壓力—時(shí)間測定輸出曲線異常問題分析

劉桂文

摘要：通過對(duì)測試某點(diǎn)火具點(diǎn)火壓力—時(shí)間時(shí)出現(xiàn)的輸出曲線異常問題進(jìn)行分析、試驗(yàn)，得出導(dǎo)致該問題的主要原因是：傳感器多次使用后，響應(yīng)遲滯，信號(hào)傳遞失真。然后，根據(jù)問題原因采取了相應(yīng)的防范措施。

關(guān)鍵詞：曲線異常；傳感器；響應(yīng)遲滯

中圖分類號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.21.132

1問題描述

2016年3月4日9時(shí)，2016-1批某點(diǎn)火具在測試壓力—時(shí)間時(shí)，示波器輸出如圖1所示的壓力信號(hào)，不同于往常試驗(yàn)所得曲線，觀察圖1發(fā)現(xiàn)壓力信號(hào)上升后下降緩慢或未有下降，連續(xù)測試5發(fā)，所得壓力信號(hào)輸出曲線均如圖1所示，獲取圖1中壓力信號(hào)的峰值及作用時(shí)間。所測數(shù)據(jù)不符合產(chǎn)品性能要求。

2測試系統(tǒng)組成及測試原理

2.1測試系統(tǒng)工作狀態(tài)確認(rèn)

上述問題出現(xiàn)后，對(duì)測試系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場檢查，檢查情況如下：

（1）此次試驗(yàn)用儀器、設(shè)備均檢驗(yàn)合格（具體見表1）。

（2）連接線路按圖2所示連接正確可靠，且各儀器有效接地。

（3）儀器參數(shù)設(shè)置：智能雷管電參數(shù)測試儀（簡稱發(fā)火儀）參數(shù)設(shè)置：電流1.5A，持續(xù)時(shí)間3ms；示波器參數(shù)設(shè)置：通道“1”（發(fā)火觸發(fā)同步信號(hào)）縱坐標(biāo)1V/格，橫坐標(biāo)1ms/格；通道“2”（壓力信號(hào)）縱坐標(biāo)500mV/格；穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源參數(shù)設(shè)置：24V電壓。各儀器參數(shù)設(shè)置符合點(diǎn)火具驗(yàn)收規(guī)范及操作規(guī)程。

（4）壓力罐完好無損，無泄漏現(xiàn)象。

2.2測試原理

（1）測試原理：如圖2所示對(duì)裝在5ml壓力罐內(nèi)的產(chǎn)品（即點(diǎn)火具）施加1.5A、3ms的直流電流，產(chǎn)品發(fā)火，產(chǎn)生的氣體作用在傳感器上，使其輸出一個(gè)和壓力變化相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，示波器接收、轉(zhuǎn)換后以圖形的方形式輸出此電壓信號(hào)（如圖3）。

（2）壓力（P）：讀取圖3中的電壓值△U，因壓力（P）與電壓值（△U）成線性關(guān)系，即P=△U/比例因子，得到產(chǎn)品作用后產(chǎn)生的最大壓力值P。

（3）時(shí)間（t）：讀取圖3中△t，即為點(diǎn)火具點(diǎn)火到最大壓力值的時(shí)間。

3原因分析

經(jīng)對(duì)測試系統(tǒng)現(xiàn)場檢查及其工作原理、線路連接的分析了解可知，導(dǎo)致測試系統(tǒng)壓力信號(hào)輸出異常的原因有：

（1）HP54602B示波器輸出信號(hào)失真；

（2）07092111傳感器信號(hào)傳遞失真；

（3）2016-1批點(diǎn)火具發(fā)火后產(chǎn)生的壓力不足而導(dǎo)致曲線異常。

為確定點(diǎn)火具點(diǎn)火壓力-時(shí)間曲線異常的具體原因，進(jìn)行了試驗(yàn)排查，設(shè)定試驗(yàn)方案如下：

在保持原有測試系統(tǒng)狀態(tài)即線路連接、儀器參數(shù)設(shè)置不變的基礎(chǔ)上：

方案一：更換示波器：用TDS3034C示波器替代HP54602B示波器，取2016-1批點(diǎn)火具進(jìn)行試驗(yàn)，連續(xù)測試發(fā)20，測試曲線均如圖1所示，試驗(yàn)結(jié)果不符合產(chǎn)品性能指標(biāo)要求。

方案三：更換點(diǎn)火具批次：取已經(jīng)驗(yàn)收合格的2015-3批點(diǎn)火具進(jìn)行試驗(yàn)，連續(xù)測試20發(fā)，測試曲線均如圖1所示，試驗(yàn)結(jié)果均不符合產(chǎn)品性能指標(biāo)要求。

綜合以上三種方案的試驗(yàn)結(jié)果可知：（1）更換示波器，輸出曲線顯示仍舊異常，因此可排除試驗(yàn)時(shí)HP54602B示波器輸出失真的情況；（2）更換傳感器，測試曲線顯示正常，因此07092111傳感器是否正常工作有待進(jìn)一步確定；（3）更換驗(yàn)收合格的2015-3批點(diǎn)火具進(jìn)行試驗(yàn)，示波器輸出曲線仍異常，從而可排除2016-1批點(diǎn)火具輸出壓力不足而導(dǎo)致曲線異常的情況。

將07092111、091110115兩個(gè)傳感器再次檢測，全自動(dòng)智能壓力校驗(yàn)儀檢驗(yàn)過程如圖5所示，檢驗(yàn)結(jié)果兩個(gè)傳感器均合格，且符合0.5級(jí)的精度等級(jí)。仔細(xì)觀察圖5，發(fā)現(xiàn)在2MPa校驗(yàn)點(diǎn)處壓力趨于平緩且此過程保持有約（1～2）S的時(shí)間，其它校驗(yàn)點(diǎn)4（6、8、10）MPa處亦存在此現(xiàn)象?？紤]到點(diǎn)火具發(fā)火時(shí)產(chǎn)生的最大壓力是一個(gè)瞬間值，且從點(diǎn)火到產(chǎn)生最大壓力值的時(shí)間不超過3ms。對(duì)比傳感器校驗(yàn)過程與試驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)：壓力產(chǎn)生及其持續(xù)時(shí)間長短存在差異，由此當(dāng)傳感器因多次使用而響應(yīng)遲滯時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這種曲線異常的情況，且因工廠現(xiàn)有檢測技術(shù)有限，不能對(duì)傳感器響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行檢測，因此傳感器仍有可能被檢驗(yàn)合格，而這種狀態(tài)的傳感器應(yīng)用于生產(chǎn)試驗(yàn)時(shí)，此時(shí)所得到的試驗(yàn)曲線失真。

查閱傳感器使用記錄，傳感器于2015年6月檢測合格后用于壓力-時(shí)間曲線測試試驗(yàn)，其檢定周期為6個(gè)月/1次，2015年11月再次檢測合格，至2016年3月4日，已經(jīng)多次用于試驗(yàn)。因傳感器為精密儀器，其響應(yīng)時(shí)間隨著使用次數(shù)的增加而有增大的趨勢，當(dāng)響應(yīng)時(shí)間增大到臨近或超過點(diǎn)火具點(diǎn)火到最大壓力的時(shí)間時(shí)，傳感器測試信號(hào)失真，直接導(dǎo)致示波器輸出曲線失真。

4結(jié)論

點(diǎn)火具點(diǎn)火壓力—時(shí)間測試時(shí)出現(xiàn)輸出曲線異常問題，其原因是壓力傳感器多次使用后，響應(yīng)遲滯，信號(hào)傳遞失真。

5采取措施

因工廠生產(chǎn)試驗(yàn)需要，但現(xiàn)有檢測技術(shù)有限，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)傳感器響應(yīng)遲滯的情況發(fā)生，為確保試驗(yàn)的正常進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果正確、可靠，采取以下措施進(jìn)行控制：

（1）根據(jù)傳感器使用次數(shù)定期更換傳感器或當(dāng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)壓力值（P）呈現(xiàn)逐漸下降趨勢時(shí)，立即更換傳感器。

（2）加強(qiáng)對(duì)傳感器作用原理的了解和認(rèn)知，合理使用傳感器。

同時(shí)希望工廠更新試驗(yàn)設(shè)備，引進(jìn)先進(jìn)檢測技術(shù)，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)、有效防范同類問題的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]王凱民，張學(xué)舜.火工品工程設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010.

[2]GJB5309.24-2004火工品試驗(yàn)方法第24部分：點(diǎn)火壓力—時(shí)間曲線測定[Z].

[3]壓力變送器檢定規(guī)程（JJG882-2004）[S].

[4]劉靳，劉篤仁，韓保君.傳感器原理及應(yīng)用技術(shù)（第三版）[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2013.