發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）

康明斯柴油發電機組是目前全路空調列車發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電車發電機組傳感器專用試驗設備，不能按期進行校驗，無法確保發電機組可靠運行并對安全生產埋下隱患。因此，研制一臺發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定：“傳感器是指能感受（或響應）規定的被測量并按一定的規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中不可缺少的元件。

1.1 傳感器分類 根據輸入物理量可分為：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）。

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

根據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 傳感器具有靜態和動態特性。

靜態特性：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靜態誤差；⑧穩定性；⑨漂移；⑩抗干擾穩定性。

動態特性：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、校準的規程較少，根據“JJG 860-1994壓力傳感器（靜態）檢定規程”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企業的技術標準，沒有進行定期檢定、校準，或已有檢定規程，但苦于沒有實施手段。大部分傳感器是處于狀態維修，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展，傳感器在設備中起重要作用，如鐵路機車、動車運行監控系統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，其質量狀態受到關注，鐵路主管部門已在開始制定相關規程，如客車軸溫報警傳感器、列車運行監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，一些企業根據傳感器使用情況制定了定期校準的規定，如目前南寧車輛段規定要對空調發電車發動機油溫、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型柴油發電機組檢修規程規定：其經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，不能保證測量系統的可靠工作。因此，我們研發了康明斯K 19、K 38型柴油發電機組油水溫、油壓傳感器校驗臺，模擬柴油發電機工作狀態對油水溫、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，模擬康明斯柴油發電機組散熱水箱工作狀態，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，使油溫平穩升到要求的溫度，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 發電機組的機油壓力模擬環境是由液壓泵及相應的液壓調節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指令啟動壓力泵供油，機油通過泵加壓后然后經過節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 信號采集環節 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 控制環節 控制卡用于控制：

1）數據采集控制。發出數據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，控制冷卻單節的風扇，使油溫下降。將控制系統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字信號進行強電隔離與其他執行件配合。

3.2.4 數據處理 對采集的數據進行匯總、分析，自動形成規定格式的校驗報告。

3.3 校驗臺系統軟件 整個校驗過程的采樣、控制、校驗過程實現計算機自動化。校驗軟件架構采用Windows+Access數據庫，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。系統軟件運行在WindowsXP環境下，整個系統文件包括Frame.exe，GenerIo.ini my32.dll Sersor.mdb winIO.sys Winio.dll這個文件缺一不可，其中Sersor.mdb為數據庫文件，如果用戶刪除后系統會自動生成新數據庫文件。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 校驗項目包括靜態誤差、線性度、重復性、遲滯（回程誤差）、穩定性。

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顯調節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，出現異常現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在標準溫度和壓力的自動產生上，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；校驗數據準確，效率高；數據管理微機化，便于統計分析；校驗臺具有自檢校驗功能且系統工作穩定等優點已得到驗證。對提高設備檢修質量，保障鐵路運輸安全有很大的意義。