Система измерительная СИ-1/ГТД-30

Назначение

Система измерительная СИ-1/ГТД-30 (далее - система) предназначена для измерений давления и температуры воздуха (газов) и жидкостей (топлива, масла), массового расхода топлива и воздуха, расхода (прокачки) масла, силы от тяги двигателя, параметров вибрации, частоты электрических сигналов, сопротивления постоянному току, силы и напряжения постоянного тока.

Описание

Принцип действия системы основан на измерении первичными измерительными преобразователями (далее - ПИП) физических величин, преобразовании их в электрические сигналы, поступающие на вход аппаратуры сбора и преобразования сигналов в цифровой код для дальнейшей его передачи в промышленный компьютер, осуществляющий обработку, выдачу, хранение информации и ведение печатного протокола.

Система позволяет выполнять задачи, требующие высокой производительности и надежности измерительных систем для непрерывной работы в жестких условиях под управлением оперативной системы реального времени. Система представляет собой многофункциональную встраиваемую контрольно-измерительную аппаратуру, основой которой является технология реконфигурируемого ввода\вывода NI cRIO.

Система состоит из шасси со встроенной «ПЛИС», контроллера реального времени и модулей ввода\вывода.

Конструктивно система включает в себя:

- размещенные в десяти шкафах (ША1 - ША10): крейты с оборудованием системы сбора данных (ССД), выполненные в стандартах cRIO, LXI, PXI/SCXI, PXI; рабочие станции Kraftway Credo - промышленные компьютеры (далее - ПК); подсистема синхронизации; подсистема единого времени; нормализаторы сигналов; сетевые коммутаторы; источники питания; аппаратура виброконтроля СВКА 2 (регистрационный номер (далее - рег. № ) 41918-09 в Федеральном информационном фонде) в комплекте с вибропреобразователями АВС 132, АНС 066; сервер;

- автоматизированные рабочие места (АРМ1, АРМ2) в составе: ПК; видеомониторов; сетевых коммутаторов; источников бесперебойного питания; лазерного принтера; барометра рабочего сетевого БРС-1М (рег. № 16006-97), измерителя влажности и температуры ИВТМ-7 (рег. № 71394-18);

- комплект ПИП.

Комплект ПИП содержит:

- датчики весоизмерительные тензорезисторные С (рег. № 53636-13);

- расходомер-счетчик массовый OPTIMASS 7000 (рег. № 50998-12);

- турбинный преобразователь расхода ТПР14 (рег. № 8326-04);

- датчики давления, разрежения и разности давлений ADZ (рег. № 49870-12);

- преобразователи измерительные давления: ЗОНД-10 (рег. № 15020-07);

- термопреобразователи сопротивления ТП-9201 (рег. № 48114-11);

- термопреобразователи сопротивления из платины ТСП-1388 (рег. № 58808-14);

- вибропреобразователи АВС 132 (рег. № 11279-88);

- вибропреобразователи АНС 066 (рег. № 14113-94);

- акселерометры СА 280 (в комплекте с усилителями сигнала IPC 704 и блоками гальванической развязки GSI-130) (рег. № 61291-15).

Шкафы ША1 - ША5 и ПИП расположены в помещении испытательного бокса, АРМ1 - в помещении пультовой, шкафы ША6 - ША10 и АРМ2 - в помещении комнаты измерений.

Шкафы ША1 - ША5 соединены с ПИП линиями связи длиной до 50 м. Шкафы ША6 - ША10 соединены с АРМ1 и АРМ2 через сетевые коммутаторы линиями связи Ethernet до 25 м.

Структурная схема системы приведена на рисунке 1.

Помещение пультовой

Помещение испытательного бокса

Рисунок 1 - Структурная схема системы

Функционально система состоит из измерительных каналов (далее - ИК):

- давления воздуха (газов) и жидкостей и силы постоянного тока, соответствующей значениям давления;

- температуры воздуха (газов) и жидкостей, измеряемой термопреобразователями сопротивления, и сопротивления постоянному току, соответствующего значениям температуры;

- напряжения постоянного тока, соответствующего значениям температуры воздуха (газов), измеряемой термоэлектрическими преобразователями ТПР(В), ТХА(К), TXK(L);

- частоты электрических сигналов, соответствующей значениям частоты вращения роторов двигателя;

- силы от тяги двигателя;

- массового расхода воздуха;

- параметров вибрации;

- расхода (прокачки) масла;

- массового расхода топлива.

Принцип действия ИК давления воздуха (газов) и жидкостей основан на зависимости выходного электрического сигнала ПИП от воздействия на его чувствительный элемент измеряемого давления (абсолютного, избыточного, давления-разрежения, разности давлений). Электрический сигнал с выхода ПИП поступает на вход аналогово-цифрового преобразователя (далее - АЦП), преобразуется в цифровой код, регистрируемый ПК с последующим вычислением по известной функции преобразования ИК значения измеренного давления.

Принцип действия ИК силы постоянного тока, соответствующей значениям давления, основан на преобразовании с помощью АЦП значения силы постоянного тока в цифровой код, регистрируемый ПК, с последующим вычислением по известной индивидуальной функции преобразования ИК измеренного значения силы постоянного тока.

Принцип действия ИК температуры воздуха (газов) и жидкостей, измеряемой термопреобразователями сопротивления (ТП-9201, ТСП-1388), основан на зависимости изменения сопротивления ПИП от температуры среды. Сопротивление постоянному току ПИП преобразуется АЦП в цифровой код, поступающий в ПК, где по известной функции преобразования ИК с учетом номинальной статической характеристики термопреобразователя сопротивления вычисляется измеренное значение температуры.

Принцип действия ИК сопротивления постоянному току, соответствующего значениям температуры, основан на преобразовании с помощью АЦП сопротивления постоянному току в цифровой код, регистрируемый ПК с последующим определением по программе измеренного значения сопротивления.

Принцип действия ИК напряжения постоянного тока, соответствующего значениям температуры, измеряемой термоэлектрическими преобразователями ТПР(В), ТХА(К), TXK(L), основан на преобразовании АЦП напряжения постоянного тока ПИП в цифровой код, регистрируемый ПК, с последующим вычислением по известной функции преобразования ИК измеренного значения напряжения постоянного тока.

Принцип действия ИК частоты электрических сигналов, соответствующей значениям частоты вращения роторов, основан на преобразовании модулем нормализации сигналов FL157A частотного сигнала с выхода ПИП (магнитоиндукционные датчики ДЧВ-2500) в электрические сигналы уровня ТТЛ-логики. Эти сигналы преобразуются АЦП в цифровой код, регистрируемый ПК, с последующим вычислением по известной индивидуальной функции преобразования ИК измеренного значения частоты.

Принцип действия ИК силы от тяги двигателя основан на воздействии на ПИП (С2) силы от тяги, вследствие чего происходит разбалансировка тензометрического моста ПИП. Электрический сигнал напряжения постоянного тока с выхода ПИП, пропорциональный измеряемой силе, поступает на вход АЦП, преобразуется в цифровой код, регистрируемый ПК, с последующим вычислением по известной функции преобразования ИК измеренного значения силы от тяги.

Принцип действия ИК массового расхода воздуха основан на использовании уравнения Бернулли, устанавливающего зависимость между изменением скоростного напора и перепадом давления в сужающем устройстве, представляющем собой расходомерный коллектор (РМК), выполненный в соответствии с требованиями ОСТ 1 02555-85 и расположенный на входе в двигатель. Массовый расход воздуха определяется по программе ПК с использованием результатов измерений перепада давления и температуры воздуха в РМК с учетом геометрических размеров РМК, эмпирических коэффициентов и физических констант для воздуха в соответствии с документом «Методика измерений параметров РД-33 серии 2 и 3, РД-33МК, РД-93 и их модификаций при испытании на стенде №2 ПАО «УМПО» (свидетельство об аттестации методики (методов) измерений № 0362/RA.RU.3105691/2017).

Принцип действия ИК параметров вибрации основан на использовании ПИП (вибропреобразователей АВС 132 и АНС 066, акселерометров СА 280), преобразующих виброускорение корпуса двигателя в значения электрического заряда. Сигнал с вибропреобразователей АВС 132 и АНС 066 поступает на вход аппаратуры измерений роторных вибраций СВКА-2 и затем -на вход АЦП. Сигнал с акселерометров СА 280 поступает на вход модуля гальванической развязки GSI-130 и усилителя заряда IPC-704, и затем - на вход АЦП. Цифровой сигнал с выхода АЦП регистрируется ПК, с последующим вычислением параметров вибрации.

Принцип действия ИК расхода (прокачки) масла основан на преобразовании ПИП (ТПР14) расхода масла в частоту электрического сигнала. Электрический частотный сигнал с выхода ПИП поступает на вход модуля нормализации сигналов FL157A, который приводит сигналы к уровню ТТЛ-логики. Эти сигналы преобразуются АЦП в цифровой код, регистрируемый ПК. Расход (прокачка) масла определяется по программе ПК с учетом известной функций преобразования ПИП.

Принцип действия ИК массового расхода топлива основан на использовании расходомер-счетчика массового OPTIMASS 7000, состоящего из первичного преобразователя расхода (сенсора) и электронного преобразователя сигналов (конвертера) MFC 300. Измеряемая среда (топливо), поступающая в сенсор, разделяется на равные половины, протекающие через две сенсорные трубки. Под действием электромагнита сенсорные трубки совершают вынужденные колебания в противоположных друг к другу направлениях. Кориолисовые силы, возникающие при прохождении топлива через сенсорные трубки, вызывают фазовое смещение колебаний противоположных концов трубок, измеряемое с помощью детекторов скорости. Сигналы с детекторов поступают на вход электронного преобразователя, с выхода которого информация об измеренном значении массового расхода топлива поступает по интерфейсу RS-485 в ПК.

Общий вид и внутреннее устройство шкафов ША1 - ША10 с указанием мест пломбировки (МП) от несанкционированного доступа к системе и нанесения знаков утверждения типа (ЗТ) и поверки (ЗП) представлены на рисунках 2 - 11.

Общий вид АРМ1 и АРМ 2 представлен на рисунках 12 и 13.

1 - преобразователи измерительные давления ЗОНД-10; 2 - клеймные соединения (WAGO) Рисунок 2 - Шкаф ША1. Общий вид и внутреннее устройство (вид спереди)

МП

ША-2 ЭТТ

СИ-1/ГТД-30

2

1

1 - преобразователи измерительные давления ЗОНД-10; 2 - клеммные соединения (WAGO) Рисунок 3 - Шкаф ША2. Общий вид и внутреннее устройство (вид спереди)

МП

_ ша-з с^1/ггд-зо

2

4

3

1

1 - контроллеры cRIO-9074; 2 -модули ввода сигнала с термопар cRIO-9214; 3 - цифровые TTL модули ввода NI cRIO-9401; 4 - клеммные соединения (WAGO)

Рисунок 4 - Шкаф ША3. Общий вид и внутреннее устройство (вид спереди и справа)

Лист № 6

1

Всего листов 22

3

2

5

4

10

6

7

8

9

1 - контроллеры cRIO-9074; 2 - контроллеры cRIO-9075; 3 - модули аналогового ±20 мА cRIO-9203; 4 - модули аналогового ввода от ±200 мВ до ±10 В cRIO-9205; 5 - модули аналого-

вого ввода сигналов с резистивных датчиков температуры   cRIO-9217;

6 -мостовой/полумостовой модуль аналогового ввода cRIO-9237; 7 - преобразователи частотных сигналов FL157A-003; 8 - клеммные соединения (WAGO); 9 - сетевой коммутатор EtherWAN EX70980-00B; 10 - цифровой TTL модуль ввода NI cRIO-9401

Рисунок 5 - Шкаф ША4. Общий вид и внутреннее устройство (вид спереди)

1

2

1 - усилители IPC-704 сигнала вибропреобразователя СА-280; 2 - блоки искрозащиты GSI-130;

3 - клеммные соединения (WAGO)

Рисунок 6 - Шкаф ША5. Общий вид и внутреннее устройство (вид спереди)

1

2

3

1 - контроллер cRIO-9075; 2 - модуль аналогового ввода cRIO-9205 ±10В; 3 - клеммные соединения (WAGO)

Рисунок 7 - Шкаф ША6. Общий вид и внутреннее устройство (вид спереди и с тыльной стороны)

1

5

5

2

3

4

1 - источники питания для ПИП - LAMBDA-NNS15-24; 2 - источники питания для контроллеров - NI PS-15; 3 - источники питания для коммутаторов DR-30-24; 4 - источники питания для обогрева приборных шкафов SITOP POWER 20; 5 - клеммные соединения (WAGO)

Рисунок 8 - Шкаф ША7. Общий вид и внутреннее устройство (вид спереди и с тыльной стороны)

1

2

3

4

5

6

7

1 - преобразователь NI ENET-232/2; 2 - машина времени FEI-Zyfer GPStarPlus model 565-21001 Rev. P; 3 - ПК Kraftway Credo KW20; 4 - коммутаторы Cisco SG300-20 SRW2016-K9 V04; 5 - KVM - переключатель ATEM CS1708i; 6 - ПК Arbyte CADStation; 7 - ИБП PowerCom

SMK-2000A RM

Рисунок 9 - Шкаф ША8. Общий вид и внутреннее устройство (вид спереди и с тыльной стороны)

1 - ПК Kraftway Credo KW24; 2 - ПК Kraftway Credo KW20; 3 - коммутатор Cisco SG300-20 SRW2016-K9 V04; 4 - ИБП PowerCom SMK-2000A RM

Рисунок 10 - Шкаф ША9. Общий вид и внутреннее устройство (вид спереди и с тыльной стороны)

7

6

1

2

3

4

5

9

8

1 - ПК Kraftway Credo KW20; 2 - шасси NI PXI-1042 (ИК виброконтроля Т-4); 3 - контроллер NI PXI-8360; 4 - модули для виброакустических измерений NI PXI-4472; 5 - модуль для виброакустических измерений NI PXI-4472B; 6 - коммутатор Cisco SG300-20 SRW2016-K9 V04; 7 - аппаратура измерения вибраций СВКА-2М-3; 8 - ИБП PowerCom SMK-2000A RM; 9 - шасси NI PXI-1042 (ИК виброконтроля Т-3)

Рисунок 11 - Шкаф ША10. Общий вид и внутреннее устройство (вид спереди и с тыльной стороны)

Рисунок 12 - Помещение пультовой АРМ1. Общий вид

Рисунок 13 - Помещение комнаты измерений АРМ2. Общий вид

Программное обеспечение

Программное обеспечение (далее - ПО) системы состоит из системного (основного) и прикладного (вспомогательного).

Системное ПО предназначено для создания среды функционирования комплекса технических средств и реализации требований, предъявляемых к метрологическому, информационному и математическому обеспечению и обеспечения обмена информацией между задачами системы измерительной.

Системное ПО работает под управлением многозадачной операционной системы «Windows 7» и многозадачной операционной системы реального времени «LabVIEW RT»

Прикладное ПО позволяет создавать СИ графические формы индикации параметров, задачи отображения, оценки и обработки параметров расчета переходных режимов, сохранения информации об испытаниях в архивах данных, слежения за аварийными значениями параметров, формирования печатного протокола.

К прикладному ПО относятся: среда разработки виртуальных приборов «LabVIEW 15.1 PDS» (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench); язык программирования «LabWindosw CVI»; пакет программ «Microsoft Office».

Метрологически значимая часть ПО системы и измеренные данные защищены с помощью специальных средств защиты от преднамеренных изменений. Уровень защиты программного обеспечения от непреднамеренных и преднамеренных изменений соответствует уровню «высокий» в соответствии с Р 50.2.077-2014.

Идентификационные данные (признаки) метрологически значимой части ПО указаны в таблице 1. Алгоритм вычисления идентификатора ПО - MD5.

Таблица 1 - Идентификационные данные ПО

Окончание таблицы 1

Технические характеристики

Таблица 2 - Состав и метрологические характеристики ИК системы, включающих ПИП и вторичную часть ИК

Продолжение таблицы 2

Продолжение                                                таблицы                                                2

Продолжение таблицы 2

Окончание таблицы 2

1) у от ВП — приведенная к верхнему пределу (ВП) измерений погрешность;

2) Л - абсолютная погрешность;

3) 6 - относительная от измеряемой величины (ИВ) погрешность. Для ИК температуры воздуха- ИВ в К;

4) ПИП и вторичная часть приведены из состава: ИК давления воздуха; ИК температуры воздуха

Допускается применять ПИП утвержденного типа, отличающиеся от указанных в таблице 2, имеющие аналогичные или лучшие метрологические характеристики.

Таблица 3 - Состав и метрологические характеристики ИК системы с входными электрическими сигналами от ПИП

Окончание таблицы 3

Таблица 4 - Технические характеристики системы

Знак утверждения типа

наносится на титульный лист руководства по эксплуатации и в виде наклейки на лицевую панель шкафов ША1 - ША10.

Комплектность

Таблица 5 - Комплектность системы

Окончание таблицы 5

Сведения о методах измерений

приведены в документе - 521.30.004.00 МИ «Параметры изделий 30, 117, 96, 99, 39, их модификаций и перспективных изделий при стендовых испытаниях. Методика измерений».

Нормативные документы

ГОСТ 14014-91 Приборы и преобразователи измерительные цифровые напряжения, тока, сопротивления. Общие технические требования и методы испытаний

ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие техни

ческие условия

ГОСТ 8.027-2001 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений постоянного электрического напряжения и электродвижущей силы

ГОСТ 8.187-76 ГСИ. Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений разности давлений в диапазоне до 4 104 Па

ГОСТ 8.558- 2009 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений температуры

ГОСТ 8.640-2014 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений силы

Приказ Росстандарта от 7 февраля 2018 года № 256 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений объемного и массового расходов газа»

Приказ Росстандарта от 29 декабря 2018 года № 2825 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений массы и объема жидкости в потоке, объема жидкости и вместимости при статических измерениях, массового и объемного расходов жидкости»

Приказ Росстандарта от 31 июля 2018 года № 1621 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений времени и частоты»

Приказ Росстандарта от 01 октября 2018 года № 2091 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений силы постоянного электрического тока в диапазоне от 1-10-16 до 100 А»

Приказ Росстандарта от 15 февраля 2016 года № 146 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений электрического сопротивления»

Приказ Росстандарта от 27 декабря 2018 года № 2772 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений виброперемещения, виброскорости, виброускорения и углового ускорения»

Приказ Росстандарта от 29 июня 2018 года № 1339 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений избыточного давления до 4000 МПа»

Приказ Росстандарта от 06 декабря 2019 года № 2900 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений абсолютного давления от 1-10’1 до 1-107 Па»

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

ОСТ1 02716-91 «Системы силоизмерительные многокомпонентные испытательных стендов авиационных ГТ Д. Общие требования»

ОСТ 1 02555-85 «Система измерения расхода воздуха с коллектором на входе авиационных ГТД при стендовых испытаниях. Общие требования»