【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 首先我們讓氣體進(jìn)入到腔內(nèi)，讓氣流平穩(wěn)順利通過，然后不斷的在其中進(jìn)行積累，以提升系統(tǒng)的壓強(qiáng)值，以此來完成對(duì)被測(cè)工件和參考器件的充氣、加壓工作。 2）平衡 為了保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，保證測(cè)量結(jié)果的可靠性，需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工件與被測(cè)工件內(nèi)的氣流進(jìn)行穩(wěn)定處理，確 定沒有很大的起伏之后，此時(shí)我們關(guān)閉電磁閥 SV1（進(jìn)氣閥）和 SV2（平衡閥），保持排氣閥沒有動(dòng)作。接下來我們還需對(duì)整個(gè)判定做氣壓的平衡工作，這里關(guān)閉進(jìn)氣閥、排氣閥就是為了使氣壓進(jìn)行維持原有的充氣后的壓強(qiáng)，關(guān)閉平衡閥就是為了隔斷被測(cè)工件和參考工件之間的氣路，以此保證出兩端的氣壓沒有受到相互的影響，同時(shí)為差壓的產(chǎn)生創(chuàng)造條件。 平衡環(huán)節(jié)是氣密性檢測(cè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它為下一步的檢測(cè)環(huán)節(jié)做準(zhǔn)備，其平衡時(shí)間的大小是保證檢測(cè)準(zhǔn)確的重要因素，所以在設(shè)定平衡時(shí)間時(shí)得通過檢測(cè)環(huán)境、工件要求重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 方案設(shè)計(jì) 7 進(jìn)行綜合的選取平衡時(shí)間。 3）檢測(cè) 檢測(cè)環(huán)節(jié)是整個(gè)氣密性測(cè)試的核心環(huán)節(jié)，在這個(gè)步驟中實(shí)現(xiàn)差壓式氣密性檢測(cè)，檢測(cè)需要的時(shí)間也要通過細(xì)致、詳細(xì)認(rèn)真地計(jì)算來確定。首先通過度過平衡時(shí)間之后，通過差壓傳感器和壓力傳感器檢測(cè)出兩端的氣壓值，然后將這樣的物理信號(hào)通過傳感器的內(nèi)部裝置轉(zhuǎn)化為微弱的電信號(hào)，需要通過信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行處理，因?yàn)榇诵盘?hào)是不能直接交給中央處理器處理，還需將此電壓信號(hào)經(jīng)過放大后傳遞到 ARM主控制器，即將它調(diào)理后放大了的信號(hào)傳送給中央處理器進(jìn)行運(yùn)算判斷，以此的處理方式進(jìn)行差壓值的計(jì)算判斷，然后將得到的壓強(qiáng)差值與參考值進(jìn)行比 較，判斷工件的氣密性是否合格。 圖 數(shù)據(jù)采集傳輸示意圖 4）排氣 這是整個(gè)過程的最后階段了，即檢測(cè)完成后最后環(huán)節(jié)，我們?cè)谶@個(gè)階段的工作就是在充氣階段所充入標(biāo)準(zhǔn)工件以及被測(cè)工件，將系統(tǒng)進(jìn)行降壓處理，將電磁閥 SV SV3置于打開狀態(tài)，將氣體排放，這樣就完成整個(gè)檢測(cè)過程。 差壓傳感器信號(hào) 中央處理器運(yùn)算 信號(hào)調(diào)理處理 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 方案設(shè)計(jì) 8 圖 檢測(cè)流程示意圖 整個(gè)的判定過程就是圍繞著這四個(gè)環(huán)節(jié)循環(huán)進(jìn)行的。不過在檢測(cè)的過程之中，還需要對(duì)工件以及檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)設(shè)計(jì)和操作，比如系統(tǒng)的自檢工作，只是這樣的操作不需要每次的循環(huán)檢測(cè)都進(jìn)行，只需要不定期的進(jìn)行系統(tǒng)的自檢，同時(shí)也可以通過一些傳感參數(shù)實(shí)時(shí)的判斷出系統(tǒng)中的一些故障是否存在著。比如當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)在氣壓傳感器中的讀數(shù)有了變化，而在氣壓傳感器端是標(biāo)準(zhǔn)件，所以這端的氣壓按照常理說是不應(yīng)有任何泄露的，所以可以初 步判斷可能是壓力傳感器出現(xiàn)了故障或者是標(biāo)注件出現(xiàn)了泄露的問題，然后根據(jù)近一步的處理，將故障找到并解決問題，為檢測(cè)做出可行的工作保障，提高檢測(cè)結(jié)果的可靠性。 采用此方案的理由 選擇差壓式的檢測(cè)手段，有許多的好處，無論是從檢測(cè)結(jié)果的精度、檢測(cè)方式的可靠性以及檢測(cè)手段的先進(jìn)性方面，都占據(jù)著優(yōu)勢(shì)。 目前比較流行的氣密性檢測(cè)方式就是利用氣體物理特性進(jìn)行檢測(cè)，其中主要使用的就是直壓式和差壓式檢測(cè)的手段，當(dāng)然還有真空法、流量法。 其中直壓式和差壓式的比較就在于直壓式的檢測(cè)方 式就是利用對(duì)系統(tǒng)中進(jìn)行氣體充氣環(huán)節(jié) 平衡 環(huán)節(jié) 檢測(cè)環(huán)節(jié) 排氣環(huán)節(jié) 開始 結(jié)束 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 方案設(shè)計(jì) 9 充入，這與差壓式一樣的操作，然后使得系統(tǒng)中的氣壓達(dá)到一定的壓力條件，并且使氣壓保持一定的時(shí)間后，切斷被測(cè)工件和氣源的聯(lián)系，然后記錄下此時(shí)的壓力的數(shù)值，經(jīng)過一定的時(shí)間之后（一般就是十秒左右），再一次的讀取壓力的數(shù)值，將它與前一次的記錄的壓力數(shù)值進(jìn)行比較處理，如果被測(cè)件有泄漏的問題存在，那么兩次的讀數(shù)就會(huì)存在差值，這個(gè)差值就是用來反映被測(cè)物體的氣密性是否良好的一個(gè)判斷依據(jù)。根據(jù)差值的大小，斷定出 =被測(cè)件的泄露嚴(yán)重情況，如果在一個(gè)允許的范圍之內(nèi)，就將這個(gè)被測(cè)工件判定為合格的工件，反之不合 格。 這個(gè)原理與差壓式的比較，就可以看出差壓式的優(yōu)點(diǎn)所在，利用差壓判斷，在檢測(cè)方面，差壓式有使用參考物作為一個(gè)判斷，通過比較被測(cè)物體與“參考物體”的差別來判斷工件是否存在著泄露的問題。而且在檢測(cè)精度上，差壓式更加的精確，結(jié)果也更加的可靠。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì) 10 3 硬件設(shè)計(jì) 硬件結(jié)構(gòu)分析 本次課題中設(shè)計(jì)的差壓型氣密性檢測(cè)系統(tǒng)的硬件包括以下幾個(gè)部分：電磁閥控制模塊、電源模塊和人機(jī)交互模塊、中央處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)調(diào)理模塊。 接下來詳細(xì)介紹以下幾個(gè)模塊的功能應(yīng)用。 中央處理器模塊 中央處理器模塊即為（ CPU）核心部件，是一個(gè)超大規(guī)模的集成電路模塊，是整個(gè)系統(tǒng)的核心，肩負(fù)著運(yùn)算、控制的作用。主要包括運(yùn)算器及控制器這兩個(gè)核心部分，此外還包括若干的寄存器和高速緩沖存儲(chǔ)器，它們之間通過協(xié)調(diào)工作，完成數(shù)據(jù)的交換、存儲(chǔ)處理，還包括了控制和狀態(tài)總線。 在本次課題中，中央處理模塊的主要功能：是通過主控器實(shí)現(xiàn)對(duì)其所控制的對(duì)象進(jìn)行命令的發(fā)送和數(shù)據(jù)的收納處理。這里中央處理器實(shí)現(xiàn)對(duì)三個(gè)電磁閥進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的控制，將系統(tǒng)的各個(gè)階段的氣壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成為電壓信號(hào)，再由主控 器通過 A/D 接口完成對(duì)信息的采集，交給處理器處理，從而實(shí)現(xiàn)一次完整的差壓式氣密性檢測(cè)工作流程。 數(shù)據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)采集模塊的主要工作采集數(shù)據(jù)，對(duì)象是各種環(huán)境變量，這里的工作就是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件和被測(cè)件之間的壓強(qiáng)差數(shù)值進(jìn)行采集。 數(shù)據(jù)采集模塊現(xiàn)在的發(fā)展有基于遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集通信模塊，將通信芯片、存儲(chǔ)芯片集成在同一個(gè)電路板之上，使得這個(gè)采集模塊具有采集、發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)的功能，這樣的模塊還可以與電腦、手機(jī)、單片機(jī)通過一些串口相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集傳輸工作。 這里的數(shù)據(jù)采集模塊就 是采集差壓傳感器的數(shù)值，通過兩者對(duì)檢測(cè)端和參考端的壓力數(shù)值進(jìn)行采集，然后將這種物理量通過內(nèi)部電路轉(zhuǎn)換成微弱的電信號(hào)，傳送到信號(hào)調(diào)理電路中處理。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì) 11 圖 數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)物圖 信號(hào)調(diào)理模塊 信號(hào)調(diào)理模塊也叫做隔離變送器模塊，顧名思義，它的工作就是將其它設(shè)備產(chǎn)生的177。 V、177。 mV、177。 mA這種微弱的額電信號(hào)，經(jīng)過它變送處理，生成用戶所需要的各種信號(hào)，并且隔離傳送處理到 PLC/DCS/PC/顯示儀等等智能儀器上邊去，有效地對(duì)采集到的微弱電信號(hào)進(jìn)行處理，還能有效地防御各設(shè)備之間的干擾信號(hào)，廣 泛的應(yīng)用于化工、石油、制藥、冶金、電力、公用事業(yè)等等自動(dòng)化的領(lǐng)域中?，F(xiàn)在信號(hào)調(diào)理模塊已經(jīng)有了高度的發(fā)展，在精度、隔離處理、信號(hào)調(diào)理功能、可靠性方面都有著很大的進(jìn)步，為信號(hào)的處理帶來了很多的額優(yōu)勢(shì)，能為用戶在信號(hào)的隔離、調(diào)理、變送方面提供良好的解決方案。 信號(hào)調(diào)理模塊被廣泛地應(yīng)用到流量、壓力、液位、溫度等儀表的輸出端口，完成信號(hào)的信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳送和隔離傳輸，有效地解決了現(xiàn)場(chǎng)的干擾，對(duì)儀表端口進(jìn)行保護(hù)。 這里使用信號(hào)調(diào)理模塊是因?yàn)闄z測(cè)到的器件件的壓強(qiáng)數(shù)值經(jīng)過處理后得到的微弱的電信號(hào)不適合直接進(jìn)行 模數(shù)的轉(zhuǎn)換處理工作，需要經(jīng)過信號(hào)的調(diào)理電路對(duì)其進(jìn)行放大，并把電信號(hào)放大后轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，才能供中央處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路作進(jìn)一步的處理。 [15] 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì) 12 圖 信號(hào)調(diào)理模塊實(shí)物圖 圖 信號(hào)調(diào)理電路圖 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì) 13 電源模塊 這里的電源模塊的作用是用于信號(hào)處理電路中和電磁閥的驅(qū)動(dòng)電路中，為它們提供能量，保證工作的順利進(jìn)行。 同時(shí)這里電源模塊還為差壓傳感器、絕壓傳感器提供能量，如為傳感器提供 +12V的電壓，在電磁閥的驅(qū)動(dòng)電路中，提供 +24V 的電壓，為主控器提供 +5V 的工作 電壓，因此電源模塊在此發(fā)揮著必要的作用。 電磁閥控制模塊 電磁閥控制模塊的工作就是完成對(duì)三個(gè)電磁閥的開啟和關(guān)閉操作，為系統(tǒng)中氣體的流通、氣壓的升降做工作，使用這個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)控制過程的自動(dòng)化，電磁閥控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)檢測(cè)的重要組成部分。 同時(shí)電磁閥模塊能夠?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)的硬件安全提供保障，比如，當(dāng)壓力達(dá)到一定的數(shù)值上限，就會(huì)對(duì)氣路或傳感器造成傷害，通過中央處理器下達(dá)命令，控制電磁閥的開閉，保證系統(tǒng)的設(shè)備安全以及操作人員的安全，避免損失。 人機(jī)交互模塊 這里的人機(jī)交互模塊就是使用工控機(jī)上的 9 寸屏進(jìn)行顯示，通過編程實(shí)現(xiàn)操作界面清晰、易懂，全中文的軟件界面，實(shí)時(shí)地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，同時(shí)通過界面上的功能按鈕實(shí)現(xiàn)人為的操作控制，實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能，比如對(duì)數(shù)據(jù)的查詢，對(duì)系統(tǒng)的自檢，手動(dòng)控制檢測(cè)流程的運(yùn)行。 硬件選型 硬件的選型，是用以完成功能的實(shí)現(xiàn)不要的階段，整個(gè)硬件系統(tǒng)就是這些模塊組合，然后通過軟件的協(xié)調(diào)控制，完成氣密性檢測(cè)的工作。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì) 14 差壓傳感器的選型 TCT3051DP差壓傳感器采用的是最新型設(shè)計(jì)，體積小、精 度高、穩(wěn)定性好，此種差壓傳感器的芯體是電容壓力傳感器，它與智能一體化集成芯片組合，智能電路 HART 總線輸出并附帶標(biāo)準(zhǔn) 420mA 電流信號(hào) 15VDC 電壓信號(hào)輸出，不會(huì)發(fā)生滯后、疲勞和蛻變現(xiàn)象，工作穩(wěn)定性強(qiáng)，安全防護(hù)措施好。 此差壓傳感器的特點(diǎn)： 1）壓力測(cè)試范圍廣泛： ； 2）溫度測(cè)量范圍： 65℃ +150℃； 3）高精度，高穩(wěn)定性； 4）重量輕，性價(jià)比高； 5）抗震動(dòng)、耐腐蝕； 6）抗輻射性極其強(qiáng)悍。 具體參數(shù)： 1）測(cè)試方式：差壓式； 2）量程： ； 3）供電： 1236VDC，推薦用 24VDC； 4）輸出信號(hào)： 420mA HART； 5）綜合精度：177。 %FS 177。 %FS 177。 %FS； 6）介質(zhì)溫度： 45+85℃ /45℃ +150℃； 7）工作溫度： 45+85℃； 8）溫度漂移： %FS/℃； 9）零點(diǎn)漂移： %FS/℃； 10）過載壓力： 300%； 11）極限壓力： 600%； 12）響應(yīng)頻率：≤ ； 13）使用壽命： 10*106 次方 14）防護(hù)等級(jí)： IP65； 15）引線方式：接線端子； 16）外殼材質(zhì)：精鑄鋁合金； 17）接液材質(zhì)： 174PH或客戶指定； 18）連接方式： M20*； 1/4NPT。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì) 15 圖 差壓傳感器實(shí)物圖 圖 絕壓傳感器電路圖 信號(hào)調(diào)理電路選型 采用 Analog Microelectronics GmbH (AMG)公司提供的電壓轉(zhuǎn)換集成電路 AM401 來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的處理。 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì) 16 圖 信號(hào)調(diào)理電路原理圖 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì) 17 4 軟件設(shè)計(jì) 軟件的設(shè)計(jì)主要是為了滿足控制功能需求和人機(jī)交互的實(shí)現(xiàn)。這里的軟件設(shè)計(jì)包 括了很多的模塊，以及模塊之間相互聯(lián)系工作的處理工作。使得能夠滿足氣密性檢測(cè)控制的需求。 軟件功能設(shè)計(jì) 根據(jù)本次課題設(shè)計(jì)的要求，軟件的功能可以設(shè)計(jì)為如下的一些功能模塊。 1)傳感器標(biāo)定模塊