Під час експлуатації висотомірів та варіометрів дозволяється використовувати наступну КПА, перераховану нижче:

1. Для перевірки функціонування (реагування на зміну тиску) висотомірного обладнання на літаку та герметичності систем ПВД установку КПА-ПВД (КПУ-3).

2. Для створення та контролю заданого при перевірці тиску (вакууму):

- установку контролю анероїдно-монометричних приладів УКАМП у складі вимірювача повітряних тисків ВПТ та блоку насосів БН-М;

- вимірювач повітряних тисків ВПТ із блоком насосів БН-М (УМАП) зі складу апаратури СВС-АП;

- манометр поршневої абсолютного тиску МПА-15 (МПА-10) із термопарним вакууметром типу ВТ-3 і вакуумним насосом РВН;

3. Для контролю швидкості створення тиску (вакууму)- варіометр з діапазоном вимірювання не більше 75 м/с (технологічний)

4. Для контролю електричних параметрів при перевірці висотомірів - вимірювач вихідних параметрів ІВП зі складу апаратури АП-СВС-2 (відсоткову установку типу ОУ з похибкою вимірювання не нижче 0.02% або магазин опорів Р-517);

5. Для перевірки каналів висоти системи повітряних сигналів АП-СВС-2 (апаратура перевірки).

КПА, застосовується для перевірки висотомірів та варіометрів, повинна бути перевірена, атестована та мати графіки (таблиці) інструментальних виправок або градуйованих значень.

Забороняється застосування КПА та інших засобів вимірювання які не пройшли метрологічну атестацію і обов'язкову перевірку у встановлені строки.

До засобів контролю аерометричних приладів відносяться стаціонарні установки УМА-1, УМАП, УКАМП, АП-СВС та переносні установки КПУ-3, КПУ-5.

Переносні установки КПУ-3 та КПУ-5 використовується тільки для визначення працездатності приладів на борту ПС при підготовці до польотів. ВКПУ-3 привід вакуум помпи та насосу є ручним, а у КПУ-5 - електричним.

В якості вимірювальних приладів в УМАП використовуються лабораторні зразкові прилади, а у УМА-1 ртутний манометр. Потребам метрології за точністю вимірювань найбільш відповідає установка УМА-1. Однак її використання може бути небезпечним для операторів та навколишнього середовища, через можливий викид парів ртуті. Через це зараз на експлуатаційних підприємствах та в інших організаціях цивільної авіації частіше використовуються установки УКАМП та АП-СВС. Вони мають небагато меншу точність ніж УМА-1 та відповідають метрологічним потребам і екологічно безпечні. Використання у деяких АТБ установка УМАП не відповідає потребам метрології та придатна лише для оцінки працездатності приладів.

У результаті аналізу існуючих КПА бачимо, що при перевірці аерометричних приладів і систем використовується установка контролю анероїдно-мембранних приладів УКАМП, тому далі будемо розглядати тільки цю установку, зокрема вимірювач повітряних тисків ВПТ, який входить до складу УКАМП.

ВПТ призначений для вимірювання та регулювання тисків ВПТ, що подаються у перевіряємий виріб. ВПТ використовується у складі УКАМП яка призначена для перевірки у лабораторних умовах похибки вихідних параметрів наступних груп приладів:

- висотомірів типу ВМ,ВД, ВДІ, УВІ, УВІД;

- вказівників швидкості типу УС, КУС, КУСІ;

- вказівників висоти та перепаду тиску типу УВПД, УВПДС;

- систем повітряних сигналів типу СВС;

- вказівників числа М типу М, МС.

УКАМП може використовуватись для перевірки будь-яких існуючих та розроблених приладів які мають аналогічне призначення, діапазон вимірювань та пред'являючих до точності вимірювальної апаратури вимоги необхідні для експлуатації.

УКАМП забезпечує наступні види перевірок:

- визначення похибки показань;

- визначення варіації показань;

- визначення герметичності статичної системи;

- визначення герметичності динамічної системи.

УКАМП має наступні експлуатаційні характеристики:

1. Установка працює у інтервалі температур зовнішнього середовища від -30 до +60⁰С (основна t = +255⁰С).

2. Живлення установки здійснюється постійним струмом, напругою 27В та перемінним струмом напругою 115В частотою 4002% Гц.

3. Потужність споживана установкою за перемінною напругою не більш 30Вт, за постійною - не більш 30Вт.

4. Установка забезпечує вимірювання та ввід у перевіряємі прилади наступних тисків:

- абсолютний тиск від 815 до 8 мм.рт.ст.

- надмірний тиск від 0 до 1400 мм.рт.ст.

5. Показання вказівників ВПТ з урахуванням градуйованих значень, вказаних у паспорті, відповідають при температурі +255⁰С; +50⁰С; -30⁰С; з дійсним значенням вимірюємого тиску, при цьому похибки вимірювання та введення установкою тисків не перевищують значень вказаних у таблиці 1.7

6. Похибки вказівників ВПТ при вимірюванні параметрів мережі живлення не перевищують значень вказаних у таб.1.7.

7. Опір ізоляції електричних ланцюгів відносно корпусу при нормальній температурі +255⁰С та відносній вологості від 30 до 80% не менш 20 Ом ,а при відносній вологості 953% не менш 1 Ом після утримування у камері вологості протягом 48 годин.

Таблиця 1.7.

8. Герметичність системи абсолютного тиску ВПТ така, що при створенні у ній тиску 195 мм.рт.ст. витік не перевищує 0.2 мм.рт.ст. протягом однієї хвилини за показниками ВПТ, а при створенні тиску 1400 мм.рт.ст. витік не перевищує 0.5 мм.рт.ст. протягом однієї хвилини.

9. Вага ВПТ зі джутами живлення не перевищує 21 кг, а вага комплекту УКАМП складає 55 кг.

У комплект УКАМП входить:

1. Вимірювач повітряних тисків (ВПТ);

2. Блок насосів (БН-М);

3. Монтажний комплект;

4. Опис;

5. Паспорт.

Робота ВПТ основана на перетворюванні механічної величини переміщення верхнього центру блоків анероїдних або манометричних коробок під дією вимірюємого тиску у електричну величину, напруга розбалансу на виході індукційного вузла.

Вакуум та тиск регулюються кранами, вимірюються вказівниками та подаються у відповідні системи перевіряємого виробу за допомогою штуцерів та дюритових шлангів.

Система вимірювання статичного тиску складається з трьох піддіапазонів, а динамічного з двох.

Пневматична схема ВПТ зображена на рис 1.2.

Для попередження о деяких несправностях та виході приладу з ладу в блоці ВПТ є система аварійної сигналізації. Облік напрацювання у ВПТ здійснюється електромеханічним лічильником часу.

На повірку ВПТ у лабораторії витрачається 40 годин, а на регулювання - 80 годин.

З основних недоліків ВПТ можна вказати наступні:

- негерметичність вказівників статики та динаміки;

- заклинення стрілки при переході з одного вказівника на інший;

- залипання реле та т.і.

Взагалі ці дефекти усуваються наступним чином (відповідно) :

- заміною вакуумного шлангу;

- заміною електромагнітного клапану;

- промивкою кранів або їх заміною;

- заміною реле.

Рис. 1.2. Пневматична схема ВПТ.

И₁, И₂, И₃ - прилади вимірювання статичного тиску, кожному під діапазону відповідає свій вимірювач тиску.

И₄, И₅ - прилади вимірювання динамічного тиску (для двох своїх піддіапазонів).

Кр₁ та Кр₂ - крани подачі статичного (Кр₁) та динамічного (Кр₂) тисків у магістралі.

Кр₃ - кран подачі статичного тиску у магістраль повного тиску.

Кр₄ та Кр₅ - крани з'єднання магістралей статичного та динамічного тиску з атмосферою.

Висновки

1. Блок ВПТ легкий у роботі, задовольняє потребам за діапазонами та похибкам вимірюваного та подаваємого у виріб тиску. Поряд з цим ВПТ має ряд суттєвих недоліків; багато часу затрачується на регулювання та настроювання ВПТ що пов'язано з інерційними якостями повітря та вказівників.

РОЗДІЛ 2

2.1 Аналіз можливих шляхів модернізації

Для візуального контролю подаваного у прилад тиску у системі передбачений 5-ти розрядний індикатор тиску.

Така система дозволяє скоротити час затрачуваний перевірку приладів за рахунок автоматизації процесу повірки та об'єктивності вимірювань.

Установка представляє собою автоматичний генератор тисків (АГТ), який за сигналом з ЕОМ або програмного перемикача задає тиск у повіряємому приладі За пропонованим у проекті принципом дії АГТ можливо регулювати як статичний так і динамічний тиск.

У проекті розроблюється АГТ для перевірки висотомірів та варіометрів. Це пояснюється тим що по перше барометрічні висотоміри та варіометри відіграють велику роль з точки зору забезпечення безпеки польотів по-друге з анероїдно-манометричних приладів, висотоміри та варіометри є найбільш кількісною групою на повірку якої затрачується багато часу.

Маючи на увазі, що у проекті розроблюється установка контролю приладів для повітряних судів ЦА, які літають на висоті до 15000 м, має сенс зменшити діапазон задаваємих абсолютних тисків від 815 до 80 мм.рт.ст. У цьому діапазоні знаходяться висоти :

Н = 0 м 760 мм.рт.ст.

Н = 15000 м 90.22 мм.рт.ст.

У модернізованому ВПТ передбачено два піддіапазони за абсолютним тиском:

1-й піддіапазон - 80……450 мм.рт.ст.

2-й піддіапазон - 450……815 мм.рт.ст.

Це необхідно та достатньо для отримання потрібної чутливості мембранних блок-датчиків тиску та регулювання тисків з похибкою не гірше аналогового варіанту. Мембранні блоки у цих піддіапазонах відрізняються лише характеристиками (так як працюють у різних інтервалах тиску).

Для покращення динамічних характеристик та підвищення швидкодії АГТ передбачується наявність двох пневмоємністей:

- з вакуумом (тиск не білше 40 мм.рт.ст.);

- з тиском (тиск не менш 1550 мм.рт.ст.).

2.3 Розробка структурної схеми стенду

У використовуваній схемі необхідно претворити переміщення верхнього жорсткого центру мембранного блоку в електричний сигнал, вважається доцільним використання ємнісного датчика переміщення ЄДП. Зараз встановлено, що ЄДП має цілий ряд переваг у порівнянні з іншими датчиками переміщення. До них відносяться:

- прикладання малих зусиль для переміщення рухомої частини (ротору) ЄД;

- споживання небагато енергії;

- відсутність контактів;

- висока точність та стабільність роботи системи з ЄД.

До недоліків ЄД слід віднести високий внутрішній опір, високі потреби до опору кріпіжних ізолюючих деталей та необхідністю роботи на підвищеній частоті (відносно 50 Гц). Усе ж у більшості випадків кріплення ЄД можуть бути вибрані із звичайних матеріалів, практика показує, що ЄД дають добрі результати на більш поширеній частоті 400 Гц.

ЄД використовують у приладах у яких допускаються похибки у соті та навіть тисячні долі відсотку.

Оберемо ємкісний датчик зображений на рис. 2.5.

При заземленні електродів 1 та 4 ємність між обкладинками 2 та 3 залежить від відстані l між торцями електродів.

Ємність такого датчика розраховується аналогічно ємності елементу, виконаного у вигляді двох коаксіальних циліндрів [10].

Рис2.4. Функціональна схема генератора тиску

Рис. 2.5. Ємнісний датчик переміщення.

На рис. 2.5:

1 - Рухомий електрод жорстко зв'язаний з МБ мембранний блок;

2 - зовнішня обкладка;

3 - внутрішня обкладка;

4 - нерухомий електрод;

l - відстань між торцями електронів;

D - внутрішній діаметр обкладки 2;

d - зовнішній діаметр обкладки 3.

С = ,

де о₀ - абсолютна діелектрична проникність вакууму, о₀=8.854?10^-12 Ф/м;

о_В=1,00059 Ф/м - діелектрична проникність повітря;

Маємо лінійну залежність між зміненням положення жорсткого центру МБ та зміненням ємності ЕД С;

С = к, (2.2)

де к - коефіцієнт проникності.

Для розрахунку мінімальної ємності ЕД С_min при l = l₀ та зміні l на l оберемо такі розміри:

D = 30 мм = 0,03 м,

d = 28,8 мм = 0,028 м,

l₀ = 1 мм = 0,001 м,

l = 4 мм = 0,004 м.

Тоді:

С_min ==1,642 пФ

При цьому чутливість ЕД складає:

пФ

Остаточно маємо ємність датчика переміщення з параметрами:

С_min = 1,642 пФ; C_max =8,21 пФ

2.4.2 Розрахунок електронного ключа

В електричній схемі управління ЕМК приймемо електронний ключ. Це викликано неможливістю подачі управляючих імпульсів безпосередньо на обмотку ЕМК с МК, із-за порівняно великої потужності ЕМК (Р_н = 4,9 Вт) та малим опором його обмотки (R₀ = 150 Ом).

На рис. 2.6 зображено схемуелектронного ключа зібрану на транзисторі VT1, де R5 - обмежувач струму бази VT1; R₀ -опір обмотки ЕМК.

Рис. 2.6. Схема електронного ключа.

Схема працює наступним чином. При відсутності імпульсу з МК, подаваного на базу, останній замкнений і уся напруга живлення Е падає на великому опорі колекторно-емітерного переходу. ЕМК вимкнено. При надходженні імпульсу на базу транзистор відкривається, опір колекторно-емітерного переходу стає незначним і напруга Е подається на ЕМК який спрацьовує.

Вихідні дані для розрахунку:

- напруга живлення Е = 27 В;

- струм спрацьовування обмотки ЕМК Ін = 0,18 А;

- опір обмотки ЕМК R₀ = 150 Ом.

За вихідними даними обираємо кремнієвий транзистор типу КТ608А[10] з такими параметрами:

- напруга колектор-емітер U_ке = 60 В;

- напруга емітер-база U_еб = 2,5 В;

- напруга колектор-база U_кб = 60 В;

- постійний струм колектора І_к = 0,8 А;

- постійний струм бази І_б = 0,1 А;

- потужність, що розсіюється (без тепловідведення) Р_max = 0,15 Вт

- температура навколишнього середовища: t_max = +85⁰C; t_min = -40⁰C.

- Коефіцієнт передачі току k_21е = 80 використаємо U_еб = 3 В, тоді

Потужність, що розсіюється Р_б: U_вх І_вх = 3 2,25 10^-3 = 0,007 Вт.

Транзистор КТ608А використовуємо з тепловідведенням.

2.4.3 Розрахунок трансформаторного мосту

Для перетворення ємності ЕД у напругу, яку можна використовувати далі у схемі управління електромагнітними клапанами приймемо ТМ зображений на рис. 2.7.

Де U₁ та U₂ напруги у плечах трансформаторного мосту, створено генератором синусоїдальних коливань Г з частотою f , С_д - змінна ємність датчику ЕД, С_О - постійна ємність, С_Н - еквівалент паразитних ємностей Умова рівноваги мосту має вигляд:

U₁C_д=U₂ C_O або =. (2.4)

При зміні напруги U₂ міст можна врівноважити відносно ємності .

Задаємо такі значення параметрів мосту: С₀ = 1,642 пФ; С_п = 20 пФ, U₁ = 20 B; f = 100 кГц.

Тоді, для зменшення ємності ЕД у межах С_д = 1,642 ... 8,210 пФ напруга повинна змінюватись у межах U₂ = 20...100В.

Потрібно визначити напругу з виходу моста (точки 1 та 2 на мал. 2.8) відносно зміни тиску, що дорівнює половини основної похибки. Основна похибка в діапазоні 80 ... 450 Торр дорівнює Д=0,2 Торр, її половина Д/2 = 0,1 Торр. Це відповідає зміщенню верхнього центра МБ.

, (2,5)

де h_max - максимальне зміщення верхнього центру МБ;

р_max - максимальний діючий на МБ тиск;

Дp - половина основної похибки Д/2.

Тоді: .

Якщо пФ , то при переміщенні верхнього центру МБ на 10^-3 мм, ємність ЕД змінюється до:

Рис. 2.7. Схема трансформаторного мосту.

Рис. 2.8. Еквівалентна схема трансформаторного мосту.

На рис. 2.8:

Z₁ - опір ємності С_д;

Z₂ - опір ємності С_О;

Z₃ - опір ємності С_П;

Z₄ - вхідний опір.

=С_{д min} =1,642=1,644 пФ.

Зміна ємності С= - С_{д min} =0,002 пФ.

На рис. 2.8. зображена еквівалентна схема трансформаторного мосту.

Напруга на виході мосту U₂₁ буде дорівнювати:

U₂₁=, (2.6)

де =1/Z₁;=1/Z₂;=1/Z₃;=1/Z₄ - провідності відповідних гілок. При підстановці отримаємо:

(2.7)

Опір ємності С_п:

Якщо опір входу посилювача R_вх = 800 кОм то g₄ приймемо рівним 0. Отримаємо:

, (2.8)

В урівноваженому мосту чисельник рівняння (2.8) дорівнюватиме 0.

При зміні ємності датчика на величину ДС отримаємо нове значення

С_д =

= C_д + ДС

В знаменнику формули 2.8 маємо постійну величину:

 = C_o + C₁ = 1,642 +10 = 11,642 пФ. (2.9)

З урахуванням (2.9) маємо:

.

Остаточно маємо:

. (2.10)

При С_{д min} = 1,642 пФ та зміні ємності ДС = 0,002 пФ напруга розбалансу моста буде дорівнювати:

В.

Отримаємо мінімальну вихідну напругу ДU₂₁ = 3 мВ. Ця напруга відповідає зміні тиску ДP_min = 0,1 Торр.

При переході з одного тиску до іншого, отримаємо напругу на виході мосту ДU_21max відповідно зміни тику, на першому поддіапазоні.

= 760,00 Торр,

= 733,36 Торр,

= 26,64 Торр.

В цьому випадку отримаємо переміщення мембранного блоку - формула (2.5).

,

і відповідна зміна ємності ЕД:

Напруга на виході мосту: .

2.4.4 Вибір мікроконтролера

Для управління процесом перевірки висотомірів та варіометрів оберемо мікро контролер 8ХС196МН. Ця серія розроблена з метою прямого цифрового управління двигунами та різними пристроями перетворюючої техніки - перебивачами, інверторами, тощо. Даний мікроконтролер отримав назву мікроконтролер управління рухом (motion control family) або мікроконтролер, або мікроконтролер управління двигуном (motor control family). Обидві назви зустрічаються в технічній документації фірми Intel та можуть розглядатися як синоніми.

Мікроконтролер працює на частоті 16 МГц. Він є одним із найновітніших виробів на ринку 16-розрядних мікро контролерів і є в продажу з 1995 року.

Деякі технічні параметри:

1. Об'єм ПЗП - 32 Кб,

2. Об'єм регістрового ОЗП - 744 Кб,

3. Число таймерів-лічильників - 2,

4. Число каналів АЦП - 8,

5. Число ліній вводу-виводу - 52,

6. Число послідовних портів - 2,

7. Тип процесору явищ - 6 каналів,

8. Тактова частота - 16 мНz,

9. Тип корпусу - N-83, S-80, U-64,

10. Режим тестування - в наявності,

11. Адресний простір - 64 Кбайта.

Схема мікропроцесорної системи мінімальної конфігурації приведена на рис 2.9.

Рис. 2.9. Мікропроцесорна система мінімальної конфігурації на базі МК MCS-196.

Як видно з приведених вище технічних даних мікроконтролер даної серії вспадкував усі найбільш перспективні для управління двигуном, в нашому випадку ГТ, периферійні пристрої попередніх серій.

Число виходів U_cс та U_SS мікроконтролера буде залежати від типу корпусу (див. технічний паспорт). Впевніться, що приєднані всі виводи U_cc до клеми джерела цифрового живлення та всі виводи U_SS до схеми цифрової землі.

Приєднайте РС коло до виводу U_pp тільки у випадку використання режиму додатного джерела енергії. В іншому випадку приєднуйте цей вивід безпосередньо до U_cc.

Рекомендується підключити до цифрової землі U_SS усі невикористані виводи портів, налаштованих на ввід.

2.5 Оцінка похибки

РОЗДІЛ 3

Технічна експлуатація запроектованого пристрою