，这种电电阻值的变化要通过测量电桥转化为电信号。
应变天平使用的测量电桥是惠斯通电桥。应变天平的惠斯通电桥一般采用直流电源，恒压供电，将应变片片的电阻变化值转换为电压变化值。惠斯通电桥具有灵明度高、测量范围宽、电路结构简单、测量精度高与容易补偿等优点。
暂冲式风洞中天平所受到的冲击大，模型天平系统振动幅度大、频率高，以及试验过程中载荷过大等因素都可能造成天平电桥上的应变片的损坏，如胶层或应变片发生了不可恢复的损伤、焊点质量、漆包线表面破损导致整个电桥绝缘度降低等原因。使天平的零点发生很大的变化，甚至超出数据采集系统的量程，从而使天平不能准确的测量出所受到的载荷。当天平电桥发生故障时，天平维修人员需要对整个电桥的每个位置进行逐一排查以确定故障位置，工作难度大，需要时间长，占用了大量宝贵的风洞试验时间。
为解决传统方式检测天平电桥故障难度大、效率低的问题，本发明提出的一种风洞天平电桥故障检测方法，实现了天平电桥故障位置的快速精确定位。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种风洞天平电桥故障检测方法，简化了故障排查的方式，提高了效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种风洞天平电桥故障检测方法，所述的风洞天平电桥包括四个桥臂，每个桥臂上粘贴应变片；方法步骤如下：
在天平正常状态时，利用导线将天平本体与大地相连，测量四个外引线每两个之间的电阻；根据串并联电路电阻计算公式得到六个方程组，求解非线性方程组的数值解得到天平正常状态时各个桥臂上应变片的电阻值；
在天平出现故障后，同样利用导线将天平本体与大地相连，测量四个外引线每两个之间的电电阻值；根据串并联电路电阻计算公式得到六个方程组，求解非线性方程组的数值解得到天平故障状态时各个桥臂上应变片的电阻值；
根据天平故障状态和正常状态下各个桥臂应变片的电阻值变化量，确定出现故障的应变片所在的桥臂。
优选的，假设天平四个外引线分别为a和b、c和d；测量外引线a和b、a和c、a和d、b和c、b和d、c和d两端的电阻分别为Rab、Rac、Rad、Rbc、Rbd、Rcd；则根据串、并联电路电阻的计算公式得
Figure BDA0002477076050000031
Figure BDA0002477076050000032
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Figure BDA0002477076050000034
Figure BDA0002477076050000035
Figure BDA0002477076050000036
优选的，利用最小二乘法求解非线性方程组的数值解。
进一步的，当出现故障的桥臂上粘贴有多个应变片时，将该桥臂上的每个应变片与电桥断开连接，进而单独测量每个应变片的具体电阻值，从而确定发生故障的应变片。
进一步的，对发生故障的应变片通过检查应变片质量、应变片粘贴工艺消除天平故障。
本发明的优点是：
本发明只需要分别测量天平在正常和故障两种状态时，电桥的四个外引线每两个之间的电阻值，再利用编写的计算程序计算出每个桥臂上应变片的电阻值变化量，就可以确定发生故障的应变片所在的桥臂，避免了维修人员通过对整个电桥的各个位置进行人工检测来确定发生故障的应变片所在桥臂的麻烦。降低了天平维修人员的劳动强度，为风洞试验节省了宝贵的时间。
附图说明
图1为典型常规风洞天平示意图；
图2为惠斯通全桥原理电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
本发明提供了一种风洞天平电桥故障检测方法。如图1所示，为一支具有六个分量也即六个电桥的典型常规风洞天平，包括应变片1、接线端子2、天平内引线3、天平本体4、天平外引线5电阻值等。如图2所示，每个电桥由四个桥臂，每个桥臂由若干个应变片组成，通常情况下为一片或两片，这取决于天平的具体结构形式。当天平电桥发生故障时，天平维修人员需要对整个电桥的每个位置进行逐一排查以确定故障位置，受到风洞上工作环境的限制，排查难度大，需要时间长，占用了大量宝贵的风洞试验时间。
本方法通过分别测量天平在正常和故障两种状态时，电桥的外引线每两个之间的电阻值，再利用最小二乘法求解非线性方程组的数值解得出每个桥臂上应变片的电阻值变化量，就可以确定发生故障的应变片所在的桥臂。
一种风洞天平电桥故障检测方法，其测量原理和检测步骤如下所述：
天平外引线5其中两个是电源线，工作时用来与供电电源连接，另外两个是信号线，工作时用来与数据采集系统连接。在天平正常状态时，利用导线将天平本体与大地相连。如图2所示，分别测量外引线a和b、a和c、a和d、b和c、b和d、c和d两端的电阻Rab、Rac、Rad、Rbc、Rbd、Rcd。根据串、并联电路电阻的计算公式得
Figure BDA0002477076050000051
Figure BDA0002477076050000052
Figure BDA0002477076050000053
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Figure BDA0002477076050000055
Figure BDA0002477076050000056
利用最小二乘法求解上述非线性方程组的数值解，求解在matlab上实现，结果得到R1、R2、R3和R4的数值解。
当天平出现故障后，同样利用导线将天平本体与大地相连。再次分别测量外引线a和b、a和c、a和d、b和c、b和d、c和d两端的电阻R'ab、R'ac、R'ad、R'bc、R'bd、R'cd。根据串、并联电路电阻的计算公式
Figure BDA0002477076050000061
Figure BDA0002477076050000062
Figure BDA0002477076050000063
Figure BDA0002477076050000064
Figure BDA0002477076050000065
Figure BDA0002477076050000066
同样利用最小二乘法求解上述非线性方程组的数值解，结果得到R1'、R'2、R3'和R'4的数值解。
出现故障后各电桥的电阻值与正常状态下各电桥的电阻值的差为
ΔR1＝R'1-R1
ΔR2＝R'2-R2
ΔR3＝R'3-R3
ΔR4＝R'4-R4
当某个应变片的电阻变化量ΔR超过了生产厂商所规定的合理变化区间，就可以确定是发生故障的应变片。根据事先的编号就可以快速找到其位置，对该应变片进行重新粘贴更换、消除天平故障。对发生故障的应变片通过检查应变片质量、应变片粘贴工艺消除天平故障。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (5)

1.一种风洞天平电桥故障检测方法，所述的风洞天平电桥包括四个桥臂，每个桥臂上粘贴应变片；其特征在于方法步骤如下：
在天平正常状态时，利用导线将天平本体与大地相连，测量四个外引线每两个之间的电阻；根据串并联电路电阻计算公式得到六个方程组，求解非线性方程组的数值解得到天平正常状态时各个桥臂上应变片的电阻值；
在天平出现故障后，同样利用导线将天平本体与大地相连，测量四个外引线每两个之间的电电阻值；根据串并联电路电阻计算公式得到六个方程组，求解非线性方程组的数值解得到天平故障状态时各个桥臂上应变片的电阻值；
根据天平故障状态和正常状态下各个桥臂应变片的电阻值变化量，确定出现故障的应变片所在的桥臂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：假设天平四个外引线分别为a和b、c和d；测量外引线a和b、a和c、a和d、b和c、b和d、c和d两端的电阻分别为Rab、Rac、Rad、Rbc、Rbd、Rcd；则根据串、并联电路电阻的计算公式得
Figure FDA0002477076040000011
Figure FDA0002477076040000012
Figure FDA0002477076040000021
Figure FDA0002477076040000022
Figure FDA0002477076040000023
Figure FDA0002477076040000024
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：利用最小二乘法求解非线性方程组的数值解。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当出现故障的桥臂上粘贴有多个应变片时，将该桥臂上的每个应变片与电桥断开连接，进而单独测量每个应变片的具体电阻值，从而确定发生故障的应变片。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：对发生故障的应变片通过检查应变片质量、应变片粘贴工艺消除天平故障。
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