Стенд для функциональных испытаний насоса



Представлена электронная часть стенда для функциональных испытаний насосов.

Ключевые слова: насос, стенд, датчик, давление, расход, температура, интерфейс, микроконтроллер.

Гидравлические системы находят огромное применение в механизмах и машинах, уровень развития отдельных агрегатов и систем в целом имеет большое значение. Например в авиации это системы топливоподачи и автоматики двигателей, системы гидропривода органов управления самолётом в воздухе и на земле, системы кондиционирования воздуха в гермокабинах, противопожарные системы, управление вооружением, системы торможения.

Функциональные испытания насосов проводят в соответствии с ГОСТ 14658. Стандарт определяет правила приемки при периодических и приемосдаточных испытаниях. Состав испытательного стенда показан на рис. 1.

Рис. 1. Испытательный стенд: 1 — гидробак; 2 — испытываемый насос; 3 — гаситель пульсаций давления; 4 -нагрузочное устройство; 5 — гидродроссель; 6 — предохранительный гидроклапан; 7 — электрический мотор: 8 — измеритель крутящего момента; 9 — измеритель частоты вращения; 10 — измеритель давления; 11 -измеритель амплитуды пульсаций давления; 12 — измеритель расхода; 13 — термометр

Электронная часть стенда представлена на функциональной схеме, что изображена на рис. 2.

Рис. 2. Функциональная схема электронной части стенда

На схеме обозначено:

– Р — расходомер;

– ДД — датчик давления и пульсации давлении;

– ДКМ — датчик крутящего момента и скорости вращения двигателя;

– ДТ — датчик температуры;

– PIC — микроконтроллер;

– СК — силовой ключ;

– Д — двигатель насоса;

– СНС — схема начального сброса;

– ПК — преобразователь интерфейсов.

Схема построена по радиальному принципу. Все датчики подключены в отдельным информационным каналам. Используются внутренние интерфейсы микроконтроллера UART, I²C. Расходомер и датчик давления выдают информацию по интерфейсу RS-485 и для совмещения с микроконтроллером применяется преобразователь интерфейсов. Управление скоростью вращения двигателя осуществляется посредством ШИМ через силовые ключи.

Схема ориентирована на использовании компонентов, представленных ниже.

Микроконтроллер. Микроконтроллеры PIC24F были разработаны как недорогое аппаратно-программное решение для перехода от 8-битных микроконтроллеров семейства PIC18 к 16-битной архитектуре, призванное обеспечить максимальную преемственность как уже разработанных приложений для РТС 18, так и вновь создаваемых, более эффективных и недорогих 16-битиых решений.

Выбор микроконтроллеров PIC24F оправдан в тех случаях, когда необходимо обеспечить среднюю производительность системы при относительно невысокой стоимости конечного продукта. Для приложений, требующих более высокой производительности (выше, чем 16 MIPS), можно использовать более дорогие микроконтроллеры семейства PIC24H.

Микроконтроллеры PIC24F обладают следующими характеристиками:

– высокая производительность (до 16 MIPS);

– векторная система прерываний с 16 уровнями приоритетов:

– наличие 16 рабочих регистров;

– возможность выполнения 16-битных математических операций;

– возможность выполнения операций умножения с разрядностью 17x17 бит за один машинный цикл:

– возможность выполнения сдвига на произвольное количество бит (до 16) за один машинный цикл;

– аппаратно-программная архитектура, оптимизированная для разработки программ на языке Си;

– мощная система команд, которая включает инструкцию повторения repeat для циклического выполнения команд, что особенно полезно при использовании команд пересылки данных.

В устройстве используется микроконтроллер PIC24FJ256GA412.

Рис. 3. Внутренняя структура микроконтроллера

Датчик давления. Предлагается использовать датчик давления KELLER 33 X. Высокоточный датчик давления серии 33 X / 35 X с цифровым выходом и высокой точностью. Принцип работы основан на стабильном плавающем пьезорезистивном преобразователе и встроенном микропроцессоре. Температурные зависимости и нелинейности датчика компенсируются математическими алгоритмами.

Рис. 4. Внешний вид датчика

Измеритель температуры. AD7418 является 10- битными одноканальными аналого-цифровыми преобразователями с внутренними температурными сенсорами работающие при напряжении питания от 2.7 В до 5.5В. АЦП содержат 15 микросекундные конверторы последовательного преобразования, температурные сенсоры, тактовые генераторы, цепи выборки- хранения и внутренний источник опорного напряжения 2.5 В.

Отличительные особенности:

– 10- битные АЦП с временем преобразования 15 и 30 мксек.;

– Один простой аналоговый вход;

– Внутренний температурный сенсор: от -55°С до +125°С;

– Внутренняя цепь выборки — хранения;

– Внутренний индикатор превышения температуры;

– Автоматический режим выкл. по окончании преобразования;

– Широкий диапазон питающего напряжения от 2.7 В до 5.5 В;

– I²C совместимый последовательный интерфейс.

Преобразователь кодов. ADM2795E — изолированный интерфейс RS-485/RS-422 от AnalogDevicesInc. Микросхема ADM2795E способна выдерживать кратковременное повышение напряжения по гальванической развязке до 5 кВ, имеет встроенную защиту от перенапряжения по уровню ±42 В (со стороны шины) и защиту от неправильного включения (miswire).

Рис. 5. Внутренняя структура микросхемы

Микросхема работает с напряжением питания от 1.7 до 5.5 В, что позволяет использовать ее с устройствами низковольтной логики, и полностью соответствует стандарту TIA/EIA RS-485/RS-422. При этом синфазное напряжении в сети RS-485 может быть до ± 25 В, что повышает устойчивость связи в зашумленных условиях и обеспечивает обмен данными в сети RS-485 со скоростью до 2.5 Mbps.

Расходомер. Вихревой расходомер ЭМИС-ВИХРЬ 200 предназначен для измерения объемного расхода жидкостей, газа и пара в широком диапазоне изменения расхода, давления и температуры измеряемой среды.

Вихревые расходомеры отличаются высокой надежностью и неприхотливостью, поэтому широко применяются для измерения расхода технологических газов и жидкостей,

Применение прибора обеспечивает повышение стабильности работы и процесса за счет:

– сохранения точности измерений при изменении параметров процесса;

– устойчивости сенсора к гидроударам;

– отсутствия движущихся частей;

– стабильной работе при высоких температурах;

– обеспечения низких потерь давления по сравнению с сужающими устройствами;

– адаптивной настройки обработки сигнала на базе рядов Фурье, что снижает влияние вибрации на точность измерений;

– контроля достоверности метрологических характеристик.

Вихри попеременно возникают сначала с одной, а затем с другой стороны тела обтекания, установленного перпендикулярно оси потока. Эти вихри создают так называемую «вихревую дорожку Кармана», внутри которой возникают пульсации давления, которые воздействуют на пьезоэлемент сенсора.

Рис. 5. Расходомер: 1 — проточной часть; 2 — электронный блок; 3 — тело обтекания; 4 — сенсор; 5 — стойка.

Литература:

1. Гусев В. П. Основы гидравлики. — Томск: Изд-во ТПУ, 2009. — 172 с.
2. Штеренлихт Д. В. Гидравлика. — М.: Лань, 2015. — 656 с.