張曉東 秦曉勇 黎 南

1海軍工程大學(xué)科研部，湖北武漢 430033

2海軍工程大學(xué) 船 舶與動力學(xué)院，湖北 武 漢 430033

3海軍駐綿州地區(qū)軍事代表室，遼寧 綿 州 121000

船用壓力、溫度和液位傳感器檢測標(biāo)定方艙的方案設(shè)計(jì)

張曉東1秦曉勇2黎 南3

1海軍工程大學(xué)科研部，湖北武漢 430033

2海軍工程大學(xué) 船 舶與動力學(xué)院，湖北 武 漢 430033

3海軍駐綿州地區(qū)軍事代表室，遼寧 綿 州 121000

船舶動力裝置中傳感器類設(shè)備工作條件惡劣，易引起其自身特性發(fā)生變化甚至出現(xiàn)故障。為滿足該類設(shè)備的維修保障要求，提出了在大型維修船舶上建立該類設(shè)備的試驗(yàn)與檢測方艙的新設(shè)想。根據(jù)傳感器類設(shè)備的工作特點(diǎn)和船舶的載運(yùn)條件，提出了用于該類設(shè)備維修的船載方艙的基本要求，給出了該維修方艙的總體設(shè)計(jì)方案，并對壓力、溫度和液位類傳感器核心部分標(biāo)定測試臺提出了初步的設(shè)計(jì)方案。所提出的要求和制定的初步設(shè)計(jì)方案可用于指導(dǎo)傳感器類設(shè)備船載方艙的初步設(shè)計(jì)。

方艙；船用傳感器；檢測標(biāo)定；船舶維修

1 引言

隨著現(xiàn)代軍事科技的迅猛發(fā)展，各國海軍艦船維修技術(shù)的保障力量都朝著由岸基、后方維修保障向靠前、海上和機(jī)動維修保障的方向轉(zhuǎn)變，提高戰(zhàn)場伴隨維修保障能力成為現(xiàn)代海戰(zhàn)中恢復(fù)艦艇戰(zhàn)斗力，及時(shí)處理艦艇嚴(yán)重?fù)p傷，確保艦艇生命力的重要措施。機(jī)動維修組合方艙作為建立海上機(jī)動維修技術(shù)保障力量的有效手段，可以在戰(zhàn)時(shí)將其安裝于征用的民用集裝箱船上，形成海上機(jī)動保障的大型維修船，對海上編隊(duì)進(jìn)行海上中繼級維修保障和戰(zhàn)時(shí)搶修［1-2］。

現(xiàn)代艦船的船機(jī)電設(shè)備中安裝有大量的壓力、溫度和液位類傳感器，它們在裝備的正常使用、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、自動控制和安全報(bào)警等方面發(fā)揮著巨大作用?？紤]到戰(zhàn)損和傳感器自身工作條件較差易引起其自身特性發(fā)生變化甚至出現(xiàn)故障等因素，應(yīng)在大型維修艦船上建立傳感器類設(shè)備的試驗(yàn)與檢測方艙，以此對各類型傳感器及備件進(jìn)行校驗(yàn)和標(biāo)定，滿足戰(zhàn)時(shí)的維修保障要求［3-4］。

2 對維修方艙的基本要求

根據(jù)船舶的載運(yùn)條件和傳感器類設(shè)備的特點(diǎn)，用于傳感器類設(shè)備試驗(yàn)與檢測的船載方艙應(yīng)滿足以下基本要求：1）方艙重量輕、整體強(qiáng)度高，具有一定的保溫、隔熱和密封性能；2）方艙及其內(nèi)部設(shè)備應(yīng)盡量滿足“三化”方面的要求，即標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、組合化要求；4）方艙內(nèi)各類傳感器標(biāo)定測試臺滿足方艙載運(yùn)和工作環(huán)境要求；5）方艙中各類傳感器標(biāo)定測試臺必須能同時(shí)作業(yè)，不能相互影響，確保方艙的高效運(yùn)作；6）方艙中各類傳感器標(biāo)定測試臺性能穩(wěn)定、工作可靠，精度和測量范圍等級滿足傳感器的標(biāo)定需求，接口部件形狀和尺寸能夠滿足安裝連接要求，隨機(jī)安裝的測試信息管理系統(tǒng)操作簡單、界面友好；7）方艙和外部的接口應(yīng)滿足通用化要求；8）方艙內(nèi)設(shè)備或工具必須視情考慮備用配置，以防個(gè)別設(shè)備的故障導(dǎo)致方艙某種功能的喪失；9）方艙的廢棄物由所在船上的廢物處理設(shè)備處理，方艙不再考慮廢物處理問題；10）方艙具有一定的電磁屏蔽能力；11）方艙應(yīng)盡可能提高內(nèi)部各功能單元布局的合理性，重視人、機(jī)和環(huán)境三者之間的協(xié)調(diào)，強(qiáng)調(diào)色彩的應(yīng)用，使作業(yè)在效率、安全、健康、舒適等幾個(gè)方面的特性得以提高；12）方艙的安裝、裝卸應(yīng)符合船載條件要求，必要時(shí)，方艙也能滿足卡車載運(yùn)方式進(jìn)行陸上機(jī)動作業(yè)。

3 維修方艙的設(shè)計(jì)方案

方艙基本構(gòu)架可采用國際軍隊(duì)保障車輛中廣泛應(yīng)用的軍用鋁合金聚氨酯夾層大板［5］或民用大型集裝箱，外型尺寸和內(nèi)部尺寸依內(nèi)部工作臺面和所需工作空間而定［6］。根據(jù)艦用壓力、溫度和液位類傳感器的型號、工作特性以及常發(fā)故障，建立壓力、溫度、液位類傳感器的標(biāo)定測試維修臺，研制相應(yīng)的接口部件和開發(fā)相應(yīng)的信息管理系統(tǒng)，完成三類傳感器的戰(zhàn)時(shí)維修和標(biāo)定。

各標(biāo)定測試臺的設(shè)計(jì)思路如下：分析壓力、溫度和液位類傳感器的工作特性；確定壓力、溫度、液位傳感器標(biāo)定系統(tǒng)的精度等級和測量范圍；分析方艙工作環(huán)境（溫度、濕度、振動和工作空間等）對標(biāo)定測試系統(tǒng)的要求；選購或研制各類傳感器標(biāo)定系統(tǒng)；分析各類傳感器的接口特性；進(jìn)行標(biāo)定測試臺接口裝置的設(shè)計(jì)、加工。

各類傳感器標(biāo)定測試臺中的核心部分——標(biāo)定系統(tǒng)是通用計(jì)量裝置，必須由國家認(rèn)可的專門單位進(jìn)行生產(chǎn)，在此可通過選型論證進(jìn)行選購。根據(jù)國內(nèi)外分析儀器進(jìn)展情況［7］和壓力［8］、溫度［9］和液位類傳感器的不同標(biāo)定方法［10-12］，可建立如圖1所示的各類傳感器標(biāo)定測試臺。

3.1 壓力類傳感器標(biāo)定測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

壓力類傳感器標(biāo)定測試系統(tǒng)由壓力源 （包括氣壓真空泵和液體高壓泵）通過三通管分出兩路，一路連接被校壓力傳感器、變送器和壓力表，一路連接多功能校驗(yàn)儀的內(nèi)部壓力模塊。被校壓力傳感器輸出的壓力值和多功能校驗(yàn)儀內(nèi)部壓力模塊輸出的壓力值，都在校驗(yàn)儀器的主模塊上顯示，實(shí)現(xiàn)對比校準(zhǔn)。

對壓力類儀表來說，測量精度一般為1%，根據(jù)國家計(jì)量器具檢定規(guī)程，其校驗(yàn)儀表的精度至少應(yīng)為0.2%，而壓力類傳感器、變送器的精度一般0.2%，其校驗(yàn)儀表的精度至少應(yīng)為0.05%。綜合考慮以上情況，并考慮到將來測量儀表的發(fā)展，可選用芬蘭BEAMAX公司MSC100－MCP5設(shè)備作為壓力標(biāo)定測試平臺。該標(biāo)定系統(tǒng)可在500 mm×1 500 mm的工作臺上展開工作，并可在較大的范圍內(nèi)保證測量的準(zhǔn)確性和可靠性，同時(shí)還具有可擴(kuò)展性。

3.2 溫度類傳感器標(biāo)定測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

溫度類傳感器標(biāo)定測試系統(tǒng)由校驗(yàn)爐作為溫度源，被校溫度傳感器和精密測溫電阻同時(shí)置于校驗(yàn)爐。被校溫度傳感器輸出的溫度值和精密測溫電阻輸出的溫度值，都在校驗(yàn)儀器的主模塊上顯示，實(shí)現(xiàn)對比校準(zhǔn)。

由于溫度信號特有的遲滯性，校驗(yàn)一支溫度傳感器通常需要1～2 h。為降低勞動強(qiáng)度，提高工作效率，可選用具備同時(shí)校定8路熱電偶和8路熱電阻的英國ISOTECH公司ISO1060型全自動校驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可自動升溫、降溫和恒溫，自動測量及自動存儲測量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)觀看溫度設(shè)定點(diǎn)、標(biāo)準(zhǔn)溫度、測量時(shí)間、升降溫曲線以及其它所需數(shù)據(jù)，自動或按需保存測量結(jié)果或打印固定格式報(bào)告。該系統(tǒng)需要500 mm×1 500 mm的工作平臺和單獨(dú)的干體爐工作間（干體爐尺寸長500 mm×寬500 mm×高600 mm），工作間面積最小為1.8 m2。

3.3 液位類傳感器標(biāo)定測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液位類傳感器標(biāo)定測試系統(tǒng)由液位模擬裝置作為液位源，被校液位傳感器和精密流量計(jì)與水位計(jì)同時(shí)測量液位模擬裝置的液位。被校液位傳感器輸出的液位值和精密水位計(jì)輸出的液位值，都在校驗(yàn)測試診斷系統(tǒng)的主模塊上顯示，實(shí)現(xiàn)對比校準(zhǔn)。該測試系統(tǒng)可利用專用測量分析軟件、硬件開發(fā)平臺進(jìn)行研發(fā)，選用美國國家儀器公司Labview虛擬儀器軟件作為液位傳感器標(biāo)定測試系統(tǒng)的研發(fā)平臺。接口箱的研制應(yīng)采用集成、通用型的器件，提高標(biāo)定系統(tǒng)的可靠性和維護(hù)的方便性。

3.4 測試信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在壓力、溫度和液位傳感器標(biāo)定測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，應(yīng)建立統(tǒng)一管理這些測試系統(tǒng)的信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)包括以下主要功能：1）對壓力標(biāo)定測試提供校驗(yàn)報(bào)告；2）對測試的各類傳感器型號、性能參數(shù)、所在系統(tǒng)或設(shè)備、布置艙室、測試結(jié)果、維修狀態(tài)等信息進(jìn)行計(jì)算機(jī)管理。該系統(tǒng)由輸入模塊、處理模塊和輸出模塊組成，輸入模塊由人機(jī)對話方式，輸入有關(guān)傳感器和測試的信息；處理模塊由內(nèi)部程序完成；輸出模塊則輸出所需的報(bào)表并接受查詢。

3.5 標(biāo)定測試臺接口部件

該接口部件主要滿足各類傳感器和儀器與標(biāo)定測試臺的連接需要，結(jié)構(gòu)采用普通的螺紋連接方式，加工制造較為簡單，待各標(biāo)定系統(tǒng)購置后結(jié)合各類儀器傳感器接口再進(jìn)行設(shè)計(jì)加工。

4 結(jié)束語

船載維修方艙可提高裝備的戰(zhàn)時(shí)維修保障水平，具有重要的軍事意義。本文從技術(shù)設(shè)計(jì)層面對用于傳感器類設(shè)備試驗(yàn)與檢測的船載方艙的基本要求和總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了探討，并給出了壓力、溫度、液位類傳感器標(biāo)定測試系統(tǒng)和測試信息管理系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方案。所提出的要求和制定的初步設(shè)計(jì)方案可用于指導(dǎo)傳感器類設(shè)備船載方艙的設(shè)計(jì)。

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Preliminary Design of Testing Calibration Shelter Using Marine Sensors of Pressure，Thermal and Liquid-Level

Zhang Xiao－dong1 Qin Xiao－yong2 Li Nan3
1 Office of Research and Development， Naval University of Engineering， Wuhan 430033， China
2 College of Naval Architecture and Power，Naval University of Engineering， Wuhan 430033， China
3 Military Representative Office in Jinzhou District， Jinzhou 121000， China

Sensor units of marine power plant are subject to either change of inherent characteristics or functional failure under adverse working conditions.This paper presents a new approach to building up testing calibration shelter for sensor units in a large－sized maintenance ＆ repair ship for purpose of maintenance and logistic support.According to the features of sensor units and the loading conditions on board the ship， basic requirements for maintenance by the shelter are put forward.The general design scheme is given and the preliminary design scheme of key component，known as sensor calibration test board for testing pressure， thermal and liquid level etc， are presented.The results may be used as guide for preliminary design of similar shelter onboard the ship.

shelter； marine sensor； testing calibration； ship maintenance

U664.8；TH86

A

1673－3185（2010）06－84－03

10.3969/j.issn.1673-3185.2010.06.017

2009－10-15

張曉東（1969－），男，副教授。研究方向：船舶機(jī)電設(shè)備熱力性能分析和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測。E-mail：in＿your＿eyes＠ tom.com

秦曉勇（1978－），男，副教授。研究方向：船舶機(jī)電設(shè)備熱力性能分析和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測。E-mail：qinxy2002＠ hotmail.com