航空發(fā)動機(jī)機(jī)載壓力測試設(shè)備自動校準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計

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)動機(jī)設(shè)計研究所，沈陽110015）

1 引言

近年來，隨著航空發(fā)動機(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。在發(fā)動機(jī)現(xiàn)場，大量的壓力測量系統(tǒng)和壓力測試裝置用于測量發(fā)動機(jī)的壓力實(shí)時參數(shù)，以對發(fā)動機(jī)的性能和運(yùn)行狀況進(jìn)行分析。為保證測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，測試儀表必須進(jìn)行校準(zhǔn)，逐年增大的工作量對壓力校準(zhǔn)工作的效率提出了更高的要求。

設(shè)計了航空發(fā)動機(jī)機(jī)載壓力測試設(shè)備的自動校準(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)讀取計算、自動檢定、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)全自動校準(zhǔn)工作，工作效率顯著提高；由于對工作程序進(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)動機(jī)試驗(yàn)與排故工作節(jié)約了大量的時間。

2 系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理

自動校準(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臺精密氣動壓力控制器，能對密封系統(tǒng)提供可控壓力，并可在氣流波動較小的情況下保持壓力不變。該控制器具備自動控制閥補(bǔ)償功能，可在不同系統(tǒng)壓力和容積下長時間連續(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)定后自動讀取數(shù)字繁用表的輸出值至計算機(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

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、存儲原始記錄、生成校準(zhǔn)證書等功能。

下面針對自動校準(zhǔn)系統(tǒng)的功能和設(shè)計作相關(guān)方面的說明。

3.1 系統(tǒng)的自動校準(zhǔn)流程

對整個系統(tǒng)來說，有1個清晰的控制流程是非常重要的。本軟件設(shè)計嚴(yán)格遵照如圖2所示的自動校準(zhǔn)流程展開。

3.2 自動校準(zhǔn)系統(tǒng)的主要功能模塊

任何1套自動校準(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，并同時監(jiān)測控制器的狀態(tài)；“校準(zhǔn)”菜單是最主要的菜單，用于啟動校準(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)下對控制器的當(dāng)前量程進(jìn)行清零?！翱刂茀?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“啟動控制”按鈕，控制器將會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很大，說明被檢器連接處有較大泄漏，此時應(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)將會自動調(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?；贒PI515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，以提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.2 穩(wěn)定時間的判斷

控制穩(wěn)定限雖能在某種程度上保證測量結(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)有一定時間差，就會導(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試結(jié)果奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

目前，該自動校準(zhǔn)系統(tǒng)已成功應(yīng)用于某型發(fā)動機(jī)機(jī)載壓力測試設(shè)備的自動校準(zhǔn)工作中。在0～7 MPa（表壓、絕壓）下進(jìn)行測試、校準(zhǔn)，準(zhǔn)確度可達(dá)0.01%FS，極大提高了效率和測量準(zhǔn)確度，降低了工作強(qiáng)度及人為操作帶來的誤差。經(jīng)過長時間的使用驗(yàn)證，與多型號的壓力儀器手動測試比較，該校準(zhǔn)系統(tǒng)測試數(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)計采用了模塊化的設(shè)計理念，靈活方便，如需使用其它型號的壓力控制器只需編制該型號壓力控制器的通訊模塊，加入到自動校準(zhǔn)系統(tǒng)中即可使用。

此外，由于該自動校準(zhǔn)系統(tǒng)具有體積小、可移動、便于操作等優(yōu)點(diǎn)，特別適于在試車現(xiàn)場校準(zhǔn)、排故攻關(guān)中使用。在發(fā)動機(jī)試驗(yàn)現(xiàn)場進(jìn)行壓力測量設(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)動機(jī)試制與排故贏得大量的寶貴時間。

[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:中國計量出版社,2002.

[2] 國防科工委科技與質(zhì)量司.計量技術(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的功率傳感器自動校準(zhǔn)系統(tǒng)[J].計算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用，2008（28）.

[4] Operation&Installation Manual for SYSTEMⅡAutomatic Power Meter Calibration System[M].U.S.A:TEGAM,Inc,1999.