高溫空氣壓力調(diào)節(jié)閥測試系統(tǒng)設(shè)計

摘要：根據(jù)軍用飛機(jī)修理廠的要求，針對飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)高溫大流量壓力調(diào)節(jié)閥測試過程中，溫度高、壓力高、流量大的特點，我們設(shè)計、制造了以數(shù)字計算機(jī)、電動控制閥為核心高溫空氣壓力調(diào)節(jié)閥測試系統(tǒng)。本文介紹該系統(tǒng)的基本組成、工作和技術(shù)特點。

關(guān)鍵詞：壓力調(diào)節(jié)閥；空氣；高溫；大流量；測試系統(tǒng)

0 引言

“高溫空氣壓力調(diào)節(jié)閥綜合測試系統(tǒng)”是根據(jù)軍用飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)閥專用《技術(shù)條件》和《試驗大綱》而設(shè)計的，以數(shù)字計算機(jī)為核心的，集狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集處理，手動、自動操作為一體的地面綜合測試系統(tǒng)。其主要功能是利用工業(yè)控制計算機(jī)對壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行實時控制、數(shù)據(jù)采集與處理、工況建立?？勺詣印⑹謩油瓿蓺灁筹w機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)各種高溫壓力調(diào)節(jié)閥（QDK-14、QDK-16、CYT-1）的各種性能的測試和調(diào)整。同時，可作為研究分析這些元件在使用過程中故障現(xiàn)象、原因的試驗設(shè)備，對改變修理、維護(hù)手段，提高元件工作可靠性和安全性有著重要的指導(dǎo)意義。

1主要測試項目

電器性能：工作電流，打開、關(guān)閉時間；氣密性：檢查產(chǎn)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(yīng)保持0.68Mpa；開關(guān)特性：檢查電磁活門通、斷電響應(yīng)特性。

2系統(tǒng)組成和工作

整個測試系統(tǒng)包括氣壓傳動與控制回路、空氣加溫系統(tǒng)、工業(yè)控制計算機(jī)子系統(tǒng)（包括硬件和軟件）。在測控軟件的支持下，硬件系統(tǒng)控制氣壓回路、和空氣加溫系統(tǒng)工作，實現(xiàn)測試工況的自動建立、轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)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(tǒng)的氣壓傳動與控制回路的原理圖，可滿足不同高溫壓力調(diào)節(jié)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(jī)指令，實現(xiàn)對流過被測對象空氣的壓力、流量等參數(shù)閉環(huán)控制和狀態(tài)切換。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過各種傳感器（壓力、流量、空氣溫度）實時巡回監(jiān)測測試系統(tǒng)各種性能參數(shù)。

測試時，產(chǎn)品進(jìn)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(tǒng)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(jìn)行的方法，較好的滿足了大流量狀態(tài)下產(chǎn)品壓力特性的測試，大大的降低了系統(tǒng)的功耗。

2．2硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)主要由工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)、帶變送器的相應(yīng)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(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換精度為12位，具有8路模擬量輸入、2路模擬量輸出、開關(guān)量輸入輸出各8路；繼電器端子板型號為CNB5336，具有16路固態(tài)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(jī)，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(jié)流孔板，16、消音器，18、渦輪流量傳感器（小流量），20、并聯(lián)分流閥夾具，21、并聯(lián)分流閥。

圖1 氣壓傳動與控制回路原理圖

標(biāo)準(zhǔn)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(guān)，巡回進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

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

圖2 計算機(jī)硬件系統(tǒng)

2．3空氣加溫系統(tǒng)

空氣加溫系統(tǒng)采用集束式電加熱爐，爐體采用夾套方式設(shè)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(nèi)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(nèi)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(nèi)部有效截面積遠(yuǎn)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(tǒng)PID控制相結(jié)合的控制方式，響應(yīng)快，無超調(diào)。內(nèi)設(shè)置非線形校正功能，控制重復(fù)性好，具有手動采用模塊化結(jié)構(gòu)，輸出參數(shù)用比例式過零觸發(fā)模塊調(diào)節(jié)。通過控制可控硅的通斷時間占空比來實現(xiàn)無級調(diào)功，使系統(tǒng)控制處于最佳狀態(tài)，出口溫度20～460℃可調(diào)，調(diào)節(jié)誤差±2～5℃。

3 技術(shù)特點

“高溫空氣壓力調(diào)節(jié)閥綜合測試系統(tǒng)”在滿足產(chǎn)品《技術(shù)條件》和《試驗大綱》規(guī)定的測試需要的前提下，本著自動化程度高、通用性強(qiáng)、可擴(kuò)充性強(qiáng)、成本低、使用可靠、維修方便、簡單安全、檢測結(jié)果準(zhǔn)確的原則，在技術(shù)上具有以下特點：

利用計算機(jī)控制具有開度反饋的電動控制閥，實現(xiàn)被測壓力閥供氣流量的無級調(diào)節(jié)。同時克服了采用手動調(diào)節(jié)閥轉(zhuǎn)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(kuò)充性強(qiáng)等特點。

以數(shù)字計算機(jī)為核心，利用計算機(jī)工業(yè)控制、 傳感器等技術(shù)，實現(xiàn)測試工況的自動轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)壓力、流量、溫度等參數(shù)的控制和調(diào)節(jié)。具有檢測和控制精度高、智能化程度高、人機(jī)界面友好、操作維護(hù)方便等特點。

利用隔離、遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)實現(xiàn)測試系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離控制，也就是將氣源及管路系統(tǒng)安裝于遠(yuǎn)離主控計算機(jī)的隔離艙內(nèi)，實現(xiàn)系統(tǒng)的降噪。

采用萬能夾具，使系統(tǒng)具有強(qiáng)大的可擴(kuò)充性，通過修改軟件實現(xiàn)不同飛機(jī)不同類型高溫壓力調(diào)節(jié)閥（QDK-14、QDK-16、CYT-1）各種性能的測試和調(diào)整。

結(jié)論

該測試系統(tǒng)的研制成功，實現(xiàn)了軍用飛機(jī)高溫空氣壓力調(diào)節(jié)閥在計算機(jī)輔助狀態(tài)下的自動、綜合測試。解決了老式試驗設(shè)備流量控制調(diào)節(jié)誤差大、噪音污染嚴(yán)重、檢測手段落后的狀況。對提高軍用飛機(jī)修理廠的修理能力有著重要意義。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：程明學(xué)，（1964－）男，碩士研究生，畢業(yè)于國防科技大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)，現(xiàn)從事飛機(jī)液壓/氣動領(lǐng)域的教學(xué)和科學(xué)研究。