细直管路传感器安装中黏结剂选型研究

朱丽 王真

中航工业飞行试验研究院测试技术研究所

细直管路传感器安装中黏结剂选型研究

朱丽 王真

中航工业飞行试验研究院测试技术研究所

针对目前机上细直管路加速度测量时，传感器的安装不宜使用支架安装加大了细直管路的重量。本文根据机载测试环境的要求以及管路振动加速度测量的要求，提出采用黏结剂进行粘贴。对黏结剂选型进行研究，并使用黏结剂进行管路振动加速度测量实验，为安装加速度传感器测试提供了一种确实可行的方案。

振动传感器;黏结剂;安装方式;加速度测量

1.概述

随着飞机材料飞速发展，飞机的管路朝着精细的方向发展。管路振动已成为影响飞机整体性能的重要因素，促使管路在各种环境条件下的振动测试成为飞机测试技术的重点之一。

飞机管路的振动较易发生在中、低频率段，常规的测量方法主要是采用电磁式拾振器，压电式、应变式加速度传感器等方法。但由于所采用的传感器及其敏感元件尺寸较大，在传感器安装时，为管路系统带来额外的附件重量，测量误差加大，同时尺寸较大的传感器安装也存在很大困难。

安装加速度传感器属于接触测量，需注意安装方法，以减小对测试结果的影响。振动传感器的安装有使用黏结剂粘贴和安装支架两种方法。一般情况下，振动传感器都是直接固定于被测系统上，不使用支架。传感器直接安装在被测结构上时，要求其接触刚度好、抗机械干扰性强，接触面接触弹簧的自然频率至少大于传感器自然频率的五倍。

2.黏结剂的选型和对比

本文中，对Vishay公司、中航电测、乐泰等公司的黏结剂进行选型。黏结剂的选型结果及各黏结剂的性能参数如表1所示。

表1 黏结剂选型和性能参数对比

在上述粘结剂型号中，聚氨酯AZ-709、特种环氧H-611、改性环氧GD-711和LOCTITE401在常规的工程结构应变测试中使用最为广泛。其中LOCTITE401的适用温度范围较广，该黏结剂已经在很多航空航天的工程问题中得到了应用。Permabond737、Permabond820以及353ND在结构健康监测中使用比较广泛。这三种黏结剂的温度范围较广，温度稳定性较好，但是353ND的固化要求很高。

在对上述多种黏结剂的筛选过程中，主要考虑以下三方面:

（1）工作温度范围:黏结剂在高温环境下会变软，在低温环境下会变得很脆。两种情况都会导致加速度传感器的脱落。以加速度传感器2222C为例，其工作温度范围如图1所示。从其温度范围可以在-10℃～150℃的温度范围内，加速度传感器灵敏度的偏差在5%以内。根据这个温度范围，筛选出黏结剂:LOCTITE401、Permabond820和353ND。

图1 加速度传感器2222C的温度特性曲线

（2）工作湿度范围:LOCTITE401、Permabond820和353ND的防潮性能都比较好，三种黏结剂都满足要求。

（3）固化要求:在现场布置时，应该尽量使用常温常压下可以固化的黏结剂。考虑实际飞机管路比较复杂，所以根据需要测试的管路的振动主方向，传感器的布置很少处于水平布置，多数情况属于非水平布置状态，如图2所示。对于非水平布置状态的传感器而言，如果不使用快干的黏结剂，传感器很容易移位甚至脱落。所以黏结剂应该选择为可以在常温常压下固化，快速凝固的黏结剂。根据这一要求，选择LOCTITE401和Permabond820作为本项目最终使用的黏结剂。这两种黏结剂可以在室温条件下快速凝固保证传感器布置位置不会发生变化和脱落。

图2 加速度传感器布置方向示意图

3.黏结剂对加速度传感器测量精度的影响测试实验

测量精度的影响测试实验使用的振动频率为244Hz。图3分别给出了使用LOCTITE401和Permabond820两种黏结剂布置加速度传感器在三次相同台面加速度3g激振下的响应波形。图4分别给出了使用LOCTITE401和Permabond820两种黏结剂布置加速度传感器的输出管路振动加速度测量值随台面振动加速度的变化曲线。从图3和图4可以看出，信号的重复性很好。

图3 台面加速度3g激振下的响应波形

图4 测量加速度随台面加速度的变化曲线

在管路振动频率为244Hz下，对使用两种黏结剂的加速度传感器的加速度测量精度进行对比。如表2和表3所示。精度的计算方法采用方和根法，如下式所示:

其中ξL表示传感器的非线性误差，ξR表示传感器的重复性误差。ξL、ξR的计算式如下:

表2 加速度传感器加速度测量精度计算表，黏结剂LOCTITE401

表3 加速度传感器加速度测量精度计算表，黏结剂Permabond820

通过计算得出两者的测试精度分别为4.6%和5.0%。这其中还包含了振动台加速度的控制误差，加速度传感器本身的测量误差以及信号测试系统的误差。

4.黏结剂在长期疲劳振动下对加速度测量的影响测试实验

为了加速疲劳振动实验，在此实验项目中台面加速度选择了10g。振动频率仍然采用244Hz。因为通过模态测试发现该频率的振动加速度响应最明显。图5分别给出了使用LOCTITE401和Permabond820两种黏结剂布置加速度传感器在台面加速度为10g情况下的响应波形。两者的响应加速度值均超过了100g。

图5 台面加速度10g激振下的响应波形

使用LOCTITE401布置加速度传感器的疲劳振动测试实验持续了15天。考虑到台面加速度值较大，为了保护振动台，平均每天的累计激振时间为2小时。共计采集了158组振动测试数据，采集数据的同时记录当时的环境温度情况。数据采集主要集中在每天的11:00～15:00。图6（a）给出了每次数据采集时的温度情况，温度基本在20℃～33℃范围内波动。使用Permabond820布置加速度传感器的疲劳振动测试实验持续了12天。平均每天的累计激振时间为2.5小时。共计采集了120组振动测试数据，采集数据的同时记录当时的环境温度情况。数据采集同样主要集中在每天的中午11:00～15:00。图6（b）给出了每次数据采集时的温度情况，温度基本在22℃～32℃范围内波动。

图6 加速度传感器疲劳振动实验数据采集对应的温度变化情况

图7 分别给出了在两种黏结剂布置情况下的加速度传感器疲劳振动响应情况。可以看出，加速度传感器输出的管路振动加速度测量值基本在测量误差范围内浮动，最大偏差小于5%，并且没有产生输出衰减或异常的趋势。

图7 加速度传感器疲劳振动响应情况

5.总结

通过本文的研究主要得到以下结论和结果:（1）选定LOCTITE401和Permabond820作为振动测试中使用的黏结剂。（2）通过对黏结剂的高温、低温耐久性以及温度冲击的测试。测试结果表明黏结剂不会因为长期的高温或低温工作环境，甚至是温度急剧变化的环境而发生性能退化导致加速度传感器脱落。（3）使用黏结剂布置加速度传感器对管路进行了振动测试实验。实验结果表明:①使用本文中选用的两种粘结剂，信号的重复性较好；②几乎不会对加速度传感器测量精度造成影响；③疲劳振动特性较好，可以满足试飞测试期间使用且稳定的要求。

[1] 王育平，彭旭.船舶通海管路系统振动的理论与试验分析［J］.噪声与振动控制，2004，24（6）:18－21.

[2] GJB1692 - 93.试飞测试仪器校准规范[S].1992.

[3] 严普强,乔陶鹏.工程中的低频振动测量与其传感器[J].振动测试与诊断, 2002, 22 (4) : 247～253.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.13.058