一種彈箭通用靜態(tài)電氣檢測(cè)箱的設(shè)計(jì)*

王治平，靳 鑫，柳 林，楊 毅，王寶亮，石金珂

(西安現(xiàn)代控制技術(shù)研究所， 西安 710065)

0 引言

彈箭產(chǎn)品的靜態(tài)電氣檢測(cè)一般是指裝配過程中對(duì)彈上電氣部件、制導(dǎo)控制艙段、整彈產(chǎn)品進(jìn)行靜態(tài)阻值檢測(cè)來判斷電氣部件的合格性及裝配過程的正確性[1]。傳統(tǒng)彈箭產(chǎn)品靜態(tài)電氣檢測(cè)為人工檢測(cè)，其效率低且存在由端子查數(shù)錯(cuò)誤引起的檢測(cè)異常，小阻值測(cè)量誤差大。近年來出現(xiàn)了多路絕緣及導(dǎo)通阻值檢測(cè)儀[2-4]，但在檢測(cè)管腳數(shù)量過多需更改硬件接口，而檢測(cè)對(duì)象更換后需重新編碼檢測(cè)程序，其通用性較差。目前彈箭產(chǎn)品電氣檢測(cè)仍采用傳統(tǒng)人工檢測(cè)，即檢測(cè)員使用簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)接電纜及檢測(cè)用表完成檢測(cè)，更多依賴檢測(cè)員，檢測(cè)環(huán)境影響大，外場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)的陣地檢測(cè)尤為明顯。如高原以及寒區(qū)科目考核時(shí)，彈藥準(zhǔn)備所用時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)就是由于外界環(huán)境惡劣導(dǎo)致彈藥的靜態(tài)檢測(cè)時(shí)間大幅增加。因此設(shè)計(jì)出一種彈箭通用靜態(tài)電氣檢測(cè)箱是十分有必要的。

1 檢測(cè)原理

檢測(cè)箱由公共接口、琴鍵開關(guān)、波段開關(guān)及檢測(cè)用表組成。不同類型的轉(zhuǎn)接電纜作為該檢測(cè)箱的輔助工具，通過改變轉(zhuǎn)接插頭可以實(shí)現(xiàn)不同彈種間檢測(cè)的切換。針對(duì)不同的檢測(cè)科目將轉(zhuǎn)接電纜分為兩種：大電阻檢測(cè)轉(zhuǎn)接電纜和小電阻轉(zhuǎn)接電纜。需要說明的是小電阻測(cè)量精準(zhǔn)度要求不高時(shí)可以省去小電阻轉(zhuǎn)接電纜。

1.1 大阻值負(fù)載檢測(cè)原理

由于大電阻測(cè)量時(shí)待測(cè)電阻遠(yuǎn)大于檢測(cè)線阻，對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響可忽略，因此大阻值檢測(cè)采用傳統(tǒng)的二線法進(jìn)行檢測(cè)。圖1給出傳統(tǒng)二線法的檢測(cè)原理[4]，其中r表示線阻，R表示待測(cè)大電阻，R?r。

通過轉(zhuǎn)接電纜接插公共接口將待檢對(duì)象與檢測(cè)箱連接，檢測(cè)箱內(nèi)部使用琴鍵開關(guān)以及波段開關(guān)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)對(duì)象不同端子間的切換。圖2給出大阻值測(cè)量時(shí)檢測(cè)箱內(nèi)部各組件間接線示意圖，圖中只給出其中一極連接情況，另一極連接情況類似。

圖1 傳統(tǒng)二線法檢測(cè)原理

圖2 大阻值測(cè)量檢測(cè)箱內(nèi)部各組件間接線示意圖

圖2中給出3個(gè)琴鍵開關(guān)，每個(gè)單獨(dú)開關(guān)通過連接波段開關(guān)不同層的公共端子來控制波段開關(guān)的層數(shù)選擇，波段開關(guān)每層控制10個(gè)不同端子，因此圖2波段開關(guān)與琴鍵開關(guān)聯(lián)合可控制30個(gè)不同端子。

由于檢測(cè)時(shí)只會(huì)選定波段開關(guān)的其中一層，因此選用互鎖式琴鍵開關(guān)組件，即工作時(shí)開關(guān)組件中只有1個(gè)開關(guān)處于閉合狀態(tài)。圖3給出互鎖開關(guān)組件中其中一個(gè)開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 單個(gè)開關(guān)琴鍵結(jié)構(gòu)示意圖

由圖3側(cè)視圖可以看出，琴鍵開關(guān)上的接線柱AB兩面直通，通過開關(guān)控制金屬片的位置來實(shí)現(xiàn)不同接線柱之間的通斷關(guān)系，大阻值檢測(cè)電路中可以通過連接3、5端子或者4、6端子來實(shí)現(xiàn)通斷控制。

1.2 小阻值負(fù)載檢測(cè)原理

小阻值檢測(cè)時(shí)，線阻相對(duì)來說不再是極小值，使用傳統(tǒng)二線法檢測(cè)誤差大。文中使用M210型低阻儀對(duì)小阻值進(jìn)行檢測(cè)，其測(cè)量原理采用開爾文四線檢測(cè)法，分離的電流和電壓的電極，消除了線阻和接觸電阻的阻抗。圖4給出開爾文雙電橋原理圖，文中不再贅述，可參考文獻(xiàn)[4-5]。其中R1、R2、R3、R4為大電阻，RX為待測(cè)小電阻，RN為低值標(biāo)準(zhǔn)電阻，P1、P2、P3、P4常被稱為電壓接點(diǎn)，C1、C2、C3、C4被稱為電流接點(diǎn)。開爾文四線法采用雙電橋線路結(jié)構(gòu)削減附加電阻的影響。

圖4 開爾文雙電橋原理圖

圖5為其中一個(gè)小阻值測(cè)量時(shí)檢測(cè)箱內(nèi)部各組件間接線示意圖，通過琴鍵開關(guān)控制一個(gè)小阻值的檢測(cè)。使用該種接線方式可以實(shí)現(xiàn)從公共接口處至M210低阻儀處確保四線法連接。

圖5 小阻值測(cè)量檢測(cè)箱內(nèi)部接線示意圖

在大阻值測(cè)量時(shí)已使用端子3、5或者端子4、6，因此小阻值檢測(cè)使用后面4路，即端子9、11控制線路1，端子15、17控制線路2，端子10、12控制線路3，端子16、18控制線路4。小阻值檢測(cè)轉(zhuǎn)接電纜同樣應(yīng)采用四線法，按照?qǐng)D6完成轉(zhuǎn)接電纜焊接。需要說明的是公共端口可以分為1個(gè)和2個(gè)兩種情況，其原理類似，可結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選擇。一個(gè)公共端口是檢測(cè)端子數(shù)量少時(shí)二線和四線電纜合二為一，使用時(shí)操作方便。兩個(gè)公共端口的其中一個(gè)實(shí)現(xiàn)大阻值檢測(cè)，另一個(gè)實(shí)現(xiàn)小阻值檢測(cè)，因此具有更強(qiáng)的通用性和拓展性。文中選用同一端口，后續(xù)內(nèi)容均為使用同一端口展開說明。

圖6 小阻值檢測(cè)轉(zhuǎn)接電纜原理示意圖

2 檢測(cè)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 控制面板設(shè)計(jì)

控制面板上安裝：a)公共端口接插件一個(gè)；b)波段開關(guān)2個(gè)；c)互鎖琴鍵開關(guān)組2個(gè)；d)萬用表插座2個(gè)；e)低阻儀插座4個(gè)；f)面板安裝孔4個(gè)。綜合考慮面板上需要安裝的各配件尺寸，并對(duì)其進(jìn)行合理布局，完成控制面板的設(shè)計(jì)，如圖7所示。

圖7 控制面板設(shè)計(jì)圖(長(zhǎng)度單位：mm)

2.2 檢測(cè)用表與輔助工具放置設(shè)計(jì)

這一部分用來放置檢測(cè)用表、轉(zhuǎn)接電纜以及表筆連接線，而檢測(cè)用表包含萬用表(MF500)以及低阻儀(M210)。由于檢測(cè)箱外出試驗(yàn)時(shí)存在長(zhǎng)途運(yùn)輸情況，對(duì)檢測(cè)用表進(jìn)行減震保護(hù)，故選用EPE珍珠棉作內(nèi)襯。剩余部分用于輔助工具的放置，使用CAD軟件完成檢測(cè)用表與輔助工具放置設(shè)計(jì)。圖8、圖9分

圖8 正視圖(單位：mm)

別給出正視與剖視圖。具體使用時(shí)只需將檢測(cè)用表、電池以及輔助工具等放置在相應(yīng)位置即可。

圖9 剖視圖(單位：mm)

2.3 箱體設(shè)計(jì)

檢測(cè)箱組成部分包括：箱體、控制面板、檢測(cè)用表以及輔助工具。由前文可知控制面板、檢測(cè)用表和輔助工具放置的尺寸，箱體只需根據(jù)這些尺寸進(jìn)行配套設(shè)計(jì)即可。檢測(cè)箱與控制面板間裝配通過控制面板四角的4個(gè)螺釘完成，控制面板與檢測(cè)用表與輔助工具部分使用鈑金隔開，檢測(cè)用表與輔助工具放置部分使用鈑金隔開，其結(jié)構(gòu)圖如圖10所示。

圖10 檢測(cè)箱結(jié)構(gòu)圖(單位：mm)

2.4 控制面板下方焊線

將接口接插件、表筆插座、波段開關(guān)以及琴鍵開關(guān)按照孔位進(jìn)行安裝。按照第1節(jié)(檢測(cè)原理)設(shè)計(jì)各器件間的焊接關(guān)系，完成各組件間的焊線，焊接完成后進(jìn)行通路的正確性檢查。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

如圖11、圖12所示，使用檢測(cè)箱與傳統(tǒng)人工檢測(cè)分別在3個(gè)不同項(xiàng)目上進(jìn)行檢測(cè)驗(yàn)證，結(jié)果表明該檢測(cè)箱能完成不同導(dǎo)彈的靜態(tài)電氣檢測(cè)，達(dá)到預(yù)期通用性要求。

圖11 傳統(tǒng)人工檢測(cè)

圖12 檢測(cè)箱檢測(cè)

以某型導(dǎo)彈為例，檢測(cè)員分別通過人工檢測(cè)和檢測(cè)箱兩種方式完成檢測(cè)，記錄檢測(cè)時(shí)間和由查數(shù)錯(cuò)誤引起的檢測(cè)異常。通過不同人員，不同環(huán)境，完成大樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，如表1所示?？砂l(fā)現(xiàn)與人工檢測(cè)相比，檢測(cè)箱檢測(cè)避免了端子查數(shù)錯(cuò)誤引起的檢測(cè)異常，大幅減少檢測(cè)時(shí)間。

在同一線型(AFR-250-0.2)不同長(zhǎng)度轉(zhuǎn)接電纜情況下，分別使用檢測(cè)箱與傳統(tǒng)人工檢測(cè)的方式分別對(duì)標(biāo)準(zhǔn)1 Ω負(fù)載(實(shí)際測(cè)量為1.005 Ω)進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果如表2所示。可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)人工檢測(cè)將轉(zhuǎn)接電纜線阻增加到負(fù)載電阻上，對(duì)于同一負(fù)載測(cè)量誤差隨線阻線性增加。而檢測(cè)箱使用卡爾文四線法原理，不受線阻影響，因此小阻值檢測(cè)時(shí)使用檢測(cè)箱更加準(zhǔn)確。同時(shí)，隨著火工危險(xiǎn)品人機(jī)隔離檢測(cè)要求的提出，轉(zhuǎn)接電纜長(zhǎng)度增加，傳統(tǒng)人工檢測(cè)誤差必然增加，所以開爾文四線法的檢測(cè)原理在火工品靜態(tài)檢測(cè)上必然廣泛使用。

表1 某型導(dǎo)彈靜態(tài)電氣檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表

表2 小阻值檢測(cè)精準(zhǔn)度對(duì)比 Ω

4 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明該檢測(cè)箱對(duì)不同類型彈箭的靜態(tài)電氣檢測(cè)具有通用性，相較于人工檢測(cè)大幅提高了檢測(cè)效率及準(zhǔn)確率。在使用過程中大幅縮短靜態(tài)檢測(cè)時(shí)間，很大程度降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，外場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)縮短彈藥準(zhǔn)備時(shí)間，為項(xiàng)目的科研試制節(jié)約出寶貴的時(shí)間。因此，彈箭通用靜態(tài)電氣檢測(cè)工具箱滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用及推廣價(jià)值。