【文章內(nèi)容簡介】 明零件一方有動靜，有破壞等等。 所以檢測的原理就相當于是利用一端有基準物作為參考物品，即標準件，另一端是工件，即被測物體。然后向管內(nèi)充入氣體，達到一定的氣壓之后，停止充氣，并維持一段時間的密封，在一定的時間內(nèi)，即使有一點泄露，壓力感測器都能測量出壓差。如果泄漏量超過了一定值，即壓差超過了一定的數(shù)值，那么，可以判 斷此被測物密封性方面的質(zhì)量不達標，反之，氣密性要求達標，工件的質(zhì)量合格。 其中充氣時間設置為 T1=20s，平衡時間 T2=10s，檢測時間 T3=3s，排氣時間 T4=10s，檢測壓差參考值 5kPa。 設最終檢測判斷時所需數(shù)據(jù)中，差壓傳感器讀數(shù)為 P1，那么差壓 P1=△ P；然后設定的最大允許值為 P2，那么就是判斷△ P 與 P2 的關系，如果△ PP2，那么，工件質(zhì)量合格，如果△ P≥ P2，則工件氣密性不合格。 圖 差壓判定示意圖 被測件不合格 被測件合格 差壓傳感器示數(shù) P1 P1/△ PP3 是 否 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 方案設計 6 檢測過程分析 檢測過 程分為 4 個階段：充氣、平衡、檢測、排氣。 圖 氣密性檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 1)充氣 這個階段就是對硬件系統(tǒng)進行升壓的過程，對于系統(tǒng)中的三個電磁閥 SV SV2 及SV3 的狀態(tài) 進行控制 ，其中進氣閥 SV1 和平衡閥 SV2 為打開狀態(tài)，放氣閥 SV3 為關閉狀態(tài)，首先我們讓氣體進入到腔內(nèi)，讓氣流平穩(wěn)順利通過，然后不斷的在其中進行積累，以提升系統(tǒng)的壓強值，以此來完成對被測工件和參考器件的充氣、加壓工作。 2）平衡 為了保證測量結(jié)果的準確性，保證測量結(jié)果的可靠性，需要對標準工件與被測 工件內(nèi)的氣流進行穩(wěn)定處理，確定沒有很大的起伏之后，此時我們關閉電磁閥 SV1（進氣閥）和 SV2（平衡閥），保持排氣閥沒有動作。接下來我們還需對整個判定做氣壓的平衡工作，這里關閉進氣閥、排氣閥就是為了使氣壓進行維持原有的充氣后的壓強，關閉平衡閥就是為了隔斷被測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，同時為差壓的產(chǎn)生創(chuàng)造條件。 平衡環(huán)節(jié)是 氣密性 檢測中的關鍵 環(huán)節(jié) ， 它為 下一步的檢測環(huán)節(jié)做準備，其平衡時間的大小是保證檢測準確的重要因素，所以在設定平衡時間時得通過檢測環(huán)境、工件要求重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 方案設計 7 進行綜 合的選取平衡時間。 3）檢測 檢測環(huán)節(jié)是整個氣密性測試的核心環(huán)節(jié) ，在這個步驟中實現(xiàn)差壓式氣密性檢測，檢測需要的時間也要通過細致、 詳細 認真地計算來確定。首先通過度過平衡時間之后，通過差壓傳感器和壓力傳感器檢測出兩端的氣壓值，然后將這樣的物理信號通過傳感器的內(nèi)部裝置轉(zhuǎn)化為微弱的電信號，需要通過信號調(diào)理電路進行處理， 因為此 信號是不能直接交給中央處理器處理， 還需將此 電壓信號經(jīng)過放大 后 傳遞到 ARM 主控制器，即將它調(diào)理后放大了的信號傳送給中央處理器進行運算判斷，以此的處理方式進行差壓值的計算判斷， 然后 將 得到的壓強差 值與參考值進行 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 這是整個過程的最后階段了，即檢測完成后最后環(huán)節(jié)，我們在這個階段的工作就是在充氣階段所充入標準工件以及被測工件， 將系統(tǒng)進行降壓處理 ， 將電磁閥 SV SV3置于打開狀態(tài) ， 將 氣體 排放 ，這樣就完成整個檢測過程。 差壓傳感器 信號 中央處理器運算 信號調(diào)理處理 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 方案設計 8 圖 檢測流程示意圖 整個的判定過程就是圍繞著這四個環(huán)節(jié)循環(huán)進行的。不過在檢測的過程之中，還需要對工件以及檢測系統(tǒng)進行保護設計和操作，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)檢測都進行，只需要不定期的進行系統(tǒng)的自檢，同時也可以通過一些傳感參數(shù)實時的判斷出系統(tǒng)中的一些故障是否存在著。比如當我們發(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準件，所以這端的氣壓按照常理說是 不應有任何泄露的，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，為檢測做出可行的工作保障，提高檢測結(jié)果的可靠性。 采用此方案的理由 選擇差壓式的檢測手段，有許多的好處，無論是從檢測結(jié)果的精度、檢測方式的可靠性以及檢測手段的先進性方面，都占據(jù)著優(yōu)勢。 目前比較流行的氣密性檢測方式就是利用氣體物理特性進行檢測，其中主要使用的就是直壓式和差壓式檢測的手段，當然還有真空法、流量法。 其中直壓式和差壓 式的比較就在于直壓式的檢測方式就是利用對系統(tǒng)中進行氣體充氣環(huán)節(jié) 平衡環(huán)節(jié) 檢測環(huán)節(jié) 排氣環(huán)節(jié) 開始 結(jié)束 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 方案設計 9 充入，這與差壓式一樣的操作，然后使得系統(tǒng)中的氣壓達到一定的壓力條件，并且使氣壓保持一定的時間后，切斷被測工件和氣源的聯(lián)系，然后記錄下此時的壓力的數(shù)值，經(jīng)過一定的時間之后（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)值進行比較處理，如果被測件有泄漏的問題存在，那么兩次的讀數(shù)就會存在差值，這個差值就是用來反映被測物體的氣密性是否良好的一個判斷依據(jù)。根據(jù)差值的大小，斷定出 =被測件的泄露嚴重情況，如果在一個允許的范圍之內(nèi)，就將這個被測工 件判定為合格的工件，反之不合格。 這個原理與差壓式的比較，就可以看出差壓式的優(yōu)點所在，利用差壓判斷，在檢測方面，差壓式有使用參考物作為一個判斷，通過比較被測物體與“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。 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 硬件 設計 10 3 硬件設計 硬件結(jié)構(gòu)分析 本次課題中設計的差壓型氣密性檢測系統(tǒng)的硬件包括以下幾個部分：電磁閥控制模塊、電源模塊和人機交互模塊 、 中央處理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、信號調(diào)理模塊。 接下來詳細介紹以下幾個 模塊的功能應用。 中央處理器模塊 中央處理器模塊即為（ CPU）核心部件，是一個超大規(guī)模的集成電路模塊，是整個系統(tǒng)的核心，肩負著運算、控制的作用。主要包括運算器及控制器這兩個核心部分，此外還包括若干的寄存器和高速緩沖存儲器，它們之間通過協(xié)調(diào)工作，完成數(shù)據(jù)的交換、存儲處理，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：是通過主控器實現(xiàn)對其所控制的對象進行命令的發(fā)送和數(shù)據(jù)的收納處理。這里中央處理器實現(xiàn)對三個 電磁閥 進行開關 動作的 控制，將系統(tǒng)的各個階段的氣壓信 號轉(zhuǎn)變成為電壓信號，再由主控器通過 A/D 接口完成對信息的采集， 交給處理器處理， 從而實現(xiàn)一次完整的差壓式氣密性檢測工作流程。 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)，對象是 各種環(huán)境變量，這里的工作就是對標準件和被測件之間的壓強 差 數(shù)值進行采集。 數(shù)據(jù)采集模塊現(xiàn)在的發(fā)展有基于遠程的數(shù)據(jù)采集通信模塊，將通信芯片、存儲芯片集成在同一個電路板之上，使得這個采集模塊具有采集、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、單片機通過一些串口相連接，實現(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，通過兩者對檢測端和參考端的壓力數(shù)值進行采集，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，傳送到信號調(diào)理電路中處理。 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 硬件 設計 11 圖 數(shù)據(jù)采集模塊實物圖 信號調(diào)理模塊 信號調(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備產(chǎn)生的177。 V、177。 mV、177。 mA 這種微弱的額電信號，經(jīng)過它變送處理，生成用戶所需要的各種信號，并且隔離傳送處理到 PLC/DCS/PC/顯示儀等等智能儀器上邊去，有效地對采集到的微弱電信號進行處理，還能有效地 防御各設備之間的干擾信號，廣泛的應用于化工、石油、制藥、冶金、電力、公用事業(yè)等等自動化的領域中?，F(xiàn)在信號調(diào)理模塊已經(jīng)有了高度的發(fā)展，在精度、隔離處理、信號調(diào)理功能、可靠性方面都有著很大的進步，為信號的處理帶來了很多的額優(yōu)勢，能為用戶在信號的隔離、調(diào)理、變送方面提供良好的解決方案。 信號調(diào)理模塊被廣泛地應用到流量、壓力、液位、溫度等儀表的輸出端口，完成信號的信號的遠距離傳送和隔離傳輸，有效地解決了現(xiàn)場的干擾，對儀表端口進行保護。 這里使用信號調(diào)理模塊是因為檢測到的器件件的壓強數(shù)值經(jīng)過處理后得到 的微弱的電信號不適合直接進行模數(shù)的轉(zhuǎn)換處理工作，需要經(jīng)過信號的調(diào)理電路對其進行放大，并把電信號放大后轉(zhuǎn)換成電壓信號，才能供中央處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路作進一步的處理。 [15] 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 硬件 設計 12 圖 信號調(diào)理模塊實物圖 圖 信號調(diào)理電路圖 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 硬件 設計 13 電源模塊 這里的電源模塊的作用是用于信號處理電路中和電磁閥的驅(qū)動電路中，為它們提供能量，保證工作的順利進行。 同時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三個電磁閥的開啟和關閉操作，為系統(tǒng)中氣體的流通、氣壓的升降做工作，使用這個模塊，實現(xiàn)控制過程的自動化，電磁閥控制模塊是整個系統(tǒng)檢測的重要組成部分。 同時電磁閥模塊能夠為整個系統(tǒng)的硬件安全提供保障，比如，當壓力達到一定的數(shù)值上限，就會對氣路或傳感器造成傷害，通過中央處理器下達命令，控制電磁閥的開閉，保證系統(tǒng)的設備安全以及操作人員的安全，避免損失。 人機交互模塊 這里的人機交互模塊就是使用工控機上的 9 寸屏進行顯示，通過編程實現(xiàn)操作界面清晰、易懂，全中文的軟件界面，實時地對數(shù)據(jù)進行顯示，同時通過界面上的功能按鈕實現(xiàn)人為的操作控制，實現(xiàn)各個功能，比如對數(shù)據(jù)的查詢，對系統(tǒng)的自檢，手動控制檢測流程的運行。 硬件選型 硬件的選型，是用以完成功能的實現(xiàn)不要的階段，整個硬件系統(tǒng)就是這些模塊組合，然后通過軟件的協(xié)調(diào)控制，完成氣密性檢測的工作。 重慶科技學院本科生畢業(yè)設計 硬件 設計 14 差壓傳感器的選型 TCT3051DP 差壓傳感器采 用的是最新型設計，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 總線輸出并附帶標準 420mA 電流信號 15VDC 電壓信號輸出，不會發(fā)生滯后、疲勞和蛻變現(xiàn)象，工作穩(wěn)定性強，安全防護措施好。 此差壓傳感器的特點： 1） 壓力測試范圍廣泛： ； 2） 溫度測量范圍： 65℃ +150℃； 3） 高精