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探析火警传感器测试系统设计

2021/10/19 阅读:

摘要:本文通过对某型火警传感器功能原理、信号接口和测试指标的分析研究,搭建一套火警传感器模拟测试环境,以实现某型火警传感器热电动势的输出测试要求。试验结果表明,本测试系统稳定可靠,满足了某型火警传感器性能指标测试需求,为形成某型火警传感器修理能力提供了可靠保障。

关键词:火警;传感器;热电动势

某型火警传感器是飞机发动机舱防火系统重要组成之一,当某一台发动机舱失火时,火警传感器发出告警信号经火警控制盒放大后进入座舱,并通过座舱仪表板上的红色信号灯进行告警,提醒飞行员进行应急处置。正常情况下,飞机左右发动机舱各装有一套防火系统,每套系统包括1个火警控制盒和23个火警传感器。其中,火警传感器分六组安装在发动机舱不同的温度区域内。本文设计的测试系统支持对火警传感器的工作性能参数进行检查,能够模拟发动机舱起火环境,实现火警传感器着火条件下热电动势信号自动输出及检测需求。测试系统采用标准化设计,具有人机交互功能及接口,便于人员操作、相关数据显示、工作参数设定,能够支持试验数据打印及导出。

1测试系统需求分析

火警传感器是利用当周围介质的温度发生变化时,在热电偶中产生热电动势的现象工作。火警传感器与火警控制盒共同组成飞机发动机火警分系统,当发动机舱内的温度达到一定值时,火警传感器的热电动势达到一定数值,其输出电压加在火警控制盒中测量比较电路的输入端,与基准电压相比较,当传感器的输出电压大于基准电压时,门限电路输出有效信号,该信号经功率放大驱动执行部件输出告警信号。当发动机舱所安装的传感器任何一条敏感到火灾情况,火警控制盒都会输出告警信号(27VDC),此时,飞机座舱主告警灯盒中的红色“火警”信号灯将闪亮,飞行员耳机中出现“左(右)发动机失火”的话音,同时火警信号也输送到飞参记录系统。火警传感器外形如图1所示。测试系统支持火警传感器主要性能检测,可以快速验证产品电气性能指标,具有通用化、模块化的设计特点。通过对火警传感器工作原理、外部接口连接关系的分析,确定测试系统需要达到的测试指标要求,具体如下:(1)电源:三相380VAC±10%、50Hz±1%;(2)温度要求:300℃+10℃,精度±1℃;(3)风速要求:(2~2.5)m/s,精度0.1m/s;(4)热电动势要求:±30mV,精度5‰;(5)功率消耗:最大15KVA;(6)以太网:1路双向、具备联网功能和数据上传下载的100M/10M以太网需求;(7)软件要求:人机界面简约大方、测试数据实时显示、测试结果自动保存。

2测试系统设计

2.1原理设计

火警传感器测试系统以PLC为主控制器,通过触摸屏显示相关数据、设定工作参数,配有高精度D/A、A/D和高速计数器等模块进行数据采集和转换。同时,测试系统具有温度自动化控制和测试数据智能化管理功能,是技术先进的智能测试装置。系统设计时,要求整个操作过程在触摸屏面板完成,操作简单,极大地减轻了测试员工作量,简化了测试过程,是一台自动化程度较高的航空测试设备。测试系统原理设计框图如图2所示。采用全新的自动化控制和数据采集系统,其工作原理如下:在测试台中,由触摸屏和PLC构成智能控制系统,通过专用测试软件对管道温度、被测试产品电动势数值采集构成闭环自动控制系统,所有的温度操作都是由触摸屏的不同界面实现的,被测试的电动势数据方法可根据产品的检测规则设计,自动地储存在触摸屏内部,可以随时查看和导出,便于管理,提高检测效率,触摸屏具有多个界面供用户选择不同的功能,测试台完全实现了智能操作了,减小了手工检测产生的误差,提高了产品重复检测时数据的一致性,还节省工时,提高工作效率。

2.2结构设计

如图3所示,整个测试系统主要包括炉膛及风道部分、高温加热装置、高温风机、温度传感器、人机界面部分等组成,具体如下:

2.2.1炉膛及风道部分,在该试验台中,由耐高温离心风机、加热装置、管道等组成闭合循环风道,为产品测试提供稳定可靠的试验环境。

2.2.2300℃风道及加热方式,为了保证试验台长期稳定运行,采用专用加热装置,其加热采用新型的翘片加热器,它散热效率高,使用安全,功率为10KW,风道内部材料全部采用不锈钢材料,外部设计封闭保温结构,内部充填纳米950保温材料,只有进、出风口的法兰盘外露,极大的降低了热量损耗,提高工作效率。

2.2.3高温风机,采用离心风机作为风道循环的动力源,其整体采用不锈钢材料加工,适合400℃环境下长期使用,风机的连接轴散热采用内部循环水冷却,确保电机和轴承长期正常运行,风机外部也采用专用保温措施,降低热损耗。

2.2.4温度传感器,温度传感器是整个系统的重要环节之一,采用耐高温400℃结构,其位置放置在风道中,确保测试温度的准确性,其精度为A级,采用可拆卸结构,便于定期检定。

2.2.5人机界面部分,人机界面主要用于传感器的选择、风道温度设定、热电动势参数显示等功能,主要由触摸屏实现。

2.3电气设计

2.3.1控温部分,在试验台中,温度控制仪表采用进口智能数显仪表对温度进行控制,具有PID自整定功能,控温精度高使用方便,控温仪表具有计算机通讯接口,用于智能管理,所有温度控制元件全部采用无触点,提高试验台的可靠性,实现温度的自动控制。

2.3.2显示仪表,试验台的计时器、毫伏表都采用数显仪表,提高测试精度,所有仪表都具有计算机通讯接口功能,便于与触摸屏和PLC进行数据交换和储存。

2.4软件设计

测试系统软件分为人机界面软件和各传感器控制软件,实现在触摸屏上操作和显示功能以及伺服机构的控制。人机界面软件以操作简单,显示简洁明了为目标,实现6种被测传感器的测试功能,通过界面操作,启动相应的控制软件,实现传感器的自动和手动测试。测试主程序流程如图4所示。

3主要性能测试验证

3.1系统参数设置界面,测试时可根据不同的被测传感器设置不同的保护温度和保护风速,保证系统安全可靠工作。

3.2性能测试主界面,如图5所示,整个火警传感器测试系统的操作、显示都是在触摸屏上,实现5种被测传感器的测试功能,通过界面操作,启动相应的控制软件,实现传感器的自动和手动测试,操作界面直观简洁。经验证,测试系统实现了在温度300℃+10℃温度范围内,火警传感器输出热电动势±30mV的测试要求。

结束语

本文通过对某型火警传感器信号接口、功能结构以及性能测试指标的分析研究,设计研制一套火警传感器的测试系统。通过试验验证,该测试系统能够满足火警传感器热电动势输出测试要求。目前,该系统已用于某型火警传感器修理测试中。

作者:陈林 单位:国营芜湖机械厂

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