毛玉蘋 李賀鵬
(北京航空制造工程研究所,北京100024)
一種簡(jiǎn)單實(shí)用的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)
毛玉蘋 李賀鵬
(北京航空制造工程研究所,北京100024)
介紹基于數(shù)據(jù)采集器建立的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng),從系統(tǒng)的組成、測(cè)量點(diǎn)的分布、軟件操作和數(shù)據(jù)采集、以及利用Excel快速計(jì)算溫度特性參數(shù)幾個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的說明,為環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度特性的自動(dòng)測(cè)量提供了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的解決辦法。
數(shù)據(jù)采集器;環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備;自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng);溫度偏差;溫度波動(dòng)度;溫度平坦度
目前,在航空科研生產(chǎn)過程中,大量的使用著高低溫試驗(yàn)箱、干燥箱、熱壓罐、烘箱、熱處理爐、真空爐、烘箱、熱成形設(shè)備等環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備,這些設(shè)備的溫度偏差、溫度均勻性、溫度波動(dòng)度等技術(shù)指標(biāo),直接影響著航空產(chǎn)品在熱加工過程中的性能和質(zhì)量,如果這些設(shè)備出現(xiàn)問題,將會(huì)因?yàn)闇囟瓤刂瞥鲆?guī)定要求而導(dǎo)致航空制件不合格,甚至造成批報(bào)廢。因此,對(duì)用于航空產(chǎn)品的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備必須進(jìn)行溫度參數(shù)的校準(zhǔn)和生產(chǎn)過程中的監(jiān)視和測(cè)量。本文為大家介紹對(duì)這些設(shè)備參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量的一種簡(jiǎn)單實(shí)用的測(cè)量方法。
由于環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備一般都在工作現(xiàn)場(chǎng),多數(shù)都采用自動(dòng)測(cè)量方法。目前,一般用于測(cè)量環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度特性的測(cè)量系統(tǒng)是由四線制鉑電阻傳感器若干、一臺(tái)高精度數(shù)字電壓表(5位半或6位半)、一臺(tái)多路掃描開關(guān)和筆記本電腦及自編的溫度測(cè)量軟件組成。盡管可以把除鉑電阻外的其它儀器組裝在一個(gè)大箱子里,拉到工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量,但仍顯得格外笨重和不便。
經(jīng)過多次試驗(yàn)后,我們自己建立了一套環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)除四線制鉑電阻傳感器若干外,硬件只需要一臺(tái)數(shù)據(jù)采集器(本文以Fluke Hydra2635A為例)和筆記本電腦,用最少的儀器、最低的代價(jià)實(shí)現(xiàn)了環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度特性的自動(dòng)測(cè)量,最大限度地減少現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的不便。其中,數(shù)據(jù)采集器代替了數(shù)字電壓表和多路掃描開關(guān),數(shù)據(jù)采集器配套的軟件可通過設(shè)置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖的繪制,不必再另外編制自動(dòng)測(cè)量軟件,然后將導(dǎo)出的采集數(shù)據(jù)拷入我們預(yù)先設(shè)定好的計(jì)算公式的Excel工作表相應(yīng)位置,溫度偏差、溫度波動(dòng)度、溫度平坦度等均可自動(dòng)計(jì)算出來,并打印出符合規(guī)范要求的測(cè)量記錄。
進(jìn)行測(cè)量前,先選擇測(cè)量溫度點(diǎn)(本文以100℃點(diǎn)為例),確定測(cè)量點(diǎn)的位置,在環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備工作室內(nèi)布放上、中、下三個(gè)測(cè)量面,當(dāng)設(shè)備容積小于2m3時(shí),溫度測(cè)試點(diǎn)為9個(gè),當(dāng)設(shè)備容積大于2m3時(shí),溫度測(cè)試點(diǎn)為15個(gè)(本文以9個(gè)測(cè)試點(diǎn)為例),布點(diǎn)示意圖如圖1所示。將鉑電阻傳感器感溫端布放在工作室相應(yīng)的位置上,測(cè)量端分別接到數(shù)據(jù)采集器的輸入端(本文接到通道2至通道10上)。
圖1 布點(diǎn)示意圖
將數(shù)據(jù)采集器配套的Logger記錄軟件和Trend Link趨勢(shì)繪圖軟件安裝到計(jì)算機(jī)上,數(shù)據(jù)采集器后面的RS232C接口與計(jì)算機(jī)的RS232C用Null Modem通訊電纜連接起來,將數(shù)據(jù)采集器的波特率設(shè)定到9600,為數(shù)據(jù)采集器進(jìn)入軟件控制模式做好準(zhǔn)備。
數(shù)據(jù)采集軟件安裝完成后,點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集圖標(biāo),使軟件正常運(yùn)行,進(jìn)入到數(shù)據(jù)采集默認(rèn)初始狀態(tài),點(diǎn)擊設(shè)置菜單中編輯Hydra2635A的設(shè)置,測(cè)量速度設(shè)為慢速(高分辨力),掃描間隔選為120s,點(diǎn)擊通道按鈕,改變需使用通道的工作方式,選中2~10通道為使用通道,點(diǎn)擊功能按鈕將2~10通道設(shè)置為RTD-4W模式,點(diǎn)擊OK。
回到Hydr2635A的設(shè)置界面,點(diǎn)擊數(shù)據(jù)文件按鈕,選擇“使能數(shù)據(jù)文件記錄方式”,文件格式選擇Trend Link,點(diǎn)擊批選擇按鈕,選擇周期間隔為30min,選擇按指定時(shí)間開始第一個(gè)周期,該時(shí)間依據(jù)設(shè)備升溫及穩(wěn)定時(shí)間確定,本應(yīng)用說明中我們選擇30min,見圖2。
圖2 數(shù)據(jù)采集器記錄參數(shù)設(shè)置
點(diǎn)擊選擇數(shù)據(jù)文件按鈕,選擇數(shù)據(jù)文件保存的路徑及文件名。為使用方便,請(qǐng)將路徑設(shè)置至桌面,我們?cè)O(shè)定文件名稱為001.set,見圖3。
圖3 數(shù)據(jù)采集器記錄文件設(shè)置
保存后回到Hydra的設(shè)置界面,點(diǎn)擊?啟動(dòng)Hydra按鈕,數(shù)據(jù)采集器開始正常工作,見圖4。
點(diǎn)擊繪圖/趨勢(shì)按鈕,選擇顯示Trend Link,進(jìn)入Trend Link for fluke趨勢(shì)繪圖軟件。通過該繪圖軟件,我們可以觀測(cè)每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度變化曲線。Trend Link繪圖軟件默認(rèn)初始狀態(tài)為4路曲線顯示,我們可以添加其他路的顯示曲線,具體操作如下:
選擇Edit菜單下Add Curve按鈕,在Data Set中雙擊上面設(shè)置的數(shù)據(jù)文件名001.set,在Tags欄中選擇要添加的路數(shù),這里選擇0106-0110,然后點(diǎn)擊OK,開始繪圖。
當(dāng)Hydra采集狀態(tài)欄中的回收掃描數(shù)達(dá)到15次時(shí),按■(停止Hydra)掃描按鈕,點(diǎn)擊趨勢(shì)繪圖界面中的Batch mode(批處理)按鈕,此時(shí)界面顯示為周期間隔30min的趨勢(shì)圖。點(diǎn)擊時(shí)間軸中間的時(shí)間間隔編輯框,設(shè)置為30min。實(shí)時(shí)曲線如圖5。
然后,我們把趨勢(shì)圖中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為Excel形式,在趨勢(shì)繪圖顯示界面上點(diǎn)擊Utilities菜單,選擇Export CSV Data,在Directories欄中選擇轉(zhuǎn)換文件的存儲(chǔ)位置,我們選擇c:\001,為方便數(shù)據(jù)導(dǎo)出及計(jì)算,在Export File Type中選擇Column Heading Format(*.CSV)格式,點(diǎn)擊OK數(shù)據(jù)便保存到c:\001。
在C盤根目錄下打開001.CSV文件,將9個(gè)測(cè)試點(diǎn)的15次采集的數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)格式和位置與規(guī)范中測(cè)量記錄格式相同)拷貝至“環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備測(cè)量記錄”Excel表中陰影部分所示位置,見表1。利用Excel中的數(shù)據(jù)計(jì)算功能實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理。
其中的公式設(shè)定為:最大“=MAX(D3:L3)”,最小“=MIN(D3:L3)”,拖動(dòng)十字柄向下到第15次測(cè)量處,得到每次測(cè)量的最高溫度點(diǎn)和最低溫度點(diǎn)。溫度均勻度公式設(shè)定為:
圖4 數(shù)據(jù)采集器Logger記錄軟件主控制界面
圖5 數(shù)據(jù)采集器軟件記錄的通道波形
“=SUM((M3-N3),(M4-N4),(M5-N5),(M6-N6),(M7-N7),(M8-N8),(M9-N9),(M10-N10),(M11-N11),(M12-N12),(M13-N13),(M14-N14),(M15-N15),(M16-N16),(M17-N17))/15”
均值計(jì)算C18設(shè)定“=Average(C3:C17)”,H18設(shè)定“=Average(H3:H17)”,溫度偏差=C18-H18
最大值=MAX(D3:D17),
最小值=MIN(D3:D17)
溫度波動(dòng)度=(H19-H20)/2。這樣,便可實(shí)現(xiàn)當(dāng)數(shù)據(jù)拷貝到該表格的指定位置時(shí),所有參數(shù)可自動(dòng)計(jì)算出來。我們可以對(duì)照表2對(duì)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備是否符合技術(shù)要求進(jìn)行判斷。
表1 環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備測(cè)量記錄
表2 環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的技術(shù)要求 ℃
保證航空科研生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所用的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的性能參數(shù)處在規(guī)定的范圍內(nèi)是保證航空產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證。該測(cè)量系統(tǒng)用最少的儀器和最小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度特性的自動(dòng)測(cè)量,可用于環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度參數(shù)的校準(zhǔn),也可用于生產(chǎn)過程中對(duì)溫度參數(shù)的監(jiān)視和測(cè)量,方法簡(jiǎn)單實(shí)用,值得推廣。
[1]彭芳林,王紅梅.環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)系統(tǒng)及測(cè)量不確定度評(píng)定.計(jì)量技術(shù),2007(3)
[2]JJF 1101—2003環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫度、濕度校準(zhǔn)規(guī)范
[3]Fluke 2635A Hydra Series IIData Bucket user Manual
[4]黃伊剛.環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的校準(zhǔn)與檢測(cè).上海計(jì)量與測(cè)試,2009(4)
[5]李文舉,陳偉權(quán),翟錫坤.環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備溫濕度場(chǎng)測(cè)量結(jié)果的不確定度分析.中國(guó)計(jì)量,2008(12)
10.3969/j.issn.1000-0771.2013.4.14