探析火警传感器测试系统设计范文
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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