发动机试车壳体外壁温度测试系统研究

2015-03-05沈阳航天新光集团有限公司张延辉王宝新

电子世界 2015年17期

关键词：数据采集发动机

沈阳航天新光集团有限公司张延辉王宝新

发动机试车壳体外壁温度测试系统研究

沈阳航天新光集团有限公司张延辉王宝新

【摘要】本文介绍了利用VB编程对温度进行精确测试的技术方案，并详细叙述了温度测试的软件和硬件设计过程和解决办法，在此过程中体会数据采集模块的VB编程使用技巧。

【关键词】发动机；壳体外壁；温度测量；数据采集

1 引言

随着科技不断的发展，我们对工业上的一些数据采集有了更高的要求，温度也一样。它是一个很重要的参数，尤其是发动机在热试车过程中，发动机壳体外壁的温度高低反映了发动机的热防护性能，决定了发动机的可靠性。温度测量的准确与否直接关系到发动机设计方案验证。从前我们测试该型号发动机试车过程中壳体外壁的温度，一般使用人工方法，温度计或者普通的热电偶再接入二次表读出温度值，然后手工记录温度数值。这种方法效率低、精度低、可操作性差、无法满足发动机热试车的测温要求。故需要设计一套操作简单、方便实用、测量误差小、响应时间短的温度测试系统。

2 方案论证

该型号发动机热试车时间较短，一般为70秒～80秒之间就结束了，这就要求温度测试系统必须有较高的采集频率，温度传感器也要求有较高的响应频率；另外发动机热试车过程中存在一定的危险性，这就要求，温度测试系统能够具备远程采集能力。根据发动机热试车技术通知要求，采集的温度数据必须绘制成曲线，测试温度误差在± 2℃内，并有良好的可判读能力。发动机热试车过程中，壳体外壁温度设计指标在150℃之内。结合我们的实际经验，认为采用热电偶作为温度传感器较为理想。

热电偶是用两种不同成分的导体焊接在一起的，两端温度不同时，在回路中就会有热点势产生，因此热电偶是通过测量热点势从而测量温度的一种感温元件，它是一种变换器，它能将温度信号转变为电信号再由显示仪表显示出来或者接入采集模块由工控机读取。热电偶测量温度的基本原理是热点效应。它是热电效应理论的具体应用之一。在温度测量中得到了广泛的应用。其特点是：

（1）测量精度高；

（2）结构简单；

（3）动态响应快；

（4）可作远距离测量（由于热电偶是利用热电势的大小与其长短无关，所以信号可以远传，便于集中检测和自动控制）；

（5）测温范围广。

数据采集模块用“研华”公司生产的ADAM-4018模块，该采集模块可直接识别“J、K、T、E、R、S、B”型热电偶，并将热电偶的电势差直接转换成数字信号；具有6路差分、2路单端通道；该模块工作温度范围广，可达-40℃～+85℃；有很好的抗噪声性能，包括50/60Hz自动抗噪。

3 硬件设计

3.1 热电偶选择

根据试验方案，我们选择“T”型热电偶作为测试温度传感器，它的温度范围是-100℃～+400℃，偶丝直径选择0.5mm，偶头采用焊接形式，将冷端和热端拧紧后，用氩弧焊接在一起，用0.2mm厚的铜片制作10mm×10mm左右的集热片，将偶头包裹在集热片中央，集热片的形状最好与被测试部位的形状一致，以保证温度传导误差尽可能的小。根据实际测试环境，热电偶长度选择10m左右，连入采集模块，

3.2 工控选择

工控部分主要包括“研华”公司的610H型工控机、“研祥”公司的PDS-1703型的液晶显示器、“研华”公司的ADAM-4018采集模块、ADAM-4520数据转换接口，即RS485转成RS232，接入工控机COM口，ADAM-4520同时为ADAM-4018提供24VDC直流供电。

数据采集模块(4018)能同时无相位差的采集8路参数，其技术指标参数为：8路A/D同时采集通道、分辩率12位、采样率可任意设定10～100点/秒。

3.3 数据采集卡的安装与测试

将ADAM-4018接入ADAM-4520，再将ADAM-4520模块接入工控机COM口，开机后安装ADAM-4018模块的驱动程序。启动开始菜单中：Device Manager项，如图1所示；点击此菜单，在Suported Devices栏中找到ADAM-4018后，点击Add按钮，将PCL-818HG加入到Installed Devices栏中，从而确定了数据采集卡的基地址，如图2所示。

图1　Device Manager启动过程

图2　Device Manager管理界面

4 软件设计

4.1 软件设计说明

随着Windows在国内的普及，越来越多的用户转向了windows操作系统，用微软的visualbasic来开发应用软件十分方便，一般的工程技术人员易于掌握，设计软件界面十分方便，编程工作量相对较小，只需进行主要应用功能的编程和少量界面控制的编程。本文介绍了使用VB编写的温度测试系统，对于VB编写计算机测控系统软件，具有一定的参考价值。

4.2 软件测试系统分析

测控系统软件使用Visual Bisic 6.0编写，程序界面完全汉化，如图5所示，具有实时显示采集曲线并且能够简单快速的进行数据处理、输出报表和数据查询等功能。测控系统软件包括测控程序、数据处理程序两部分：测控程序负责信号输出、信号采集等；数据处理程序主要负责数据的汇总、处理、绘制数据曲线、数据技术条件的判读和打印等工作。

4.3 测控程序技术指标

测控程序能对8通道同时进行无相位差采集，在进行特性测试时，若遇到意外情况，用户可以通过点击“取消按扭”、F4快捷键或其它方式取消测试。程序设置了操作提示和操作违规提示，以尽量避免操作者误操作。软件包含频率设定、采集时间设定、栅格宽度设定、栅格对应压力数值设定等功能。

4.4 数据处理程序技术指标

在测试结束时，点击数据处理菜单，程序能自动打开一个数据处理工程。此工程包含所有的测试信息，包括产品编号、测试文件、数据处理配置文件等。用户可以通过选择菜单查看每个特性曲线，也可通过选择菜单查看数据报表。数据处理程序可以对测试数据进行相应的数据处理，但保证处理精度。数据处理程序对测试原始数据采用Random随机方式保存，对处理后的数据和一些配置文件采用Random随机方式进行保存。数据处理结束，可以形成数据报表并能进行技术条件判读。用户也可以根据需要，选择单个曲线，或多个曲线进行打印或数值打印。

4.5 软件主要功能及主要程序代码

温度采集：

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

划温度曲线：

图3　产品性能测试软件打开界面

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 调试与分析

测试软件编写完成后，与硬件一同进行了联机调试。首先检验了时间坐标的采集准确度，利用工业秒表，程序内采集部分赋数组值，对数据进行空采，比对时间轴与秒表的数值是否同步。然后测试温度，用工业水银温度计，测试水温（水的比热较大，变化相对较小），然后放入热电偶测试，利用工控机软件采集温度，比对水银温度计与软件采集的温度数据。一般测试5点以上，+10℃～+80℃之间，观察数据差异。通过比对发现，软件测试系统的线性非常好，Δ值在±0.05℃左右。对测试系统的零点修正后，软件即可投入正常运行。实际测试结果见附图6。