一种车用温度传感器自动校验检测平台的研制

周子明 张炜 王晓东

(长春工业大学教务处1,吉林 长春 130012;长春工业大学机电工程学院2,吉林 长春 130012;长春工业大学工程训练中心3,吉林 长春 130012)

一种车用温度传感器自动校验检测平台的研制

周子明1张炜2王晓东3

(长春工业大学教务处1,吉林 长春 130012;长春工业大学机电工程学院2,吉林 长春 130012;长春工业大学工程训练中心3,吉林 长春 130012)

车用温度传感器在制造完成后的校验是一项非常复杂的过程,通常由人工完成。为了提高传感器在制造完成后校验的准确性和检测速度,设计了一种车用温度传感器自动校验检测平台。该检测平台以可编程控制器(PLC)作为控制单元,采用万用表卡和高阻仪分别对传感器的电阻和内部端子与外壳的绝缘性进行检测。试验结果表明,相比传统的校验方式,该检测平台不再受检测时间和检测环境温度不均的影响,减少了人为干扰的影响,提高了检测精度和检测效率。同时,该平台经过部分改进还可用于其他类型传感器的检测,装置的通用性较好。

车用温度传感器 检测平台 可编程控制器 高阻仪 PLC

0 引言

在现代汽车发动机的电控燃油喷射系统中,电控单元(electronic control unit,ECU)为了精确计算喷油量,需要实时监测发动机缸内及外部环境的温度信息。目前,作为温度测量元件主调节器的温度传感器得到了广泛的应用[1]。车用温度传感器属于热敏电阻式传感器,其热敏电阻值会随着外部温度的变化而相应发生变化,从而达到测量温度的目的[2-3]。以往对温度传感器的校验检测方法主要以水检法为主,即将温度传感器放置在不同水温环境下,同时用万用表测量不同水温条件下传感器两端子间的电阻值,然后将测量值与标准值相比较,完成校验。该方法测量时间较长,且水温的均匀控制比较困难,在实际生产中不能满足要求[4]。为克服水检法测量中存在的问题,提高生产线的生产效率以及测量精度,本文设计了一种车用温度传感器自动检测平台。

试验结果表明,该平台能够完成车用温度传感器的自动化检测,检测精度高、周期短,能够满足当前的生产线要求。

1 测试原理介绍

根据国家相关法规规定,温度传感器的额定零功率电阻值是温度传感器的一项重要指标。热敏电阻式传感器在基准温度25℃时测得的电阻值(R25)就是传感器的标称电阻值,即额定零功率电阻值,通常所说的热敏电阻阻值亦指该值。本检测平台主要用于传感器额定零功率电阻值的测量,此外还对传感器内部端子与外壳绝缘度进行检测。

检测分两道工序。首先为低温检测,即在温度25℃时检测传感器的阻值以及内部端子与外壳的绝缘度,分别用万用表卡和高阻仪测定,采集后与其标称阻值进行比较,判断其是否合格,此为初次测试。第二道工序为高温检测,即在环境温度90℃时再次检测传感器的阻值,然后与该温度环境下的实际设计要求值进行比较,再次确定传感器是否合格。温度传感器的检测原理如图1所示。

图1 检测原理图Fig.1 Detection principle

为了保证检测过程中环境温度恒定,设计了恒温检测室。该室能够提供检测时所需要的温度。恒温检测室是根据温度传感器的外形尺寸设计,体积较小,从而能够保证在加热过程中检测室内的温度均匀,防止局部受热。

恒温检测室采用风机吹动加热丝,通过送热管将热量送进恒温检测室。检测室的温度通过温度控制器来控制,底部的Pt100热电偶传感器为温度控制器提供恒温检测室内的实时温度。当内部温度高于或低于设定温度时,温度控制器会自动断开或者导通加热器,精度可以控制在±0.5 K范围内,满足检测要求的温度。当将温度传感器放在恒温检测室时,会使堵风门下降,同时压簧将传感器固定;待检测完成取出传感器,堵风门又会在扭簧的作用下回归原位,防止热量的过度散发,保证了恒温检测室内温度的稳定。

2 检测平台的结构设计

检测台需要3个工位,前两个工位用于检测传感器阻值大小和端子与外壳绝缘与否,第三个工位用于打标喷码。将3个工位沿水平方向线性布置在工作台上。横向传动装置通过气动滑台完成,纵向导向装置由气缸带动被测件上下运动。工件的夹取由摆动气爪执行,被测传感器分别通过上述3个工位与测量单元接触,从而完成测量任务。为了保证机架结构的强度与刚度,主体框架采用重型铝型材为机架材料,并且铝型材中缝镶塑料条。台面板采用12 mm厚的钢板,表面进行防腐处理,周边倒角。

检测时,首先将温度传感器放在工件输送机构的传送带上,此时单片机会发出信号给驱动器,步进电机执行动作。传送带在步进电机的带动下将传感器输送到第一个检测工位——低温检测。然后,检测机构的纵向气缸向下运行,气缸下端的探针与温度传感器的端子接触,使预设电路与被测件接通并开始检测记录数据。低温检测完成后气缸向上运动,同时摆动气爪夹取工件,横向气动滑台运行将被测件输送到下一个工位——高温检测,其检测过程和低温检测相同。低温检测和高温检测完成后,被测件被送到打标机构,传感器的型号以及各种参数在此工位被打印出来并粘贴在传感器表面上。工件的夹取也是由摆动气爪来完成,至此工件检测完成[5]。

检测平台电控单元采用西门子S7-300 PLC,利用台达触摸屏作为人机交互界面。通过各种开关以及接近传感器监测气缸与气动滑台的动作,将信号传送给PLC[6-7]。PLC会根据信号做出判断,然后通过控制电磁阀的得电与失电来控制气缸与气动滑台的动作[8]。最后,检测结果会在控制面板上显示出来。控制面板上设有配置、复位等按钮,能够对检测过程进行各种设置。

通过控制面板,用户能够清楚地观察到每次检测的结果。其中,配置按钮可以设置被测件的名称及各种参数。档案按钮可以将保存好的检测数据调取出来。复位按钮是在遇到危险或动作错误时可以利用此按键将所有仪器复位到处事状态。人机交互界面简单,直观,所有操作完全用鼠标点击就可以完成。

3 试验验证及分析

为了验证检测平台是否达到设计的性能要求,本文通过5WY3177A车用热敏电阻式温度传感器进行测试,并且与利用传统检测方法得到的检测结果进行对比。本检测平台在大规模生产流水线的单件检测时间≤15 s,其中温度传感器在检测台上的运动时间≤4 s,低温检测时间≤3 s,高温检测时间≤6 s,打标时间≤2 s。采用该检测平台对5WY3177A温度传感器进行20次重复测试的结果如表1所示。

从表1中数据可知,温度传感器在不同温度下的电阻值符合设计要求,即传感器是合格的;同时,测量结果的标准偏差值经计算＜1%,表明该验证校验检测平台的测量数据可靠。为了比较采用不同检测方法得到的测量结果,本文还对温度传感器采用传统检测方法即水检法[6]进行检测,并将检测结果和利用本检测平台得到的结果进行对比。采用水检法得到的测量结果如表2所示。

表1 5WY3177A温度传感器20次重复测试检测结果Tab.1 20 of repeat test results of 5WY3177A temperature sensor

表2 水检法检测结果Tab.2 Test results of water inspection method

从表2测量结果可以看出,第3、4、8次的测量结果与其他测量结果偏差较大,说明测量结果出现错误。由此可知,利用水检法测量的结果受人为因素干扰较大,易出现错检。这主要是由于水检法中将水加热到检测温度需要时间较长,且无法保证把温度精确控制在检测温度要求范围内,从而导致检测结果出现错误。这说明传统的检测方法存在弊端。

采用本检测平台与国内、外检测方法的对比情况如表3所示。

表3 检测平台对比Tab.3 Inter-comparison of the detection platform

根据表3中数据可知,应用本检测台的测试速度为15 s/件,比传统检测方法提高了3倍以上,并达到国外同类产品先进水平。此外,本检测台采用PLC自动控制,利用NI万用表卡采集数据,检测过程中避免了人为干预的影响,提高了测量结果的准确性。

4 结束语

本文设计了一种可以满足生产线检测要求的冷却液温度传感器自动校验检测平台。试验结果表明,该平台能够解决以往传统检测方法中的不足,有效提高校验的准确性以及校验速度。同时,该平台经过一定的改进,还可以用来对其他类型的温度传感器进行检测,具有较广的应用范围和较高的实用性。

[1] 娄云.汽车电子控制技术[M].北京:科学出版社,2007:20-24.

[2] 齐志鹏.汽车传感器和执行器的原理与检修[M].北京:人民邮电出版社,2002:100-105.

[3] 任玲,黄凤良.温度传感器动态性能改进的软测量方法[J].自动化仪表,2007,28(4):32-35.

[4] 宋年秀,刘超,杜彦蕊.怎样检测汽车传感器[M].北京:中国电力出版社,2007:40-46.

[5] 张炜,王晓东,孙锐,等.一种新型气体微量泄漏检测平台的研制[J].机床与液压,2012,40(23):100-103.

[6] 李俊.接近开关及其应用(上)接近开关原理及工作特性[J].电工技术,1994(12):45-46.

[7] 陈曦,赵德瑞,吕湘晔.S7-300 PLC在精馏塔温度控制系统中的应用[J].自动化仪表,2011,32(3):39-41,46.

[8] 王敏.电磁阀的原理及其在工程设计中的应用探讨[J].电气传动自动化,2010,32(5):59-61.

Research and Development of the Automatic Calibration and Detection Platform for Vehicle Temperature Sensor

Calibration after completion of manufacturing of vehicle temperature sensors is a very complicated process,normally it is manually done.In order to improve the accuracy and speed of such calibration,the automatic calibration and detection platform for vehicle temperature sensors has been designed.The detection platform is constructed with programmable logic controller(PLC)as the control unit,by using digital multi-meter(DMM)card and high resistance meter,the resistance of the sensor and the insulation between internal terminals and the shell are tested respectively.The experimental results show that comparing with traditional detection mode,this detection platform is no longer affected by the temperature of detection time or detection environment;and reduces the impact of human disturbance;thus the detection accuracy and efficiency are enhanced.In addition,other types of sensors can also be detected by partially modifying the platform.

Vehicle temperature sensor Detection platform Programmable logic controller High resistance meter PLC

TP273

A

吉林省教育厅科研基金资助项目(编号:吉教科合字2013435)。

修改稿收到日期:2014-03-14。

周子明(1980-),女,2004年毕业于长春工业大学机械工程及自动化专业,获学士学位,助理研究员;主要从事机电检测及控制的研究。