航空發動機機載壓力測試設備自動校準系統設計

張冰凌，邢威

（1.海軍駐沈陽航空軍事代表室，沈陽110045；2.沈陽發動機設計研究所，沈陽110015）

1 引言

近年來，隨著航空發動機研制任務的大力推進，各項試驗、調試、攻關工作呈逐年上升的態勢。在發動機現場，大量的壓力測量系統和壓力測試裝置用于測量發動機的壓力實時參數，以對發動機的性能和運行狀況進行分析。為保證測試數據準確可靠，測試儀表必須進行校準，逐年增大的工作量對壓力校準工作的效率提出了更高的要求。

設計了航空發動機機載壓力測試設備的自動校準系統。該系統在Visual Basic環境下編程，可完成參數設定、通訊設置、數據讀取計算、自動檢定、合格判定、數據保存、記錄/證書打印等功能，可無人操控實現全自動校準工作，工作效率顯著提高；由于對工作程序進行了集成，減少了人為誤差，工作更加可靠。該系統的成功研制和應用為發動機試驗與排故工作節約了大量的時間。

2 系統構成和工作原理

自動校準系統主要由DPI515型壓力控制器、KEITHLEY2000型多功能數字繁用表、LPS-305型直流穩壓電源、壓力真空泵及壓力氣源、計算機、RS232通訊電纜等組件組成。系統組成如圖1所示。

作為控制系統硬件的核心組成部分，DPI515是1臺精密氣動壓力控制器，能對密封系統提供可控壓力，并可在氣流波動較小的情況下保持壓力不變。該控制器具備自動控制閥補償功能，可在不同系統壓力和容積下長時間連續可靠運作。

校準系統工作原理為：將機載壓力測試設備與DPI515壓力控制器相連接，按照壓力檢定規程，根據被檢設備的不確定度和量程進行校準點設定，通過計算機控制使壓力控制器逐點給出標準壓力值，待壓力控制穩定后自動讀取數字繁用表的輸出值至計算機。最后根據結果判斷機載壓力設備是否合格。

3 系統軟件設計

在上述硬件連接的基礎之上，在Visual Basic的集成開發環境下編制程序，從而實現計算機與儀器的通信，實現控制儀器、控制校準工作流程、數據采集和處理、結果顯示、存儲原始記錄、生成校準證書等功能。

下面針對自動校準系統的功能和設計作相關方面的說明。

3.1 系統的自動校準流程

對整個系統來說，有1個清晰的控制流程是非常重要的。本軟件設計嚴格遵照如圖2所示的自動校準流程展開。

3.2 自動校準系統的主要功能模塊

任何1套自動校準系統，除了完成基本的校準功能外，還必須有友好的人機交互界面，被校準設備信息管理、校準數據管理功能以及其它輔助功能。

本軟件系統包括主程序界面及子程序模塊，如圖3所示。

在“檢定儀器管理”菜單中，可以查看和打印原始記錄和檢定證書；“控制”菜單可執行控制器的壓力控制命令，并同時監測控制器的狀態；“校準”菜單是最主要的菜單，用于啟動校準的過程；“壓力清零”菜單用于開機預熱后在零壓力的狀態下對控制器的當前量程進行清零。“控制參數設置”用于設置控制器的量程，各量程的控制穩定限以及壓力的模式；“信息設置”菜單用于設置一些用戶、廠家以及檢定規程的信息，這些信息將會出現在檢驗設置的下拉選項中，標準器信息以及檢定規程的設置也在這里完成；“檢定記錄管理”和“證書報告”用于校準結束后的后續工作；“輔助”菜單可以進行不同壓力單位之間的壓力值的轉換以及數據計算的功能。

3.3 控制器密封檢查

根據被檢儀表的量程將其壓力測試口和控制器的輸出口正確連接后，選擇主菜單上的“控制”選項進入“測量和控制”界面（如圖4所示），通過量程選擇將控制器切換到另1個壓力量程。

在“量程選擇”里選擇當前所用的量程，并在“設定壓力值”欄里輸入機載壓力設備的滿量程。點擊“啟動控制”按鈕，控制器將會快速地將壓力控制到設定值。如果壓力控制穩定不下來，或當前壓力值的指示上下波動很大，說明被檢器連接處有較大泄漏，此時應立即檢查泄漏處，并將其密封完好。如果被檢機載設備校準前需要進行預壓，則在“設定壓力值”欄里重新輸入預壓的壓力值并啟動控制，預壓結束后點擊“通大氣”按鈕將系統壓力排空。

3.4 系統的通訊采集、穩定時間的指令實現

使用定義串口句炳hCom，讀入壓力控制器壓力值：

校準結束后，系統將完成數據處理并計算出各項誤差值。確認無誤后在檢定結論欄里輸入檢定的結論，點擊“保存結果”按鈕來完成檢定結果的保存。自動校準界面如圖5所示。

進入主界面的“原始記錄管理”菜單打印檢定數據的查詢和檢定證書。系統將會自動調用Excel或Word來查看原始記錄和證書，并打印相應結果。

4 系統研制過程的細節問題及解決辦法

4.1 控制穩定限的設定

由于校準結果的判定由控制器進行，而控制穩定限的影響很大，因此控制器的控制穩定限需要嚴格設定。基于DPI515的技術指標特性，本校準系統可根據不同情況，對控制穩定限進行設定，一般設置為0.003%FS，以提高測量結果的準確性。

4.2 穩定時間的判斷

控制穩定限雖能在某種程度上保證測量結果的準確性與可靠性，但數據采集前的穩定時間也需要有相應考慮，因為一旦有泄漏或其他情況發生，有可能出現短暫性的讀數穩定現象，但由于采集的數據與顯示數據有一定時間差，就會導致校準結果不準確。經過長期的經驗總結和積累，本校準系統中包含讀數前穩定時間的設定，大大提高了校準結果的可靠度，為最終出具可靠的測試結果奠定了堅實基礎。

5 結束語

目前，該自動校準系統已成功應用于某型發動機機載壓力測試設備的自動校準工作中。在0～7 MPa（表壓、絕壓）下進行測試、校準，準確度可達0.01%FS，極大提高了效率和測量準確度，降低了工作強度及人為操作帶來的誤差。經過長時間的使用驗證，與多型號的壓力儀器手動測試比較，該校準系統測試數據更準確，一致性更好，可靠性更強。該校準系統軟件設計采用了模塊化的設計理念，靈活方便，如需使用其它型號的壓力控制器只需編制該型號壓力控制器的通訊模塊，加入到自動校準系統中即可使用。

此外，由于該自動校準系統具有體積小、可移動、便于操作等優點，特別適于在試車現場校準、排故攻關中使用。在發動機試驗現場進行壓力測量設備的系統校準，可以減少中間環節，提高壓力參數測試的準確度，還能有效減少機載壓力設備拆裝帶來的損耗，為發動機試制與排故贏得大量的寶貴時間。

[1] 中航工業第304研究所.JJG860-1994壓力傳感器（靜態）檢定規程[M],北京:中國計量出版社,2002.

[2] 國防科工委科技與質量司.計量技術基礎（第五篇）[M].北京:原子能出版社,2002.

[3] 劉麗，劉杰．基于Visual Basic 6.0的功率傳感器自動校準系統[J].計算機技術與應用，2008（28）.

[4] Operation&Installation Manual for SYSTEMⅡAutomatic Power Meter Calibration System[M].U.S.A:TEGAM,Inc,1999.