發動機試車殼體外壁溫度測試系統研究

沈陽航天新光集團有限公司 張延輝 王寶新

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發動機試車殼體外壁溫度測試系統研究

沈陽航天新光集團有限公司 張延輝 王寶新

【摘要】本文介紹了利用VB編程對溫度進行精確測試的技術方案，并詳細敘述了溫度測試的軟件和硬件設計過程和解決辦法，在此過程中體會數據采集模塊的VB編程使用技巧。

【關鍵詞】發動機；殼體外壁；溫度測量；數據采集

1 引言

隨著科技不斷的發展，我們對工業上的一些數據采集有了更高的要求，溫度也一樣。它是一個很重要的參數，尤其是發動機在熱試車過程中，發動機殼體外壁的溫度高低反映了發動機的熱防護性能，決定了發動機的可靠性。溫度測量的準確與否直接關系到發動機設計方案驗證。從前我們測試該型號發動機試車過程中殼體外壁的溫度，一般使用人工方法，溫度計或者普通的熱電偶再接入二次表讀出溫度值，然后手工記錄溫度數值。這種方法效率低、精度低、可操作性差、無法滿足發動機熱試車的測溫要求。故需要設計一套操作簡單、方便實用、測量誤差小、響應時間短的溫度測試系統。

2 方案論證

該型號發動機熱試車時間較短，一般為70秒～80秒之間就結束了，這就要求溫度測試系統必須有較高的采集頻率，溫度傳感器也要求有較高的響應頻率；另外發動機熱試車過程中存在一定的危險性，這就要求，溫度測試系統能夠具備遠程采集能力。根據發動機熱試車技術通知要求，采集的溫度數據必須繪制成曲線，測試溫度誤差在± 2℃內，并有良好的可判讀能力。發動機熱試車過程中，殼體外壁溫度設計指標在150℃之內。結合我們的實際經驗，認為采用熱電偶作為溫度傳感器較為理想。

熱電偶是用兩種不同成分的導體焊接在一起的，兩端溫度不同時，在回路中就會有熱點勢產生，因此熱電偶是通過測量熱點勢從而測量溫度的一種感溫元件，它是一種變換器，它能將溫度信號轉變為電信號再由顯示儀表顯示出來或者接入采集模塊由工控機讀取。熱電偶測量溫度的基本原理是熱點效應。它是熱電效應理論的具體應用之一。在溫度測量中得到了廣泛的應用。其特點是：

（1）測量精度高；

（2）結構簡單；

（3）動態響應快；

（4）可作遠距離測量（由于熱電偶是利用熱電勢的大小與其長短無關，所以信號可以遠傳，便于集中檢測和自動控制）；

（5）測溫范圍廣。

數據采集模塊用“研華”公司生產的ADAM-4018模塊，該采集模塊可直接識別“J、K、T、E、R、S、B”型熱電偶，并將熱電偶的電勢差直接轉換成數字信號；具有6路差分、2路單端通道；該模塊工作溫度范圍廣，可達-40℃～+85℃；有很好的抗噪聲性能，包括50/60Hz自動抗噪。

3 硬件設計

3.1 熱電偶選擇

根據試驗方案，我們選擇“T”型熱電偶作為測試溫度傳感器，它的溫度范圍是-100℃～+400℃，偶絲直徑選擇0.5mm，偶頭采用焊接形式，將冷端和熱端擰緊后，用氬弧焊接在一起，用0.2mm厚的銅片制作10mm×10mm左右的集熱片，將偶頭包裹在集熱片中央，集熱片的形狀最好與被測試部位的形狀一致，以保證溫度傳導誤差盡可能的小。根據實際測試環境，熱電偶長度選擇10m左右，連入采集模塊，

3.2 工控選擇

工控部分主要包括“研華”公司的610H型工控機、“研祥”公司的PDS-1703型的液晶顯示器、“研華”公司的ADAM-4018采集模塊、ADAM-4520數據轉換接口，即RS485轉成RS232，接入工控機COM口，ADAM-4520同時為ADAM-4018提供24VDC直流供電。

數據采集模塊(4018)能同時無相位差的采集8路參數，其技術指標參數為：8路A/D同時采集通道、分辯率12位、采樣率可任意設定10～100點/秒。

3.3 數據采集卡的安裝與測試

將ADAM-4018接入ADAM-4520，再將ADAM-4520模塊接入工控機COM口，開機后安裝ADAM-4018模塊的驅動程序。啟動開始菜單中：Device Manager項，如圖1所示；點擊此菜單，在Suported Devices欄中找到ADAM-4018后，點擊Add按鈕，將PCL-818HG加入到Installed Devices欄中，從而確定了數據采集卡的基地址，如圖2所示。

圖1　Device Manager啟動過程

圖2　Device Manager管理界面

4 軟件設計

4.1 軟件設計說明

隨著Windows在國內的普及，越來越多的用戶轉向了windows操作系統，用微軟的visualbasic來開發應用軟件十分方便，一般的工程技術人員易于掌握，設計軟件界面十分方便，編程工作量相對較小，只需進行主要應用功能的編程和少量界面控制的編程。本文介紹了使用VB編寫的溫度測試系統，對于VB編寫計算機測控系統軟件，具有一定的參考價值。

4.2 軟件測試系統分析

測控系統軟件使用Visual Bisic 6.0編寫，程序界面完全漢化，如圖5所示，具有實時顯示采集曲線并且能夠簡單快速的進行數據處理、輸出報表和數據查詢等功能。測控系統軟件包括測控程序、數據處理程序兩部分：測控程序負責信號輸出、信號采集等；數據處理程序主要負責數據的匯總、處理、繪制數據曲線、數據技術條件的判讀和打印等工作。

4.3 測控程序技術指標

測控程序能對8通道同時進行無相位差采集，在進行特性測試時，若遇到意外情況，用戶可以通過點擊“取消按扭”、F4快捷鍵或其它方式取消測試。程序設置了操作提示和操作違規提示，以盡量避免操作者誤操作。軟件包含頻率設定、采集時間設定、柵格寬度設定、柵格對應壓力數值設定等功能。

4.4 數據處理程序技術指標

在測試結束時，點擊數據處理菜單，程序能自動打開一個數據處理工程。此工程包含所有的測試信息，包括產品編號、測試文件、數據處理配置文件等。用戶可以通過選擇菜單查看每個特性曲線，也可通過選擇菜單查看數據報表。數據處理程序可以對測試數據進行相應的數據處理，但保證處理精度。數據處理程序對測試原始數據采用Random隨機方式保存，對處理后的數據和一些配置文件采用Random隨機方式進行保存。數據處理結束，可以形成數據報表并能進行技術條件判讀。用戶也可以根據需要，選擇單個曲線，或多個曲線進行打印或數值打印。

4.5 軟件主要功能及主要程序代碼

溫度采集：

Private Sub timer1_timer(ByVal milliseconds As Long)

valuev = DAQAI1.RealInput(0)

value(i).dat1 = valuev

Text19.Text = valuev

valuev = DAQAI1.RealInput(1)

value(i).dat2 = valuev

Text20.Text = valuev

valuev = DAQAI1.RealInput(2)

value(i).dat3 = valuev

Text21.Text = valuev

Picture2.DrawStyle = 0

劃溫度曲線：

圖3　產品性能測試軟件打開界面

Picture2.Line (pointlength * (i - 1), (Picture2. ScaleHeight / 200 * 100 - Picture2.ScaleHeight / 200 * value(i - 1).dat1))-(pointlength * i, (Picture2. ScaleHeight / 200 * 100 - Picture2.ScaleHeight / 200 * value(i).dat1)), vbRed

Picture2.Line (pointlength * (i - 1), (Picture2. ScaleHeight / 200 * 100 - Picture2.ScaleHeight / 200 * value(i - 1).dat2))-(pointlength * i, (Picture2. ScaleHeight / 200 * 100 - Picture2.ScaleHeight / 200 * value(i).dat2)), vbBlue

Picture2.Line (pointlength * (i - 1), (Picture2. ScaleHeight / 200 * 100 - Picture2.ScaleHeight / 200 * value(i - 1).dat3))-(pointlength * i, (Picture2. ScaleHeight / 200 * 100 - Picture2.ScaleHeight / 200 * value(i).dat3)), vbGreen

DoEvents

stoppoint = i

If stopsample = False Then

DoEvents

i = i + 1

If i = 6000 Then

timer1.Enabled = False

DAQAI1.CloseDevice

End Sub

5 調試與分析

測試軟件編寫完成后，與硬件一同進行了聯機調試。首先檢驗了時間坐標的采集準確度，利用工業秒表，程序內采集部分賦數組值，對數據進行空采，比對時間軸與秒表的數值是否同步。然后測試溫度，用工業水銀溫度計，測試水溫（水的比熱較大，變化相對較小），然后放入熱電偶測試，利用工控機軟件采集溫度，比對水銀溫度計與軟件采集的溫度數據。一般測試5點以上，+10℃～+80℃之間，觀察數據差異。通過比對發現，軟件測試系統的線性非常好，Δ值在±0.05℃左右。對測試系統的零點修正后，軟件即可投入正常運行。實際測試結果見附圖6。

6 結論

本文重點敘述了溫度測試系統的設計框架和建設過程，并介紹了數據采集模塊對一些常用的模擬量（壓力、流量、溫度等）的采集方法，對于非專業人士設計類似工程會有一定的幫助作用。該試驗系統目前已投入實際應用，達到了設計要求的預期目的，并通過相關產品的試驗驗證。