韋滿源

（南寧鐵路局車輛處，工程師，廣西 南寧 530029）

康明斯柴油發(fā)電機(jī)組是目前全路空調(diào)列車發(fā)電車最多的機(jī)組類型，其水溫、油溫及機(jī)油壓力傳感器對(duì)保障發(fā)電車供電安全和運(yùn)行安全起到了重要作用。但這些傳感器特性比較復(fù)雜，目前路內(nèi)沒有比較完善的發(fā)電車發(fā)電機(jī)組傳感器專用試驗(yàn)設(shè)備，不能按期進(jìn)行校驗(yàn)，無(wú)法確保發(fā)電機(jī)組可靠運(yùn)行并對(duì)安全生產(chǎn)埋下隱患。因此，研制一臺(tái)發(fā)電車溫度壓力傳感器校驗(yàn)臺(tái)就顯得刻不容緩。

1 傳感器概述

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《傳感器通用術(shù)語(yǔ)》中，對(duì)傳感器的定義作了這樣的規(guī)定：“傳感器是指能感受（或響應(yīng)）規(guī)定的被測(cè)量并按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置”。傳感器已是機(jī)電一體化設(shè)備測(cè)控系統(tǒng)中不可缺少的元件。

1.1 傳感器分類 根據(jù)輸入物理量可分為：位移傳感器、壓力傳感器、速度傳感器、溫度傳感器及氣敏傳感器等。

根據(jù)工作原理可分為：電阻式（如電位器式、應(yīng)變片式、壓阻式傳感器）、電感式（如差動(dòng)電感、差動(dòng)變壓器、電渦流傳感器等）、電容式（如容柵式傳感器）、電勢(shì)式（如電磁感應(yīng)式、壓電式、霍爾效應(yīng)式傳感器）。

根據(jù)輸出信號(hào)的性質(zhì)可分為：模擬式感器和數(shù)字式傳感器。即模擬式傳感器輸出模擬信號(hào)，數(shù)字式傳感器輸出數(shù)字信號(hào)。

根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理可分為：有源傳感器和無(wú)源傳感器。有源傳感器將非電量轉(zhuǎn)換為電能量，如電動(dòng)勢(shì)、電荷式傳感器等；無(wú)源程序傳感器不起能量轉(zhuǎn)換作用，只是將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電參數(shù)的量，如電阻式、電感式及電容式傳感器等。

1.2 傳感器性能 傳感器具有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。

靜態(tài)特性：①量程范圍；②線性度；③重復(fù)性；④遲滯（回程誤差）；⑤靈敏度；⑥分辨率；⑦靜態(tài)誤差；⑧穩(wěn)定性；⑨漂移；⑩抗干擾穩(wěn)定性。

動(dòng)態(tài)特性：①頻率響應(yīng)特性；②階躍響應(yīng)特性。

由于傳感器有上述復(fù)雜的特點(diǎn)，對(duì)其的校驗(yàn)檢定工作難度較大，納入國(guó)家強(qiáng)制檢定的范圍不多，傳感器校驗(yàn)檢定儀器設(shè)備也相對(duì)不多。

2 鐵路專用傳感器的校驗(yàn)

鐵路關(guān)于傳感器檢定、校準(zhǔn)的規(guī)程較少，根據(jù)“JJG 860-1994壓力傳感器（靜態(tài)）檢定規(guī)程”壓力傳感器的檢定周期是一年一次，但長(zhǎng)期以來(lái)，鐵路設(shè)備的大部分傳感器校準(zhǔn)一直沿用傳感器生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，沒有進(jìn)行定期檢定、校準(zhǔn)，或已有檢定規(guī)程，但苦于沒有實(shí)施手段。大部分傳感器是處于狀態(tài)維修，失效即換，其準(zhǔn)確度和性能沒有事前控制。隨著鐵路設(shè)備機(jī)電一體化快速發(fā)展，傳感器在設(shè)備中起重要作用，如鐵路機(jī)車、動(dòng)車運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)中的制動(dòng)管壓力傳感器，走行部軸承溫度報(bào)警傳感器等重要安全部位的使用，其質(zhì)量狀態(tài)受到關(guān)注，鐵路主管部門已在開始制定相關(guān)規(guī)程，如客車軸溫報(bào)警傳感器、列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置速度傳感器和壓力傳感器已納入檢定范圍。隨著鐵路開展安全風(fēng)險(xiǎn)控制管理的深化，強(qiáng)化了事前預(yù)防意識(shí)，自覺查找設(shè)備存在的質(zhì)量隱患，一些企業(yè)根據(jù)傳感器使用情況制定了定期校準(zhǔn)的規(guī)定，如目前南寧車輛段規(guī)定要對(duì)空調(diào)發(fā)電車發(fā)動(dòng)機(jī)油溫、油壓傳感器進(jìn)行定期校準(zhǔn)。

3 溫度壓力傳感器校驗(yàn)臺(tái)的研制

康明斯K19、K38型柴油發(fā)電機(jī)組檢修規(guī)程規(guī)定：其經(jīng)過(guò)檢修后需對(duì)其電流、電壓、轉(zhuǎn)速、油水溫、機(jī)油壓力和功率參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，合格后才能編入旅客列車使用。在實(shí)際操作中，二次儀表均須經(jīng)過(guò)定期校準(zhǔn)，但傳感器未能進(jìn)行定期校驗(yàn)，不能保證測(cè)量系統(tǒng)的可靠工作。因此，我們研發(fā)了康明斯K 19、K 38型柴油發(fā)電機(jī)組油水溫、油壓傳感器校驗(yàn)臺(tái)，模擬柴油發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)對(duì)油水溫、油壓傳感器進(jìn)行全自動(dòng)校準(zhǔn)。

3.1 校驗(yàn)臺(tái)基本原理

3.1.1 溫度傳感器校驗(yàn)臺(tái) 水溫傳感器部分要滿足65～100℃測(cè)量范圍，采用普通液壓油作為加熱介質(zhì)，具有升溫高、閃點(diǎn)高、安全等條件，模擬康明斯柴油發(fā)電機(jī)組散熱水箱工作狀態(tài)，用一個(gè)電加熱水槽模擬制成，使用600 W電加熱管對(duì)油加溫并用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌使溫度分布均勻，整個(gè)加溫過(guò)程采用計(jì)算機(jī)控制調(diào)節(jié)，使油溫平穩(wěn)升到要求的溫度，在標(biāo)準(zhǔn)溫度下，計(jì)算機(jī)采集被校驗(yàn)傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出電量值進(jìn)行對(duì)比校驗(yàn)，并將校驗(yàn)結(jié)果顯示、打印、儲(chǔ)存、處理。其原理見圖1所示。

圖1 溫度傳感器校驗(yàn)臺(tái)原理示意圖

3.1.2 壓力傳感器校驗(yàn)臺(tái) 發(fā)電機(jī)組的機(jī)油壓力模擬環(huán)境是由液壓泵及相應(yīng)的液壓調(diào)節(jié)元件組成的模塊及傳感器壓力口腔體構(gòu)成，模擬機(jī)油壓力從0～520 kPa之間變化。開始校驗(yàn)時(shí)由計(jì)算機(jī)發(fā)指令啟動(dòng)壓力泵供油，機(jī)油通過(guò)泵加壓后然后經(jīng)過(guò)節(jié)流元件進(jìn)入校驗(yàn)傳感器油腔內(nèi)，與安裝在同一校驗(yàn)腔體中的標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器，計(jì)算機(jī)采集傳感器輸出電量值進(jìn)行比對(duì)校驗(yàn)。并將校驗(yàn)結(jié)果顯示、打印、儲(chǔ)存、處理。其原理見圖2所示。

圖2 壓力傳感器校驗(yàn)臺(tái)原理示意圖

3.2 檢驗(yàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)主要工作 主控制采用加固型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為中心內(nèi)部配以采集卡，控制卡，外部接口板構(gòu)成的控制部分。

3.2.1 信號(hào)采集環(huán)節(jié) 信號(hào)采集板用于采集傳感器輸出電量，將非線性的溫度、壓力值與標(biāo)定值算出的溫度值與標(biāo)準(zhǔn)溫度/壓力值比對(duì)得出校驗(yàn)結(jié)果。

3.2.2 控制環(huán)節(jié) 控制卡用于控制：

1）數(shù)據(jù)采集控制。發(fā)出數(shù)據(jù)采集開始和結(jié)束指令。

2）控制生成標(biāo)準(zhǔn)溫度、標(biāo)準(zhǔn)壓力。通過(guò)控制電熱管使油溫上升，控制冷卻單節(jié)的風(fēng)扇，使油溫下降。將控制系統(tǒng)設(shè)定溫度值與反饋的溫度值比較，形成閉合控制回路。同樣通過(guò)控制液壓泵電機(jī)，使油壓上升，控制泄壓閥使油壓下降，通過(guò)設(shè)定壓值力與反饋的壓力值比較，形成閉合的控制回路。

3.2.3 外部接口 外部接口卡用于將控制卡進(jìn)出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)電隔離與其他執(zhí)行件配合。

3.2.4 數(shù)據(jù)處理 對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析，自動(dòng)形成規(guī)定格式的校驗(yàn)報(bào)告。

3.3 校驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)軟件 整個(gè)校驗(yàn)過(guò)程的采樣、控制、校驗(yàn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化。校驗(yàn)軟件架構(gòu)采用Windows+Access數(shù)據(jù)庫(kù)，可任意保存、查詢、打印校驗(yàn)結(jié)果。整個(gè)軟件采用自上而下的模塊化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件運(yùn)行在WindowsXP環(huán)境下，整個(gè)系統(tǒng)文件包括Frame.exe，GenerIo.ini my32.dll Sersor.mdb winIO.sys Winio.dll這個(gè)文件缺一不可，其中Sersor.mdb為數(shù)據(jù)庫(kù)文件，如果用戶刪除后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成新數(shù)據(jù)庫(kù)文件。操作主界面見圖3，在主界面進(jìn)入相應(yīng)功能只用鼠標(biāo)點(diǎn)擊即進(jìn)入。

圖3 校驗(yàn)臺(tái)操作主界面

3.4 校驗(yàn)臺(tái)的指標(biāo)及結(jié)構(gòu)

3.4.1 技術(shù)指標(biāo)

1）測(cè)量范圍：壓力0-600 KPa；油溫0-110℃；水溫0-100℃。

2）分辨率：壓力0.01 KPa；油溫0.1℃；水溫0.1℃。

3）測(cè)量誤差：壓力1%；油溫1.5%；水溫1.5%。

3.4.2 校驗(yàn)項(xiàng)目 校驗(yàn)項(xiàng)目包括靜態(tài)誤差、線性度、重復(fù)性、遲滯（回程誤差）、穩(wěn)定性。

3.4.3 校驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu) 校驗(yàn)臺(tái)架采用2 mm冷軋鋼板沖壓焊接而成?？紤]到操作方便習(xí)慣，將測(cè)試單元安置在臺(tái)架右邊；左邊為控制、操作、顯示單元。指針式壓力計(jì)及溫控?cái)?shù)顯調(diào)節(jié)器在整個(gè)傳感器校驗(yàn)過(guò)程還能直觀反映壓力及溫度值，也可以作為標(biāo)準(zhǔn)壓力及溫度傳感器校驗(yàn)使用。校驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖4。

圖4 校驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

圖4說(shuō)明：1.機(jī)油壓力測(cè)試組件（被測(cè)壓力傳感器安裝在里面，且操作時(shí)要蓋上安全罩）；2.IPC工業(yè)控制計(jì)算機(jī)；3.19寸LCD液晶顯示器；4.校驗(yàn)過(guò)程急停開關(guān)（在校驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中，出現(xiàn)異?，F(xiàn)在需要即刻停止操作時(shí)可切斷控制部分）；5.壓力校驗(yàn)指針式壓力計(jì)；6.溫控?cái)?shù)顯器；7.電源總開關(guān)；8.激光打印機(jī)用于打印傳感器校驗(yàn)結(jié)果；9.傳感器校驗(yàn)鏈接電纜盒子（不使用時(shí)候電纜放置在里面）；10溫度傳感器校驗(yàn)油槽（溫度傳感器安裝在此）；11.整體校驗(yàn)臺(tái)機(jī)體；12.校驗(yàn)水槽出水管；13.校驗(yàn)水槽進(jìn)水。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著鐵路設(shè)備傳感器使用的快速增加，企業(yè)將重要傳感器納入校驗(yàn)范圍將勢(shì)在必行。目前市場(chǎng)傳感器自動(dòng)校準(zhǔn)裝置自動(dòng)化程度較低，而且其自動(dòng)化主要體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力的自動(dòng)產(chǎn)生上，而對(duì)校驗(yàn)結(jié)果的記錄、處理仍需人工完成。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，使傳感器校驗(yàn)自動(dòng)化程度逐步提高，校準(zhǔn)試驗(yàn)臺(tái)的工作準(zhǔn)確度、速度均得到提高，操作日趨簡(jiǎn)便。我們研制的傳感器校驗(yàn)臺(tái)在使用中其自動(dòng)化程度高，減輕了工作者勞動(dòng)強(qiáng)度；校驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，效率高；數(shù)據(jù)管理微機(jī)化，便于統(tǒng)計(jì)分析；校驗(yàn)臺(tái)具有自檢校驗(yàn)功能且系統(tǒng)工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)已得到驗(yàn)證。對(duì)提高設(shè)備檢修質(zhì)量，保障鐵路運(yùn)輸安全有很大的意義。