Стенд для испытаний и калибровки датчиков массового расхода воздуха автомобилей

Внедрение: 2018 г.

Государственным университетом «Дубна» совместно с ЗАО «МПОТК «ТЕХНОКОМПЛЕКТ» ведутся прикладные научные исследования по разработке элементов отечественной компонентной базы в области измерительной и регулирующей аппаратуры для транспортных систем, в частности, датчиков массового расхода воздуха (ДМРВ) [1]. На первом этапе данных исследований была разработана оригинальная конструкция датчика массового расхода воздуха, в которой чувствительный элемент выполнен в виде упругой лопасти с размещенными на ней тензорезисторами. Воздушный поток, проходящий через датчик, приводит к отклонению лопасти и соответствующему изменению сопротивления тензорезисторов, которое затем с учетом температуры пересчитывается в массовый расход воздуха.

Были изготовлены десять экспериментальных образцов датчика, конструктивное исполнение которых предусматривает установку в легковые автомобили вместо штатных ДМРВ. Для того чтобы экспериментально определить технические параметры изготовленных датчиков и проверить, соответствуют ли они требованиям ТЗ в полном объеме, был сконструирован и изготовлен специальный стенд с применением модуля E‑502 для испытаний и калибровки датчиков массового расхода воздуха автомобилей, внешний вид которого показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Внешний вид стенда для испытаний и калибровки датчиков массового расхода воздуха автомобилей [2].

Основной функцией стенда является создание воздушного тракта, включающего исследуемый и эталонный датчики, в котором скорость и температура пропускаемого через датчики воздуха регулируется в заданных пределах. По отношению к воздушному потоку, датчики включены последовательно и расположены на минимальном расстоянии один от другого, что обеспечивает одинаковый массовый расход воздуха через них. Кроме того, выходной сигнал разработанного датчика унифицирован с выходными сигналами существующих ДМРВ, а скорость и температура воздуха задаются при помощи компьютера с прикладным ПО.

Аэродинамическая система стенда включает в себя вентилятор K3G097‑AK34‑65, который создает поток воздуха с требуемым напором и расходом, и совокупности гофрированных воздухоподводящих шлангов для соединения вентилятора с датчиками (калибруемым и эталонным). 

Блок задания температуры включает в себя радиатор, через который прокачивается поток воздуха, в сочетании с охладителем-нагревателем, к которому для получения низких температур подсоединяется система охлаждения с жидким азотом, а для получения высоких температур обмотка нагревателя подключается к источнику питания. Также для поддержания температуры на заданном уровне в состав этого блока входит ПИД-регулятор ТРМ210 ОВЕН.

Блок измерений стенда выполнен на основе измерительного преобразователя напряжения E‑502, который принимает и обрабатывает сигналы, поступающие с калибруемого и эталонного датчика, и пересылает их в ПК через USB-кабель. ПК функционирует под управлением операционной системы MS Windows 7; в нем установлено ПО преобразователя E‑502 L‑Card и программный пакет LabView, обеспечивающий наглядное представление информации в графическом виде, запись результатов измерений на жесткий диск компьютера с возможностью последующего анализа, а также автоматизацию проведения измерений.

В окне управления стендом, реализованным на LabView (рисунок 2), отображаются временные зависимости выходного сигнала с исследуемого и эталонного датчиков (в качестве эталонного здесь используется ДМРВ Bosch), с возможностью разворота каждой из них на большем графике для удобства анализа. 

Рисунок 2. Окно управления стендом, реализованное на LabView [2].

В методике калибровки датчиков проверяемый и эталонный датчики закрепляются на стенде и подключаются к блоку измерений. Далее через датчики пропускается поток воздуха от вентилятора, регулируемый с желаемым шагом (например, 10 %) от минимального до максимального значения. После установки каждого уровня выжидается, пока воздушный поток стабилизируется на заданном уровне, и производится измерение сигналов проверяемого и эталонного датчиков. По полученной разности сигналов производится калибровка проверяемого датчика. Использование данной методики позволяет сократить продолжительность калибровки и испытаний датчиков массового расхода воздуха.

Источники:
1. Крюков Ю.А., Михеев М.А., Иванов В.В., Наумов О.Е. Стенд для испытаний и калибровки датчиков массового расхода воздуха автомобилей // Экспериментальные и теоретические исследования в современной науке: сборник статей по материалам XXIV международной науч.-практической конференции № 15 (23). – Новосибирск: СибАК, 2018. – С. 43‑49.

2. Крюков Ю.А., Михеев М.А., Иванов В.В., Наумов О.Е. Стенд для испытаний и калибровки датчиков массового расхода воздуха автомобилей: [Электронный ресурс] // СибАК. – 2018. – URL: https://sibac.info/conf/modernscience/xxiv/117151. (Дата обращения: 02.02.2019).

Разработчик: Крюков Ю.А., Михеев М.А. (Гос. университет «Дубна», г. Дубна), Иванов В.В., Наумов О.Е. (ЗАО «МПОТК «Технокомплект», г. Дубна)