發(fā)電車溫度壓力傳感器校驗臺的研制

韋滿源

（南寧鐵路局車輛處，工程師，廣西 南寧 530029）

康明斯柴油發(fā)電機組是目前全路空調列車發(fā)電車最多的機組類型，其水溫、油溫及機油壓力傳感器對保障發(fā)電車供電安全和運行安全起到了重要作用。但這些傳感器特性比較復雜，目前路內沒有比較完善的發(fā)電車發(fā)電機組傳感器專用試驗設備，不能按期進行校驗，無法確保發(fā)電機組可靠運行并對安全生產(chǎn)埋下隱患。因此，研制一臺發(fā)電車溫度壓力傳感器校驗臺就顯得刻不容緩。

1 傳感器概述

國家標準《傳感器通用術語》中，對傳感器的定義作了這樣的規(guī)定：“傳感器是指能感受（或響應）規(guī)定的被測量并按一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置”。傳感器已是機電一體化設備測控系統(tǒng)中不可缺少的元件。

1.1 傳感器分類 根據(jù)輸入物理量可分為：位移傳感器、壓力傳感器、速度傳感器、溫度傳感器及氣敏傳感器等。

根據(jù)工作原理可分為：電阻式（如電位器式、應變片式、壓阻式傳感器）、電感式（如差動電感、差動變壓器、電渦流傳感器等）、電容式（如容柵式傳感器）、電勢式（如電磁感應式、壓電式、霍爾效應式傳感器）。

根據(jù)輸出信號的性質可分為：模擬式感器和數(shù)字式傳感器。即模擬式傳感器輸出模擬信號，數(shù)字式傳感器輸出數(shù)字信號。

根據(jù)能量轉換原理可分為：有源傳感器和無源傳感器。有源傳感器將非電量轉換為電能量，如電動勢、電荷式傳感器等；無源程序傳感器不起能量轉換作用，只是將被測非電量轉換為電參數(shù)的量，如電阻式、電感式及電容式傳感器等。

1.2 傳感器性能 傳感器具有靜態(tài)和動態(tài)特性。

靜態(tài)特性：①量程范圍；②線性度；③重復性；④遲滯（回程誤差）；⑤靈敏度；⑥分辨率；⑦靜態(tài)誤差；⑧穩(wěn)定性；⑨漂移；⑩抗干擾穩(wěn)定性。

動態(tài)特性：①頻率響應特性；②階躍響應特性。

由于傳感器有上述復雜的特點，對其的校驗檢定工作難度較大，納入國家強制檢定的范圍不多，傳感器校驗檢定儀器設備也相對不多。

2 鐵路專用傳感器的校驗

鐵路關于傳感器檢定、校準的規(guī)程較少，根據(jù)“JJG 860-1994壓力傳感器（靜態(tài)）檢定規(guī)程”壓力傳感器的檢定周期是一年一次，但長期以來，鐵路設備的大部分傳感器校準一直沿用傳感器生產(chǎn)企業(yè)的技術標準，沒有進行定期檢定、校準，或已有檢定規(guī)程，但苦于沒有實施手段。大部分傳感器是處于狀態(tài)維修，失效即換，其準確度和性能沒有事前控制。隨著鐵路設備機電一體化快速發(fā)展，傳感器在設備中起重要作用，如鐵路機車、動車運行監(jiān)控系統(tǒng)中的制動管壓力傳感器，走行部軸承溫度報警傳感器等重要安全部位的使用，其質量狀態(tài)受到關注，鐵路主管部門已在開始制定相關規(guī)程，如客車軸溫報警傳感器、列車運行監(jiān)控記錄裝置速度傳感器和壓力傳感器已納入檢定范圍。隨著鐵路開展安全風險控制管理的深化，強化了事前預防意識，自覺查找設備存在的質量隱患，一些企業(yè)根據(jù)傳感器使用情況制定了定期校準的規(guī)定，如目前南寧車輛段規(guī)定要對空調發(fā)電車發(fā)動機油溫、油壓傳感器進行定期校準。

3 溫度壓力傳感器校驗臺的研制

康明斯K19、K38型柴油發(fā)電機組檢修規(guī)程規(guī)定：其經(jīng)過檢修后需對其電流、電壓、轉速、油水溫、機油壓力和功率參數(shù)進行測試，合格后才能編入旅客列車使用。在實際操作中，二次儀表均須經(jīng)過定期校準，但傳感器未能進行定期校驗，不能保證測量系統(tǒng)的可靠工作。因此，我們研發(fā)了康明斯K 19、K 38型柴油發(fā)電機組油水溫、油壓傳感器校驗臺，模擬柴油發(fā)電機工作狀態(tài)對油水溫、油壓傳感器進行全自動校準。

3.1 校驗臺基本原理

3.1.1 溫度傳感器校驗臺 水溫傳感器部分要滿足65～100℃測量范圍，采用普通液壓油作為加熱介質，具有升溫高、閃點高、安全等條件，模擬康明斯柴油發(fā)電機組散熱水箱工作狀態(tài)，用一個電加熱水槽模擬制成，使用600 W電加熱管對油加溫并用電動攪拌機攪拌使溫度分布均勻，整個加溫過程采用計算機控制調節(jié)，使油溫平穩(wěn)升到要求的溫度，在標準溫度下，計算機采集被校驗傳感器與標準傳感器的輸出電量值進行對比校驗，并將校驗結果顯示、打印、儲存、處理。其原理見圖1所示。

圖1 溫度傳感器校驗臺原理示意圖

3.1.2 壓力傳感器校驗臺 發(fā)電機組的機油壓力模擬環(huán)境是由液壓泵及相應的液壓調節(jié)元件組成的模塊及傳感器壓力口腔體構成，模擬機油壓力從0～520 kPa之間變化。開始校驗時由計算機發(fā)指令啟動壓力泵供油，機油通過泵加壓后然后經(jīng)過節(jié)流元件進入校驗傳感器油腔內，與安裝在同一校驗腔體中的標準壓力傳感器，計算機采集傳感器輸出電量值進行比對校驗。并將校驗結果顯示、打印、儲存、處理。其原理見圖2所示。

圖2 壓力傳感器校驗臺原理示意圖

3.2 檢驗臺計算機主要工作 主控制采用加固型工業(yè)控制計算機為中心內部配以采集卡，控制卡，外部接口板構成的控制部分。

3.2.1 信號采集環(huán)節(jié) 信號采集板用于采集傳感器輸出電量，將非線性的溫度、壓力值與標定值算出的溫度值與標準溫度/壓力值比對得出校驗結果。

3.2.2 控制環(huán)節(jié) 控制卡用于控制：

1）數(shù)據(jù)采集控制。發(fā)出數(shù)據(jù)采集開始和結束指令。

2）控制生成標準溫度、標準壓力。通過控制電熱管使油溫上升，控制冷卻單節(jié)的風扇，使油溫下降。將控制系統(tǒng)設定溫度值與反饋的溫度值比較，形成閉合控制回路。同樣通過控制液壓泵電機，使油壓上升，控制泄壓閥使油壓下降，通過設定壓值力與反饋的壓力值比較，形成閉合的控制回路。

3.2.3 外部接口 外部接口卡用于將控制卡進出的數(shù)字信號進行強電隔離與其他執(zhí)行件配合。

3.2.4 數(shù)據(jù)處理 對采集的數(shù)據(jù)進行匯總、分析，自動形成規(guī)定格式的校驗報告。

3.3 校驗臺系統(tǒng)軟件 整個校驗過程的采樣、控制、校驗過程實現(xiàn)計算機自動化。校驗軟件架構采用Windows+Access數(shù)據(jù)庫，可任意保存、查詢、打印校驗結果。整個軟件采用自上而下的模塊化設計。系統(tǒng)軟件運行在WindowsXP環(huán)境下，整個系統(tǒng)文件包括Frame.exe，GenerIo.ini my32.dll Sersor.mdb winIO.sys Winio.dll這個文件缺一不可，其中Sersor.mdb為數(shù)據(jù)庫文件，如果用戶刪除后系統(tǒng)會自動生成新數(shù)據(jù)庫文件。操作主界面見圖3，在主界面進入相應功能只用鼠標點擊即進入。

圖3 校驗臺操作主界面

3.4 校驗臺的指標及結構

3.4.1 技術指標

1）測量范圍：壓力0-600 KPa；油溫0-110℃；水溫0-100℃。

2）分辨率：壓力0.01 KPa；油溫0.1℃；水溫0.1℃。

3）測量誤差：壓力1%；油溫1.5%；水溫1.5%。

3.4.2 校驗項目 校驗項目包括靜態(tài)誤差、線性度、重復性、遲滯（回程誤差）、穩(wěn)定性。

3.4.3 校驗臺結構 校驗臺架采用2 mm冷軋鋼板沖壓焊接而成。考慮到操作方便習慣，將測試單元安置在臺架右邊；左邊為控制、操作、顯示單元。指針式壓力計及溫控數(shù)顯調節(jié)器在整個傳感器校驗過程還能直觀反映壓力及溫度值，也可以作為標準壓力及溫度傳感器校驗使用。校驗臺結構如圖4。

圖4 校驗臺結構圖

圖4說明：1.機油壓力測試組件（被測壓力傳感器安裝在里面，且操作時要蓋上安全罩）；2.IPC工業(yè)控制計算機；3.19寸LCD液晶顯示器；4.校驗過程急停開關（在校驗過程當中，出現(xiàn)異?，F(xiàn)在需要即刻停止操作時可切斷控制部分）；5.壓力校驗指針式壓力計；6.溫控數(shù)顯器；7.電源總開關；8.激光打印機用于打印傳感器校驗結果；9.傳感器校驗鏈接電纜盒子（不使用時候電纜放置在里面）；10溫度傳感器校驗油槽（溫度傳感器安裝在此）；11.整體校驗臺機體；12.校驗水槽出水管；13.校驗水槽進水。

4 結束語

隨著鐵路設備傳感器使用的快速增加，企業(yè)將重要傳感器納入校驗范圍將勢在必行。目前市場傳感器自動校準裝置自動化程度較低，而且其自動化主要體現(xiàn)在標準溫度和壓力的自動產(chǎn)生上，而對校驗結果的記錄、處理仍需人工完成。隨著計算機技術發(fā)展，使傳感器校驗自動化程度逐步提高，校準試驗臺的工作準確度、速度均得到提高，操作日趨簡便。我們研制的傳感器校驗臺在使用中其自動化程度高，減輕了工作者勞動強度；校驗數(shù)據(jù)準確，效率高；數(shù)據(jù)管理微機化，便于統(tǒng)計分析；校驗臺具有自檢校驗功能且系統(tǒng)工作穩(wěn)定等優(yōu)點已得到驗證。對提高設備檢修質量，保障鐵路運輸安全有很大的意義。