高溫空氣壓力調節閥測試系統設計

摘要：根據軍用飛機修理廠的要求，針對飛機環境控制系統高溫大流量壓力調節閥測試過程中，溫度高、壓力高、流量大的特點，我們設計、制造了以數字計算機、電動控制閥為核心高溫空氣壓力調節閥測試系統。本文介紹該系統的基本組成、工作和技術特點。

關鍵詞：壓力調節閥；空氣；高溫；大流量；測試系統

0 引言

“高溫空氣壓力調節閥綜合測試系統”是根據軍用飛機環境控制系統壓力調節閥專用《技術條件》和《試驗大綱》而設計的，以數字計算機為核心的，集狀態監測、數據采集處理，手動、自動操作為一體的地面綜合測試系統。其主要功能是利用工業控制計算機對壓力調節閥進行實時控制、數據采集與處理、工況建立。可自動、手動完成殲敵飛機環境控制系統各種高溫壓力調節閥（QDK-14、QDK-16、CYT-1）的各種性能的測試和調整。同時，可作為研究分析這些元件在使用過程中故障現象、原因的試驗設備，對改變修理、維護手段，提高元件工作可靠性和安全性有著重要的指導意義。

1主要測試項目

電器性能：工作電流，打開、關閉時間；氣密性：檢查產品一定壓力下的密封性；減壓特性：入口壓力0-2.3Mpa，出口壓力應保持0.68Mpa；開關特性：檢查電磁活門通、斷電響應特性。

2系統組成和工作

整個測試系統包括氣壓傳動與控制回路、空氣加溫系統、工業控制計算機子系統（包括硬件和軟件）。在測控軟件的支持下，硬件系統控制氣壓回路、和空氣加溫系統工作，實現測試工況的自動建立、轉換和數據采集處理。

2．1氣壓傳動與控制回路

不同測試項目下測試工況各不相同。圖1 為該系統的氣壓傳動與控制回路的原理圖，可滿足不同高溫壓力調節閥，不同測試項目的需要。

該回路的特點是利用大流量電動空氣減壓閥、電磁閥等氣電元件，接收計算機指令，實現對流過被測對象空氣的壓力、流量等參數閉環控制和狀態切換。數據采集系統通過各種傳感器（壓力、流量、空氣溫度）實時巡回監測測試系統各種性能參數。

測試時，產品進口壓力在1～2.3MPa變化時，通過閥的空氣流量為2300kg/h，工作時間不大于10min。由于系統瞬間空氣消耗量太大，工作時間不長，我們采用充氣、儲氣、放氣分時進行的方法，較好的滿足了大流量狀態下產品壓力特性的測試，大大的降低了系統的功耗。

2．2硬件系統

硬件系統主要由工業控制計算機系統、帶變送器的相應各類傳感器、通用型多功能A/D和D/A接口板、繼電器端子板等組成，如圖2所示。

所選通用型多功能A/D、D/A、I/O接口卡型號為IPC5472D，其模/數、數/模轉換精度為12位，具有8路模擬量輸入、2路模擬量輸出、開關量輸入輸出各8路；繼電器端子板型號為CNB5336，具有16路固態繼電器。

空氣溫度、壓力、流量及電流傳感器均帶變送器，可輸出4～20mA

1、空氣壓縮機，2、儲氣罐，3、安全閥，4、11、14、壓力傳感器，5、空氣加溫器，6、電動控制閥， 7、8、17、19氣壓電磁閥，9、渦輪流量傳感器（大流量），10、空氣溫度傳感器，12、被測閥夾具，13、被測閥，15、節流孔板，16、消音器，18、渦輪流量傳感器（小流量），20、并聯分流閥夾具，21、并聯分流閥。

圖1 氣壓傳動與控制回路原理圖

標準信號，可直接與I/O接口卡模擬量輸入通道相連，通過多路模擬開關，巡回進行數據采集。

電動控制閥的工作可由計算機經D/A直接控制，出口壓力的大小與控制信號一一對應且正比例增加。空氣壓縮機、空氣加溫器的啟、停，電磁閥的工作狀態切換則經I/O卡的開關量輸出通道通過繼電器來實現。

圖2 計算機硬件系統

2．3空氣加溫系統

空氣加溫系統采用集束式電加熱爐，爐體采用夾套方式設計（如圖3所示）。降低了外壁溫度，散熱損失小。其特點是：容器由受壓外筒和非受壓內筒兩部分組成，容器的外殼受壓而不受溫，外殼表面溫度低（≯50℃），內膽受溫但不承壓，有效的降低了熱損耗，降低了加熱器的功率。內部有效截面積遠大于管道的截面積，壓力降較小。

控制方面選用高精度智能溫度控制儀，采用模糊控制理論和傳統PID控制相結合的控制方式，響應快，無超調。內設置非線形校正功能，控制重復性好，具有手動采用模塊化結構，輸出參數用比例式過零觸發模塊調節。通過控制可控硅的通斷時間占空比來實現無級調功，使系統控制處于最佳狀態，出口溫度20～460℃可調，調節誤差±2～5℃。

3 技術特點

“高溫空氣壓力調節閥綜合測試系統”在滿足產品《技術條件》和《試驗大綱》規定的測試需要的前提下，本著自動化程度高、通用性強、可擴充性強、成本低、使用可靠、維修方便、簡單安全、檢測結果準確的原則，在技術上具有以下特點：

利用計算機控制具有開度反饋的電動控制閥，實現被測壓力閥供氣流量的無級調節。同時克服了采用手動調節閥轉動困難、效率低等缺點。具有流量控制精確、范圍大（0～2300kg/h）、可擴充性強等特點。

以數字計算機為核心，利用計算機工業控制、 傳感器等技術，實現測試工況的自動轉換和系統壓力、流量、溫度等參數的控制和調節。具有檢測和控制精度高、智能化程度高、人機界面友好、操作維護方便等特點。

利用隔離、遠距離傳輸技術實現測試系統的遠距離控制，也就是將氣源及管路系統安裝于遠離主控計算機的隔離艙內，實現系統的降噪。

采用萬能夾具，使系統具有強大的可擴充性，通過修改軟件實現不同飛機不同類型高溫壓力調節閥（QDK-14、QDK-16、CYT-1）各種性能的測試和調整。

結論

該測試系統的研制成功，實現了軍用飛機高溫空氣壓力調節閥在計算機輔助狀態下的自動、綜合測試。解決了老式試驗設備流量控制調節誤差大、噪音污染嚴重、檢測手段落后的狀況。對提高軍用飛機修理廠的修理能力有著重要意義。

參考文獻

[1] 陳漢華，等.《殲十型飛機構造》. 空軍第一航空學院. 2004年3月.

[2] 徐明，等.《壓縮空氣站設計手冊》.北京：機械工業出版社，1993.

[3] 賈斯法，等.《氣體動力學》.空軍第一航空學院，1997年3月.

作者簡介：程明學，（1964－）男，碩士研究生，畢業于國防科技大學機械電子工程專業，現從事飛機液壓/氣動領域的教學和科學研究。