某型火警傳感器測試系統設計

陳林

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 241007）

某型火警傳感器是飛機發動機艙防火系統重要組成之一，當某一臺發動機艙失火時，火警傳感器發出告警信號經火警控制盒放大后進入座艙，并通過座艙儀表板上的紅色信號燈進行告警，提醒飛行員進行應急處置。正常情況下，飛機左右發動機艙各裝有一套防火系統，每套系統包括1 個火警控制盒和23個火警傳感器。其中，火警傳感器分六組安裝在發動機艙不同的溫度區域內。

本文設計的測試系統支持對火警傳感器的工作性能參數進行檢查，能夠模擬發動機艙起火環境，實現火警傳感器著火條件下熱電動勢信號自動輸出及檢測需求。測試系統采用標準化設計，具有人機交互功能及接口，便于人員操作、相關數據顯示、工作參數設定，能夠支持試驗數據打印及導出。

1 測試系統需求分析

火警傳感器是利用當周圍介質的溫度發生變化時，在熱電偶中產生熱電動勢的現象工作。火警傳感器與火警控制盒共同組成飛機發動機火警分系統，當發動機艙內的溫度達到一定值時，火警傳感器的熱電動勢達到一定數值，其輸出電壓加在火警控制盒中測量比較電路的輸入端，與基準電壓相比較，當傳感器的輸出電壓大于基準電壓時，門限電路輸出有效信號，該信號經功率放大驅動執行部件輸出告警信號。

當發動機艙所安裝的傳感器任何一條敏感到火災情況，火警控制盒都會輸出告警信號（27VDC），此時，飛機座艙主告警燈盒中的紅色“火警”信號燈將閃亮，飛行員耳機中出現“左（右）發動機失火”的話音，同時火警信號也輸送到飛參記錄系統。火警傳感器外形如圖1 所示。

圖1 火警傳感器外形圖

測試系統支持火警傳感器主要性能檢測，可以快速驗證產品電氣性能指標，具有通用化、模塊化的設計特點。通過對火警傳感器工作原理、外部接口連接關系的分析，確定測試系統需要達到的測試指標要求，具體如下：(1)電源：三相380V AC±10%、50Hz±1%；(2)溫度要求：300 ℃+10 ℃，精度±1 ℃；(3) 風速要求：（2～2.5）m/s，精度0.1 m/s；(4)熱電動勢要求：±30mV，精度5‰；(5)功率消耗：最大15KVA；(6)以太網：1 路雙向、具備聯網功能和數據上傳下載的100M/10M以太網需求；(7)軟件要求：人機界面簡約大方、測試數據實時顯示、測試結果自動保存。

2 測試系統設計

2.1 原理設計

火警傳感器測試系統以PLC 為主控制器，通過觸摸屏顯示相關數據、設定工作參數，配有高精度D/A、A/D 和高速計數器等模塊進行數據采集和轉換。同時，測試系統具有溫度自動化控制和測試數據智能化管理功能，是技術先進的智能測試裝置。系統設計時，要求整個操作過程在觸摸屏面板完成，操作簡單，極大地減輕了測試員工作量，簡化了測試過程，是一臺自動化程度較高的航空測試設備。測試系統原理設計框圖如圖2 所示。

圖2 火警傳感器測試系統原理框圖

采用全新的自動化控制和數據采集系統，其工作原理如下：在測試臺中，由觸摸屏和PLC 構成智能控制系統，通過專用測試軟件對管道溫度、被測試產品電動勢數值采集構成閉環自動控制系統，所有的溫度操作都是由觸摸屏的不同界面實現的，被測試的電動勢數據方法可根據產品的檢測規則設計，自動地儲存在觸摸屏內部，可以隨時查看和導出，便于管理，提高檢測效率，觸摸屏具有多個界面供用戶選擇不同的功能，測試臺完全實現了智能操作了，減小了手工檢測產生的誤差，提高了產品重復檢測時數據的一致性，還節省工時，提高工作效率。

2.2 結構設計

如圖3 所示，整個測試系統主要包括爐膛及風道部分、高溫加熱裝置、高溫風機、溫度傳感器、人機界面部分等組成，具體如下：

圖3 結構設計圖

2.2.1 爐膛及風道部分

在該試驗臺中，由耐高溫離心風機、加熱裝置、管道等組成閉合循環風道，為產品測試提供穩定可靠的試驗環境。

2.2.2 300℃風道及加熱方式

為了保證試驗臺長期穩定運行，采用專用加熱裝置，其加熱采用新型的翹片加熱器，它散熱效率高，使用安全，功率為10KW，風道內部材料全部采用不銹鋼材料，外部設計封閉保溫結構，內部充填納米950 保溫材料，只有進、出風口的法蘭盤外露，極大的降低了熱量損耗，提高工作效率。

2.2.3 高溫風機

采用離心風機作為風道循環的動力源，其整體采用不銹鋼材料加工，適合400℃環境下長期使用，風機的連接軸散熱采用內部循環水冷卻，確保電機和軸承長期正常運行，風機外部也采用專用保溫措施，降低熱損耗。

2.2.4 溫度傳感器

溫度傳感器是整個系統的重要環節之一，采用耐高溫400℃結構，其位置放置在風道中，確保測試溫度的準確性，其精度為A 級，采用可拆卸結構，便于定期檢定。

2.2.5 人機界面部分

人機界面主要用于傳感器的選擇、風道溫度設定、熱電動勢參數顯示等功能，主要由觸摸屏實現。

2.3 電氣設計

2.3.1 控溫部分

在試驗臺中，溫度控制儀表采用進口智能數顯儀表對溫度進行控制，具有PID 自整定功能，控溫精度高使用方便，控溫儀表具有計算機通訊接口，用于智能管理，所有溫度控制元件全部采用無觸點，提高試驗臺的可靠性，實現溫度的自動控制。

2.3.2 顯示儀表

試驗臺的計時器、毫伏表都采用數顯儀表，提高測試精度，所有儀表都具有計算機通訊接口功能，便于與觸摸屏和PLC 進行數據交換和儲存。

2.4 軟件設計

測試系統軟件分為人機界面軟件和各傳感器控制軟件，實現在觸摸屏上操作和顯示功能以及伺服機構的控制。人機界面軟件以操作簡單，顯示簡潔明了為目標，實現6 種被測傳感器的測試功能，通過界面操作，啟動相應的控制軟件，實現傳感器的自動和手動測試。測試主程序流程如圖4 所示。

圖4 測試流程圖

3 主要性能測試驗證

3.1 系統參數設置界面

測試時可根據不同的被測傳感器設置不同的保護溫度和保護風速，保證系統安全可靠工作。

3.2 性能測試主界面

如圖5 所示，整個火警傳感器測試系統的操作、顯示都是在觸摸屏上，實現5 種被測傳感器的測試功能，通過界面操作，啟動相應的控制軟件，實現傳感器的自動和手動測試，操作界面直觀簡潔。

圖5 性能測試主界面

經驗證，測試系統實現了在溫度300 ℃+10 ℃溫度范圍內，火警傳感器輸出熱電動勢±30mV的測試要求。

結束語

本文通過對某型火警傳感器信號接口、功能結構以及性能測試指標的分析研究，設計研制一套火警傳感器的測試系統。通過試驗驗證，該測試系統能夠滿足火警傳感器熱電動勢輸出測試要求。目前，該系統已用于某型火警傳感器修理測試中。