航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)載壓力測(cè)試設(shè)備自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張冰凌，邢威

（1.海軍駐沈陽航空軍事代表室，沈陽110045；2.沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所，沈陽110015）

1 引言

近年來，隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制任務(wù)的大力推進(jìn)，各項(xiàng)試驗(yàn)、調(diào)試、攻關(guān)工作呈逐年上升的態(tài)勢(shì)。在發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)，大量的壓力測(cè)量系統(tǒng)和壓力測(cè)試裝置用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力實(shí)時(shí)參數(shù)，以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和運(yùn)行狀況進(jìn)行分析。為保證測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，測(cè)試儀表必須進(jìn)行校準(zhǔn)，逐年增大的工作量對(duì)壓力校準(zhǔn)工作的效率提出了更高的要求。

設(shè)計(jì)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)載壓力測(cè)試設(shè)備的自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在Visual Basic環(huán)境下編程，可完成參數(shù)設(shè)定、通訊設(shè)置、數(shù)據(jù)讀取計(jì)算、自動(dòng)檢定、合格判定、數(shù)據(jù)保存、記錄/證書打印等功能，可無人操控實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)校準(zhǔn)工作，工作效率顯著提高；由于對(duì)工作程序進(jìn)行了集成，減少了人為誤差，工作更加可靠。該系統(tǒng)的成功研制和應(yīng)用為發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)與排故工作節(jié)約了大量的時(shí)間。

2 系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理

自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)主要由DPI515型壓力控制器、KEITHLEY2000型多功能數(shù)字繁用表、LPS-305型直流穩(wěn)壓電源、壓力真空泵及壓力氣源、計(jì)算機(jī)、RS232通訊電纜等組件組成。系統(tǒng)組成如圖1所示。

作為控制系統(tǒng)硬件的核心組成部分，DPI515是1臺(tái)精密氣動(dòng)壓力控制器，能對(duì)密封系統(tǒng)提供可控壓力，并可在氣流波動(dòng)較小的情況下保持壓力不變。該控制器具備自動(dòng)控制閥補(bǔ)償功能，可在不同系統(tǒng)壓力和容積下長時(shí)間連續(xù)可靠運(yùn)作。

校準(zhǔn)系統(tǒng)工作原理為：將機(jī)載壓力測(cè)試設(shè)備與DPI515壓力控制器相連接，按照壓力檢定規(guī)程，根據(jù)被檢設(shè)備的不確定度和量程進(jìn)行校準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定，通過計(jì)算機(jī)控制使壓力控制器逐點(diǎn)給出標(biāo)準(zhǔn)壓力值，待壓力控制穩(wěn)定后自動(dòng)讀取數(shù)字繁用表的輸出值至計(jì)算機(jī)。最后根據(jù)結(jié)果判斷機(jī)載壓力設(shè)備是否合格。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在上述硬件連接的基礎(chǔ)之上，在Visual Basic的集成開發(fā)環(huán)境下編制程序，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與儀器的通信，實(shí)現(xiàn)控制儀器、控制校準(zhǔn)工作流程、數(shù)據(jù)采集和處理、結(jié)果顯示、存儲(chǔ)原始記錄、生成校準(zhǔn)證書等功能。

下面針對(duì)自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的功能和設(shè)計(jì)作相關(guān)方面的說明。

3.1 系統(tǒng)的自動(dòng)校準(zhǔn)流程

對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說，有1個(gè)清晰的控制流程是非常重要的。本軟件設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵照如圖2所示的自動(dòng)校準(zhǔn)流程展開。

3.2 自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的主要功能模塊

任何1套自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，除了完成基本的校準(zhǔn)功能外，還必須有友好的人機(jī)交互界面，被校準(zhǔn)設(shè)備信息管理、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)管理功能以及其它輔助功能。

本軟件系統(tǒng)包括主程序界面及子程序模塊，如圖3所示。

在“檢定儀器管理”菜單中，可以查看和打印原始記錄和檢定證書；“控制”菜單可執(zhí)行控制器的壓力控制命令，并同時(shí)監(jiān)測(cè)控制器的狀態(tài)；“校準(zhǔn)”菜單是最主要的菜單，用于啟動(dòng)校準(zhǔn)的過程；“壓力清零”菜單用于開機(jī)預(yù)熱后在零壓力的狀態(tài)下對(duì)控制器的當(dāng)前量程進(jìn)行清零。“控制參數(shù)設(shè)置”用于設(shè)置控制器的量程，各量程的控制穩(wěn)定限以及壓力的模式；“信息設(shè)置”菜單用于設(shè)置一些用戶、廠家以及檢定規(guī)程的信息，這些信息將會(huì)出現(xiàn)在檢驗(yàn)設(shè)置的下拉選項(xiàng)中，標(biāo)準(zhǔn)器信息以及檢定規(guī)程的設(shè)置也在這里完成；“檢定記錄管理”和“證書報(bào)告”用于校準(zhǔn)結(jié)束后的后續(xù)工作；“輔助”菜單可以進(jìn)行不同壓力單位之間的壓力值的轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)計(jì)算的功能。

3.3 控制器密封檢查

根據(jù)被檢儀表的量程將其壓力測(cè)試口和控制器的輸出口正確連接后，選擇主菜單上的“控制”選項(xiàng)進(jìn)入“測(cè)量和控制”界面（如圖4所示），通過量程選擇將控制器切換到另1個(gè)壓力量程。

在“量程選擇”里選擇當(dāng)前所用的量程，并在“設(shè)定壓力值”欄里輸入機(jī)載壓力設(shè)備的滿量程。點(diǎn)擊“啟動(dòng)控制”按鈕，控制器將會(huì)快速地將壓力控制到設(shè)定值。如果壓力控制穩(wěn)定不下來，或當(dāng)前壓力值的指示上下波動(dòng)很大，說明被檢器連接處有較大泄漏，此時(shí)應(yīng)立即檢查泄漏處，并將其密封完好。如果被檢機(jī)載設(shè)備校準(zhǔn)前需要進(jìn)行預(yù)壓，則在“設(shè)定壓力值”欄里重新輸入預(yù)壓的壓力值并啟動(dòng)控制，預(yù)壓結(jié)束后點(diǎn)擊“通大氣”按鈕將系統(tǒng)壓力排空。

3.4 系統(tǒng)的通訊采集、穩(wěn)定時(shí)間的指令實(shí)現(xiàn)

使用定義串口句炳hCom，讀入壓力控制器壓力值：

校準(zhǔn)結(jié)束后，系統(tǒng)將完成數(shù)據(jù)處理并計(jì)算出各項(xiàng)誤差值。確認(rèn)無誤后在檢定結(jié)論欄里輸入檢定的結(jié)論，點(diǎn)擊“保存結(jié)果”按鈕來完成檢定結(jié)果的保存。自動(dòng)校準(zhǔn)界面如圖5所示。

進(jìn)入主界面的“原始記錄管理”菜單打印檢定數(shù)據(jù)的查詢和檢定證書。系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)調(diào)用Excel或Word來查看原始記錄和證書，并打印相應(yīng)結(jié)果。

4 系統(tǒng)研制過程的細(xì)節(jié)問題及解決辦法

4.1 控制穩(wěn)定限的設(shè)定

由于校準(zhǔn)結(jié)果的判定由控制器進(jìn)行，而控制穩(wěn)定限的影響很大，因此控制器的控制穩(wěn)定限需要嚴(yán)格設(shè)定。基于DPI515的技術(shù)指標(biāo)特性，本校準(zhǔn)系統(tǒng)可根據(jù)不同情況，對(duì)控制穩(wěn)定限進(jìn)行設(shè)定，一般設(shè)置為0.003%FS，以提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.2 穩(wěn)定時(shí)間的判斷

控制穩(wěn)定限雖能在某種程度上保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性，但數(shù)據(jù)采集前的穩(wěn)定時(shí)間也需要有相應(yīng)考慮，因?yàn)橐坏┯行孤┗蚱渌闆r發(fā)生，有可能出現(xiàn)短暫性的讀數(shù)穩(wěn)定現(xiàn)象，但由于采集的數(shù)據(jù)與顯示數(shù)據(jù)有一定時(shí)間差，就會(huì)導(dǎo)致校準(zhǔn)結(jié)果不準(zhǔn)確。經(jīng)過長期的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和積累，本校準(zhǔn)系統(tǒng)中包含讀數(shù)前穩(wěn)定時(shí)間的設(shè)定，大大提高了校準(zhǔn)結(jié)果的可靠度，為最終出具可靠的測(cè)試結(jié)果奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

目前，該自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)已成功應(yīng)用于某型發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)載壓力測(cè)試設(shè)備的自動(dòng)校準(zhǔn)工作中。在0～7 MPa（表壓、絕壓）下進(jìn)行測(cè)試、校準(zhǔn)，準(zhǔn)確度可達(dá)0.01%FS，極大提高了效率和測(cè)量準(zhǔn)確度，降低了工作強(qiáng)度及人為操作帶來的誤差。經(jīng)過長時(shí)間的使用驗(yàn)證，與多型號(hào)的壓力儀器手動(dòng)測(cè)試比較，該校準(zhǔn)系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，一致性更好，可靠性更強(qiáng)。該校準(zhǔn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用了模塊化的設(shè)計(jì)理念，靈活方便，如需使用其它型號(hào)的壓力控制器只需編制該型號(hào)壓力控制器的通訊模塊，加入到自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)中即可使用。

此外，由于該自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)具有體積小、可移動(dòng)、便于操作等優(yōu)點(diǎn)，特別適于在試車現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)、排故攻關(guān)中使用。在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行壓力測(cè)量設(shè)備的系統(tǒng)校準(zhǔn)，可以減少中間環(huán)節(jié)，提高壓力參數(shù)測(cè)試的準(zhǔn)確度，還能有效減少機(jī)載壓力設(shè)備拆裝帶來的損耗，為發(fā)動(dòng)機(jī)試制與排故贏得大量的寶貴時(shí)間。

[1] 中航工業(yè)第304研究所.JJG860-1994壓力傳感器（靜態(tài)）檢定規(guī)程[M],北京:中國計(jì)量出版社,2002.

[2] 國防科工委科技與質(zhì)量司.計(jì)量技術(shù)基礎(chǔ)（第五篇）[M].北京:原子能出版社,2002.

[3] 劉麗，劉杰．基于Visual Basic 6.0的功率傳感器自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用，2008（28）.

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