一種車用溫度傳感器自動校驗檢測平臺的研制

周子明 張煒 王曉東

(長春工業大學教務處1,吉林 長春 130012;長春工業大學機電工程學院2,吉林 長春 130012;長春工業大學工程訓練中心3,吉林 長春 130012)

一種車用溫度傳感器自動校驗檢測平臺的研制

周子明1張煒2王曉東3

(長春工業大學教務處1,吉林 長春 130012;長春工業大學機電工程學院2,吉林 長春 130012;長春工業大學工程訓練中心3,吉林 長春 130012)

車用溫度傳感器在制造完成后的校驗是一項非常復雜的過程,通常由人工完成。為了提高傳感器在制造完成后校驗的準確性和檢測速度,設計了一種車用溫度傳感器自動校驗檢測平臺。該檢測平臺以可編程控制器(PLC)作為控制單元,采用萬用表卡和高阻儀分別對傳感器的電阻和內部端子與外殼的絕緣性進行檢測。試驗結果表明,相比傳統的校驗方式,該檢測平臺不再受檢測時間和檢測環境溫度不均的影響,減少了人為干擾的影響,提高了檢測精度和檢測效率。同時,該平臺經過部分改進還可用于其他類型傳感器的檢測,裝置的通用性較好。

車用溫度傳感器 檢測平臺 可編程控制器 高阻儀 PLC

0 引言

在現代汽車發動機的電控燃油噴射系統中,電控單元(electronic control unit,ECU)為了精確計算噴油量,需要實時監測發動機缸內及外部環境的溫度信息。目前,作為溫度測量元件主調節器的溫度傳感器得到了廣泛的應用[1]。車用溫度傳感器屬于熱敏電阻式傳感器,其熱敏電阻值會隨著外部溫度的變化而相應發生變化,從而達到測量溫度的目的[2-3]。以往對溫度傳感器的校驗檢測方法主要以水檢法為主,即將溫度傳感器放置在不同水溫環境下,同時用萬用表測量不同水溫條件下傳感器兩端子間的電阻值,然后將測量值與標準值相比較,完成校驗。該方法測量時間較長,且水溫的均勻控制比較困難,在實際生產中不能滿足要求[4]。為克服水檢法測量中存在的問題,提高生產線的生產效率以及測量精度,本文設計了一種車用溫度傳感器自動檢測平臺。

試驗結果表明,該平臺能夠完成車用溫度傳感器的自動化檢測,檢測精度高、周期短,能夠滿足當前的生產線要求。

1 測試原理介紹

根據國家相關法規規定,溫度傳感器的額定零功率電阻值是溫度傳感器的一項重要指標。熱敏電阻式傳感器在基準溫度25℃時測得的電阻值(R25)就是傳感器的標稱電阻值,即額定零功率電阻值,通常所說的熱敏電阻阻值亦指該值。本檢測平臺主要用于傳感器額定零功率電阻值的測量,此外還對傳感器內部端子與外殼絕緣度進行檢測。

檢測分兩道工序。首先為低溫檢測,即在溫度25℃時檢測傳感器的阻值以及內部端子與外殼的絕緣度,分別用萬用表卡和高阻儀測定,采集后與其標稱阻值進行比較,判斷其是否合格,此為初次測試。第二道工序為高溫檢測,即在環境溫度90℃時再次檢測傳感器的阻值,然后與該溫度環境下的實際設計要求值進行比較,再次確定傳感器是否合格。溫度傳感器的檢測原理如圖1所示。

圖1 檢測原理圖Fig.1 Detection principle

為了保證檢測過程中環境溫度恒定,設計了恒溫檢測室。該室能夠提供檢測時所需要的溫度。恒溫檢測室是根據溫度傳感器的外形尺寸設計,體積較小,從而能夠保證在加熱過程中檢測室內的溫度均勻,防止局部受熱。

恒溫檢測室采用風機吹動加熱絲,通過送熱管將熱量送進恒溫檢測室。檢測室的溫度通過溫度控制器來控制,底部的Pt100熱電偶傳感器為溫度控制器提供恒溫檢測室內的實時溫度。當內部溫度高于或低于設定溫度時,溫度控制器會自動斷開或者導通加熱器,精度可以控制在±0.5 K范圍內,滿足檢測要求的溫度。當將溫度傳感器放在恒溫檢測室時,會使堵風門下降,同時壓簧將傳感器固定;待檢測完成取出傳感器,堵風門又會在扭簧的作用下回歸原位,防止熱量的過度散發,保證了恒溫檢測室內溫度的穩定。

2 檢測平臺的結構設計

檢測臺需要3個工位,前兩個工位用于檢測傳感器阻值大小和端子與外殼絕緣與否,第三個工位用于打標噴碼。將3個工位沿水平方向線性布置在工作臺上。橫向傳動裝置通過氣動滑臺完成,縱向導向裝置由氣缸帶動被測件上下運動。工件的夾取由擺動氣爪執行,被測傳感器分別通過上述3個工位與測量單元接觸,從而完成測量任務。為了保證機架結構的強度與剛度,主體框架采用重型鋁型材為機架材料,并且鋁型材中縫鑲塑料條。臺面板采用12 mm厚的鋼板,表面進行防腐處理,周邊倒角。

檢測時,首先將溫度傳感器放在工件輸送機構的傳送帶上,此時單片機會發出信號給驅動器,步進電機執行動作。傳送帶在步進電機的帶動下將傳感器輸送到第一個檢測工位——低溫檢測。然后,檢測機構的縱向氣缸向下運行,氣缸下端的探針與溫度傳感器的端子接觸,使預設電路與被測件接通并開始檢測記錄數據。低溫檢測完成后氣缸向上運動,同時擺動氣爪夾取工件,橫向氣動滑臺運行將被測件輸送到下一個工位——高溫檢測,其檢測過程和低溫檢測相同。低溫檢測和高溫檢測完成后,被測件被送到打標機構,傳感器的型號以及各種參數在此工位被打印出來并粘貼在傳感器表面上。工件的夾取也是由擺動氣爪來完成,至此工件檢測完成[5]。

檢測平臺電控單元采用西門子S7-300 PLC,利用臺達觸摸屏作為人機交互界面。通過各種開關以及接近傳感器監測氣缸與氣動滑臺的動作,將信號傳送給PLC[6-7]。PLC會根據信號做出判斷,然后通過控制電磁閥的得電與失電來控制氣缸與氣動滑臺的動作[8]。最后,檢測結果會在控制面板上顯示出來。控制面板上設有配置、復位等按鈕,能夠對檢測過程進行各種設置。

通過控制面板,用戶能夠清楚地觀察到每次檢測的結果。其中,配置按鈕可以設置被測件的名稱及各種參數。檔案按鈕可以將保存好的檢測數據調取出來。復位按鈕是在遇到危險或動作錯誤時可以利用此按鍵將所有儀器復位到處事狀態。人機交互界面簡單,直觀,所有操作完全用鼠標點擊就可以完成。

3 試驗驗證及分析

為了驗證檢測平臺是否達到設計的性能要求,本文通過5WY3177A車用熱敏電阻式溫度傳感器進行測試,并且與利用傳統檢測方法得到的檢測結果進行對比。本檢測平臺在大規模生產流水線的單件檢測時間≤15 s,其中溫度傳感器在檢測臺上的運動時間≤4 s,低溫檢測時間≤3 s,高溫檢測時間≤6 s,打標時間≤2 s。采用該檢測平臺對5WY3177A溫度傳感器進行20次重復測試的結果如表1所示。

從表1中數據可知,溫度傳感器在不同溫度下的電阻值符合設計要求,即傳感器是合格的;同時,測量結果的標準偏差值經計算＜1%,表明該驗證校驗檢測平臺的測量數據可靠。為了比較采用不同檢測方法得到的測量結果,本文還對溫度傳感器采用傳統檢測方法即水檢法[6]進行檢測,并將檢測結果和利用本檢測平臺得到的結果進行對比。采用水檢法得到的測量結果如表2所示。

表1 5WY3177A溫度傳感器20次重復測試檢測結果Tab.1 20 of repeat test results of 5WY3177A temperature sensor

表2 水檢法檢測結果Tab.2 Test results of water inspection method

從表2測量結果可以看出,第3、4、8次的測量結果與其他測量結果偏差較大,說明測量結果出現錯誤。由此可知,利用水檢法測量的結果受人為因素干擾較大,易出現錯檢。這主要是由于水檢法中將水加熱到檢測溫度需要時間較長,且無法保證把溫度精確控制在檢測溫度要求范圍內,從而導致檢測結果出現錯誤。這說明傳統的檢測方法存在弊端。

采用本檢測平臺與國內、外檢測方法的對比情況如表3所示。

表3 檢測平臺對比Tab.3 Inter-comparison of the detection platform

根據表3中數據可知,應用本檢測臺的測試速度為15 s/件,比傳統檢測方法提高了3倍以上,并達到國外同類產品先進水平。此外,本檢測臺采用PLC自動控制,利用NI萬用表卡采集數據,檢測過程中避免了人為干預的影響,提高了測量結果的準確性。

4 結束語

本文設計了一種可以滿足生產線檢測要求的冷卻液溫度傳感器自動校驗檢測平臺。試驗結果表明,該平臺能夠解決以往傳統檢測方法中的不足,有效提高校驗的準確性以及校驗速度。同時,該平臺經過一定的改進,還可以用來對其他類型的溫度傳感器進行檢測,具有較廣的應用范圍和較高的實用性。

[1] 婁云.汽車電子控制技術[M].北京:科學出版社,2007:20-24.

[2] 齊志鵬.汽車傳感器和執行器的原理與檢修[M].北京:人民郵電出版社,2002:100-105.

[3] 任玲,黃鳳良.溫度傳感器動態性能改進的軟測量方法[J].自動化儀表,2007,28(4):32-35.

[4] 宋年秀,劉超,杜彥蕊.怎樣檢測汽車傳感器[M].北京:中國電力出版社,2007:40-46.

[5] 張煒,王曉東,孫銳,等.一種新型氣體微量泄漏檢測平臺的研制[J].機床與液壓,2012,40(23):100-103.

[6] 李俊.接近開關及其應用(上)接近開關原理及工作特性[J].電工技術,1994(12):45-46.

[7] 陳曦,趙德瑞,呂湘曄.S7-300 PLC在精餾塔溫度控制系統中的應用[J].自動化儀表,2011,32(3):39-41,46.

[8] 王敏.電磁閥的原理及其在工程設計中的應用探討[J].電氣傳動自動化,2010,32(5):59-61.

Research and Development of the Automatic Calibration and Detection Platform for Vehicle Temperature Sensor

Calibration after completion of manufacturing of vehicle temperature sensors is a very complicated process,normally it is manually done.In order to improve the accuracy and speed of such calibration,the automatic calibration and detection platform for vehicle temperature sensors has been designed.The detection platform is constructed with programmable logic controller(PLC)as the control unit,by using digital multi-meter(DMM)card and high resistance meter,the resistance of the sensor and the insulation between internal terminals and the shell are tested respectively.The experimental results show that comparing with traditional detection mode,this detection platform is no longer affected by the temperature of detection time or detection environment;and reduces the impact of human disturbance;thus the detection accuracy and efficiency are enhanced.In addition,other types of sensors can also be detected by partially modifying the platform.

Vehicle temperature sensor Detection platform Programmable logic controller High resistance meter PLC

TP273

A

吉林省教育廳科研基金資助項目(編號:吉教科合字2013435)。

修改稿收到日期:2014-03-14。

周子明(1980-),女,2004年畢業于長春工業大學機械工程及自動化專業,獲學士學位,助理研究員;主要從事機電檢測及控制的研究。