Автоматизированная информационно-измерительная система программно-технический комплекс Кросс-Старт

Назначение

Автоматизированная информационно-измерительная система программно-технический комплекс «Кросс-Старт» (далее - Система) предназначена для измерений: крутящего момента силы двигателя; давления газа (воздуха) и жидкостей; температуры газа (воздуха) и рабочих жидкостей (топлива, масла, гидросмесей); частоты вращения роторов; массового и объёмного расхода; вибраций на корпусе двигателя; напряжения постоянного тока.

Описание

Принцип действия Системы заключается в преобразовании измеряемых физических величин первичными измерительными преобразователями в электрические сигналы, функционально связанные с измеряемыми физическими величинами, с последующим преобразованием, нормализацией и передачей их по каналам связи в измерительные модули Системы.

Конструктивно Система состоит из: пульта управления испытаниями ГТД, серверной стойки, стойки АИИС, шкафов измерения давления, балансирной рамы, первичных преобразователей (ПП), нормализаторов, линий связи, аналого-цифровых преобразователей и цифровой аппаратуры «верхнего уровня» (специализированные платы, компьютеры со специализированным программным обеспечением, мониторы).

Система функционально состоит из 8 модулей, включающих в себя соответствующие измерительные каналы (ИК) на базе обеих подсистем:

- модуль измерений крутящего момента силы - МИКМ;

- модуль измерений массового расхода топлива - МИРТ;

- модуль измерений давления - МИД;

- модуль измерений температуры - МИТ;

- модуль измерений частоты вращения роторов - МИЧВР;

- модуль измерения напряжения постоянного тока - МИНПТ;

- модуль измерения вибраций - МИВ;

- модуль измерений прокачки масла МИПМ.

Модуль измерений крутящего момента силы (МИКМ).

МИКМ содержит следующие элементы:

- балансирная рама;

- рабочий тензорезисторный S - образный датчик силы типа С2Н-5-С3;

- весовой терминал ТВ-003/05Д/М16.010.

Крутящий момент силы, приложенный к балансирной раме, уравновешивается моментом силы реакции рабочего тензорезисторного датчика. Его выходной сигнал, пропорциональный крутящему моменту силы, поступает на весовой терминал, где преобразуется в цифровой код с последующим вычислением значений измеряемого сигнала по известной градуировочной характеристике ИК.

Результаты измерений индицируются на мониторе, архивируются и оформляются в виде протоколов.

Модуль измерений массового расхода топлива (МИРТ).

МИРТ предназначен для измерений:

- объемного расхода топлива на базе турбинных преобразователей расхода ТПР4 и ТПР8;

- температуры топлива;

- плотности топлива.

Принцип действия ИК объемного расхода топлива на базе турбинных расходомеров основан на зависимости частоты вращения ротора расходомера от объемного расхода топлива. Частотный сигнал с выхода расходомера поступает на преобразователь сигнала в TTL - уровень, усиливается и передается на модуль измерения частоты I-8084. Выходные сигналы датчиков преобразуются в цифровые коды с последующим вычислением в компьютере значений массового расхода топлива по индивидуальной градуировочной характеристике датчика.

Принцип измерения плотности топлива основан на зависимости плотности топлива от температуры. Измерение плотности производиться в лаборатории при температуре +20 °С и при текущей температуре топлива и заносится в память АИИС.

Информация о текущей температуре топлива, измеряемой в процессе испытаний двигателя, поступает из модуля измерения температуры (ИК температуры рабочих жидкостей на базе платиновых термометров сопротивления).

Результаты измерений индицируются на мониторе, архивируются и оформляются в виде протоколов.

Модуль измерения давления (МИД).

МИД предназначен для измерения:

- избыточного давления и давления разряжения жидкостей (масла, топлива, гидросмеси) по тракту двигателя;

- давления воздуха (газов) по тракту двигателя;

- атмосферного давления.

Принцип действия ИК давления жидкостей (масла, топлива, гидросмеси) и воздуха (газов) по тракту двигателя основан на использовании в качестве ПП малогабаритных датчиков давления СДВ. Принцип работы которых основан на использовании зависимости между измеряемым давлением и упругой деформацией тензочувствительного элемента. Электрический сигнал, пропорциональный измеряемому давлению, подается на вход измерительного модуля I-8017. Выходные сигналы датчиков преобразуются в цифровые коды с последующим вычислением в компьютере избыточного давления и давления разрежения по градуировочной характеристике ИК.

Для измерения атмосферного давления используется барометр цифровой БРС-1М-1. Измеренная информация передается через интерфейс RS-232 в АИИС.

Результаты измерений индицируются на мониторе, архивируются и оформляются в виде протоколов.

Модуль измерений температуры (МИТ).

МИТ предназначен для измерений:

- напряжения постоянного тока, соответствующего значениям температуры воздуха (газов) по тракту ГТД в диапазоне преобразований ПП термоэлектрического типа ХА (К);

- температуры рабочих жидкостей (топлива, масла, гидросмесей) на базе термометров сопротивления ТС 1088 классов допуска А и В;

- температуры воздуха на входе в двигатель на базе приемников температуры П-97.

ИК напряжения постоянного тока работает с ПП термоэлектрического типа ХА (К). Измеренное контроллером значение напряжения постоянного тока преобразуется по номинальной статической характеристике (НСХ) в эквивалентное значение температуры, которое передается в АИИС.

Коррекция на температуру холодного спая ПП осуществляется аппаратнопрограммными средствами контроллера.

Принцип действия ИК температуры рабочих жидкостей на базе термометров сопротивления, основан на измерении и преобразовании ПП температуры в электрический сигнал (сопротивление постоянному току), пропорциональный измеряемой температуре, передаваемый на вход контроллера. Измеренное контроллером значение сопротивления по НСХ преобразуется в эквивалентное значение температуры, которое передается АИИС.

ИК температуры воздуха на входе в двигатель работает с приемником температуры П97, сигнал от которого поступает на измеритель регулятор ИРТ5501/М1/А. Измеренная информация передается через интерфейс RS-232 в АИИС.

Результаты измерений индицируются на мониторе, архивируются и оформляются в виде протоколов.

Модуль измерений частоты вращения (МИЧВР).

МИЧВР   предназначен для измерения частоты электрического   сигнала,

соответствующего значениям частоты вращения роторов ГТД.

Принцип действия ИК основан на преобразовании частоты вращения ротора в электрический сигнал синусоидальной формы, частота которого пропорциональна частоте вращения ротора. Синусоидальный сигнал преобразуется в одиночные импульсы TTL (HTL) -уровня, вычисление значения измеряемой частоты производится путем подсчета количества импульсов.

ИК включает в себя: датчик генераторного типа (не входящего в состав Системы); преобразователь сигнала в TTL - уровень; измерительный модуль I-8084W, установленный в слот контроллера I-8811.

Выходные сигналы датчиков преобразуются в цифровые коды с последующим вычислением значения частоты вращения по градуировочной характеристике.

Результаты измерения индуцируются на мониторе, архивируются и оформляются в виде протоколов.

Модуль измерений напряжения постоянного тока (МИНПТ).

МИНПТ предназначен для преобразования напряжения постоянного тока, поступающего от источника напряжения, в цифровую форму и передачу его в АИИС.

ИК включает в себя модуль I-8017, установленный в слот контроллера I-8811 (I-8411).

Модуль измерений вибрации (МИВ).

МИВ предназначен для измерения виброскорости на корпусе ГТД.

Источником информационного сигнала ИК является пьезоэлектрический вибропреобразователь, который преобразует перемещение агрегатов в электрический сигнал, пропорциональный уровню вибрации в месте их установки. Далее этот сигнал подается на вход аппаратуры измерения роторных вибраций ИВ-Д-СФ-3М. Также на вход аппаратуры измерения роторных вибраций подается сигнал частоты вращения ротора. Каждый измерительный канал ИВ-Д-СФ-3М осуществляет измерение роторных гармоник по параметру виброскорости.

Параметры виброскорости роторных гармоник в виде напряжения постоянного тока направляется на вход АЦП.

Измеренное значение напряжения передается в компьютер, где вычисляется значение измеряемой виброскорости по известной градуировочной зависимости.

Результаты измерений индуцируются на монитор, архивируются и формируются в виде протоколов.

Модуль измерений прокачки масла (МИПМ).

МИПМ предназначен для измерения:

- прокачки (объемного расхода) масла через редуктор двигателя;

- прокачки (объемного расхода) масла через опору двигателя.

Принцип действия ИК прокачки масла основан на измерении частоты электрического сигнала, поступающего с турбинных преобразователей расхода (ТПР13, ТПР10), частота вращения ротора которых зависит от объемного расхода масла.

Частотный сигнал с выходов ТПР поступает на преобразователь сигнала в TTL - уровень, усиливается и передается на модуль измерения частоты I-8084. Выходные сигналы датчиков преобразуются в цифровые коды с последующим вычислением в компьютере значений объемного расхода масла по индивидуальным градуировочным характеристикам датчиков.

Общий вид составных частей Системы представлен на рисунках 1 - 5.

Место пломбировки от несанкционированного доступа представлено на рисунке 6.

Рисунок 1 - Пульт управления испытаниями ГТД. Вид внешний

Рисунок 2 - Стойка АИИС. Расположение элементов. Вид внешний

Рисунок 3 - Общий вид серверной стойки

Рисунок 4 - Шкаф измерения давлений, расположенный в боксе. Расположение элементов. Вид внешний

Рисунок 5 - Шкаф измерения давлений, расположенный в пультовой. Расположение элементов.

Рисунок 6 - Место пломбировки от несанкционированного доступа

Программное обеспечение

Работа Системы осуществляется под управлением специализированного программного обеспечения (СПО) «Кросс-Старт», которое выполняет следующие функции:

- циклический сбор измерительной информации от ИК Системы;

- расшифровку полученной информации и приведение ее к виду, удобному для дальнейшего использования;

- визуализацию результатов измерений в цифровом и графическом представлении;

- обеспечение режимов градуировки и тестирования (поверки) ИК Системы с формированием соответствующих протоколов и вывод их на печать;

- обеспечение оперативной передачи результатов измерений программам пользователя.

СПО «Кросс-Старт» работает в среде операционных систем «Windows 7», «Windows 8», «Windows 10» или более поздних версий.

Метрологически значимая часть программного обеспечения (ПО) Системы выделена в виде независимых компилируемых модулей, используемых программной оболочкой СПО «Кросс-Старт» в качестве динамически подключаемых библиотек (DLL).

В процессе эксплуатации невозможно какое-либо воздействие на метрологически значимую часть ПО. Интерфейс связи также не позволяет влиять на метрологически значимую часть ПО. Вход в настройки ПО и меню юстировки защищен паролем, а все метрологически значимые данные защищаются цифровой подписью.

Уровень защиты ПО от непреднамеренных и преднамеренных воздействий в соответствии с Р 50.2.077-2014 - «высокий».

Идентификационные данные ПО приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Идентификационные данные ПО

Технические характеристики

Метрологические характеристики приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Метрологические характеристики

Примечания:

1 ВП - верхний предел измерения;

2 ИЗ - измеряемое значение;

3 НЗ - нормирующее значение (диапазон измерения);

Y - приведенная погрешность, %;

6 - относительная погрешность, %;

Д - абсолютная погрешность в единицах измеряемой величины.

Таблица 3 - Основные технические характеристики

Знак утверждения типа

наносится типографским способом на титульный лист эксплуатационной документации и на лицевые панели шкафа АИИС в виде наклейки.

Комплектность

Таблица 4 - Комплектность средства измерений

Поверка

осуществляется по документу ПТК 020.17 МП «Инструкция. Автоматизированная информационно-измерительная система программно-технический комплекс «Кросс-Старт». Методика поверки», утвержденному ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова» 10 октября 2018 г.

Основные средства поверки:

- калибратор-измеритель унифицированных сигналов    эталонный   ИКСУ 260,

регистрационный номер в Федеральном информационном фонде 35062-07;

- манометр избыточного давления грузопоршневой МП-60, регистрационный номер в Федеральном информационном фонде 44230-10;

- манометр избыточного давления грузопоршневой МП-600, регистрационный номер в Федеральном информационном фонде 44230-10;

- мановакуумметр грузопоршневой МВП-2,5, регистрационный номер в Федеральном информационном фонде 1652-99;

- поверочный комплекс давления и стандартных сигналов Элемер ПКДС-210, регистрационный номер в Федеральном информационном фонде 36734-08;

- магазин сопротивлений Р4831, регистрационный номер в Федеральном информационном фонде 38510-08;

- генератор сигналов низкочастотный прецизионный Г3-110, регистрационный номер в Федеральном информационном фонде 5460-76;

- термометр ртутный стеклянный лабораторный ТЛ-4, регистрационный номер в Федеральном информационном фонде 303-91;

- виброустановка электродинамическая тип ВСВ-133, регистрационный номер в Федеральном информационном фонде 24122-07;

- вольтметр В7-78/2, регистрационный номер в Федеральном информационном фонде 52147-12;

- генератор сигналов специальной формы АКИП-3409/1, регистрационный номер в Федеральном информационном фонде 53064-13;

- динамометр эталонный 2-го разряда по ГОСТ Р 8.663-2009 «Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Государственная поверочная схема для средств измерений силы разряда» «3.2.БДЦ.0004.2016».

Допускается применение аналогичных средств поверки, обеспечивающих определение метрологических характеристик, поверяемой Системы с требуемой точностью.

Знак поверки наносится на свидетельство о поверке.

Сведения о методах измерений

приведены в эксплуатационном документе.

Нормативные документы

ОСТ 1 01021-93 Стенды испытательные авиационных газотурбинных двигателей. Общие требования

ОТУ-2018 Общие технические условия на изготовление, ремонт, приёмку и поставку авиационных двигателей для воздушных судов