发电车温度压力传感器校验台的研制

韦满源

（南宁铁路局车辆处，工程师，广西 南宁 530029）

康明斯柴油发电机组是目前全路空调列车发电车最多的机组类型，其水温、油温及机油压力传感器对保障发电车供电安全和运行安全起到了重要作用。但这些传感器特性比较复杂，目前路内没有比较完善的发电车发电机组传感器专用试验设备，不能按期进行校验，无法确保发电机组可靠运行并对安全生产埋下隐患。因此，研制一台发电车温度压力传感器校验台就显得刻不容缓。

1 传感器概述

国家标准《传感器通用术语》中，对传感器的定义作了这样的规定：“传感器是指能感受（或响应）规定的被测量并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置”。传感器已是机电一体化设备测控系统中不可缺少的元件。

1.1 传感器分类 根据输入物理量可分为：位移传感器、压力传感器、速度传感器、温度传感器及气敏传感器等。

根据工作原理可分为：电阻式（如电位器式、应变片式、压阻式传感器）、电感式（如差动电感、差动变压器、电涡流传感器等）、电容式（如容栅式传感器）、电势式（如电磁感应式、压电式、霍尔效应式传感器）。

根据输出信号的性质可分为：模拟式感器和数字式传感器。即模拟式传感器输出模拟信号，数字式传感器输出数字信号。

根据能量转换原理可分为：有源传感器和无源传感器。有源传感器将非电量转换为电能量，如电动势、电荷式传感器等；无源程序传感器不起能量转换作用，只是将被测非电量转换为电参数的量，如电阻式、电感式及电容式传感器等。

1.2 传感器性能 传感器具有静态和动态特性。

静态特性：①量程范围；②线性度；③重复性；④迟滞（回程误差）；⑤灵敏度；⑥分辨率；⑦静态误差；⑧稳定性；⑨漂移；⑩抗干扰稳定性。

动态特性：①频率响应特性；②阶跃响应特性。

由于传感器有上述复杂的特点，对其的校验检定工作难度较大，纳入国家强制检定的范围不多，传感器校验检定仪器设备也相对不多。

2 铁路专用传感器的校验

铁路关于传感器检定、校准的规程较少，根据“JJG 860-1994压力传感器（静态）检定规程”压力传感器的检定周期是一年一次，但长期以来，铁路设备的大部分传感器校准一直沿用传感器生产企业的技术标准，没有进行定期检定、校准，或已有检定规程，但苦于没有实施手段。大部分传感器是处于状态维修，失效即换，其准确度和性能没有事前控制。随着铁路设备机电一体化快速发展，传感器在设备中起重要作用，如铁路机车、动车运行监控系统中的制动管压力传感器，走行部轴承温度报警传感器等重要安全部位的使用，其质量状态受到关注，铁路主管部门已在开始制定相关规程，如客车轴温报警传感器、列车运行监控记录装置速度传感器和压力传感器已纳入检定范围。随着铁路开展安全风险控制管理的深化，强化了事前预防意识，自觉查找设备存在的质量隐患，一些企业根据传感器使用情况制定了定期校准的规定，如目前南宁车辆段规定要对空调发电车发动机油温、油压传感器进行定期校准。

3 温度压力传感器校验台的研制

康明斯K19、K38型柴油发电机组检修规程规定：其经过检修后需对其电流、电压、转速、油水温、机油压力和功率参数进行测试，合格后才能编入旅客列车使用。在实际操作中，二次仪表均须经过定期校准，但传感器未能进行定期校验，不能保证测量系统的可靠工作。因此，我们研发了康明斯K 19、K 38型柴油发电机组油水温、油压传感器校验台，模拟柴油发电机工作状态对油水温、油压传感器进行全自动校准。

3.1 校验台基本原理

3.1.1 温度传感器校验台 水温传感器部分要满足65～100℃测量范围，采用普通液压油作为加热介质，具有升温高、闪点高、安全等条件，模拟康明斯柴油发电机组散热水箱工作状态，用一个电加热水槽模拟制成，使用600 W电加热管对油加温并用电动搅拌机搅拌使温度分布均匀，整个加温过程采用计算机控制调节，使油温平稳升到要求的温度，在标准温度下，计算机采集被校验传感器与标准传感器的输出电量值进行对比校验，并将校验结果显示、打印、储存、处理。其原理见图1所示。

图1 温度传感器校验台原理示意图

3.1.2 压力传感器校验台 发电机组的机油压力模拟环境是由液压泵及相应的液压调节元件组成的模块及传感器压力口腔体构成，模拟机油压力从0～520 kPa之间变化。开始校验时由计算机发指令启动压力泵供油，机油通过泵加压后然后经过节流元件进入校验传感器油腔内，与安装在同一校验腔体中的标准压力传感器，计算机采集传感器输出电量值进行比对校验。并将校验结果显示、打印、储存、处理。其原理见图2所示。

图2 压力传感器校验台原理示意图

3.2 检验台计算机主要工作 主控制采用加固型工业控制计算机为中心内部配以采集卡，控制卡，外部接口板构成的控制部分。

3.2.1 信号采集环节 信号采集板用于采集传感器输出电量，将非线性的温度、压力值与标定值算出的温度值与标准温度/压力值比对得出校验结果。

3.2.2 控制环节 控制卡用于控制：

1）数据采集控制。发出数据采集开始和结束指令。

2）控制生成标准温度、标准压力。通过控制电热管使油温上升，控制冷却单节的风扇，使油温下降。将控制系统设定温度值与反馈的温度值比较，形成闭合控制回路。同样通过控制液压泵电机，使油压上升，控制泄压阀使油压下降，通过设定压值力与反馈的压力值比较，形成闭合的控制回路。

3.2.3 外部接口 外部接口卡用于将控制卡进出的数字信号进行强电隔离与其他执行件配合。

3.2.4 数据处理 对采集的数据进行汇总、分析，自动形成规定格式的校验报告。

3.3 校验台系统软件 整个校验过程的采样、控制、校验过程实现计算机自动化。校验软件架构采用Windows+Access数据库，可任意保存、查询、打印校验结果。整个软件采用自上而下的模块化设计。系统软件运行在WindowsXP环境下，整个系统文件包括Frame.exe，GenerIo.ini my32.dll Sersor.mdb winIO.sys Winio.dll这个文件缺一不可，其中Sersor.mdb为数据库文件，如果用户删除后系统会自动生成新数据库文件。操作主界面见图3，在主界面进入相应功能只用鼠标点击即进入。

图3 校验台操作主界面

3.4 校验台的指标及结构

3.4.1 技术指标

1）测量范围：压力0-600 KPa；油温0-110℃；水温0-100℃。

2）分辨率：压力0.01 KPa；油温0.1℃；水温0.1℃。

3）测量误差：压力1%；油温1.5%；水温1.5%。

3.4.2 校验项目 校验项目包括静态误差、线性度、重复性、迟滞（回程误差）、稳定性。

3.4.3 校验台结构 校验台架采用2 mm冷轧钢板冲压焊接而成。考虑到操作方便习惯，将测试单元安置在台架右边；左边为控制、操作、显示单元。指针式压力计及温控数显调节器在整个传感器校验过程还能直观反映压力及温度值，也可以作为标准压力及温度传感器校验使用。校验台结构如图4。

图4 校验台结构图

图4说明：1.机油压力测试组件（被测压力传感器安装在里面，且操作时要盖上安全罩）；2.IPC工业控制计算机；3.19寸LCD液晶显示器；4.校验过程急停开关（在校验过程当中，出现异常现在需要即刻停止操作时可切断控制部分）；5.压力校验指针式压力计；6.温控数显器；7.电源总开关；8.激光打印机用于打印传感器校验结果；9.传感器校验链接电缆盒子（不使用时候电缆放置在里面）；10温度传感器校验油槽（温度传感器安装在此）；11.整体校验台机体；12.校验水槽出水管；13.校验水槽进水。

4 结束语

随着铁路设备传感器使用的快速增加，企业将重要传感器纳入校验范围将势在必行。目前市场传感器自动校准装置自动化程度较低，而且其自动化主要体现在标准温度和压力的自动产生上，而对校验结果的记录、处理仍需人工完成。随着计算机技术发展，使传感器校验自动化程度逐步提高，校准试验台的工作准确度、速度均得到提高，操作日趋简便。我们研制的传感器校验台在使用中其自动化程度高，减轻了工作者劳动强度；校验数据准确，效率高；数据管理微机化，便于统计分析；校验台具有自检校验功能且系统工作稳定等优点已得到验证。对提高设备检修质量，保障铁路运输安全有很大的意义。