周子明 張煒 王曉東

(長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)教務(wù)處1,吉林 長(zhǎng)春 130012;長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院2,吉林 長(zhǎng)春 130012;長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心3,吉林 長(zhǎng)春 130012)

一種車(chē)用溫度傳感器自動(dòng)校驗(yàn)檢測(cè)平臺(tái)的研制

周子明1張煒2王曉東3

(長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)教務(wù)處1,吉林 長(zhǎng)春 130012;長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院2,吉林 長(zhǎng)春 130012;長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練中心3,吉林 長(zhǎng)春 130012)

車(chē)用溫度傳感器在制造完成后的校驗(yàn)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的過(guò)程,通常由人工完成。為了提高傳感器在制造完成后校驗(yàn)的準(zhǔn)確性和檢測(cè)速度,設(shè)計(jì)了一種車(chē)用溫度傳感器自動(dòng)校驗(yàn)檢測(cè)平臺(tái)。該檢測(cè)平臺(tái)以可編程控制器(PLC)作為控制單元,采用萬(wàn)用表卡和高阻儀分別對(duì)傳感器的電阻和內(nèi)部端子與外殼的絕緣性進(jìn)行檢測(cè)。試驗(yàn)結(jié)果表明,相比傳統(tǒng)的校驗(yàn)方式,該檢測(cè)平臺(tái)不再受檢測(cè)時(shí)間和檢測(cè)環(huán)境溫度不均的影響,減少了人為干擾的影響,提高了檢測(cè)精度和檢測(cè)效率。同時(shí),該平臺(tái)經(jīng)過(guò)部分改進(jìn)還可用于其他類型傳感器的檢測(cè),裝置的通用性較好。

車(chē)用溫度傳感器 檢測(cè)平臺(tái) 可編程控制器 高阻儀 PLC

0 引言

在現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的電控燃油噴射系統(tǒng)中,電控單元(electronic control unit,ECU)為了精確計(jì)算噴油量,需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)及外部環(huán)境的溫度信息。目前,作為溫度測(cè)量元件主調(diào)節(jié)器的溫度傳感器得到了廣泛的應(yīng)用[1]。車(chē)用溫度傳感器屬于熱敏電阻式傳感器,其熱敏電阻值會(huì)隨著外部溫度的變化而相應(yīng)發(fā)生變化,從而達(dá)到測(cè)量溫度的目的[2-3]。以往對(duì)溫度傳感器的校驗(yàn)檢測(cè)方法主要以水檢法為主,即將溫度傳感器放置在不同水溫環(huán)境下,同時(shí)用萬(wàn)用表測(cè)量不同水溫條件下傳感器兩端子間的電阻值,然后將測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較,完成校驗(yàn)。該方法測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng),且水溫的均勻控制比較困難,在實(shí)際生產(chǎn)中不能滿足要求[4]。為克服水檢法測(cè)量中存在的問(wèn)題,提高生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率以及測(cè)量精度,本文設(shè)計(jì)了一種車(chē)用溫度傳感器自動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)。

試驗(yàn)結(jié)果表明,該平臺(tái)能夠完成車(chē)用溫度傳感器的自動(dòng)化檢測(cè),檢測(cè)精度高、周期短,能夠滿足當(dāng)前的生產(chǎn)線要求。

1 測(cè)試原理介紹

根據(jù)國(guó)家相關(guān)法規(guī)規(guī)定,溫度傳感器的額定零功率電阻值是溫度傳感器的一項(xiàng)重要指標(biāo)。熱敏電阻式傳感器在基準(zhǔn)溫度25℃時(shí)測(cè)得的電阻值(R25)就是傳感器的標(biāo)稱電阻值,即額定零功率電阻值,通常所說(shuō)的熱敏電阻阻值亦指該值。本檢測(cè)平臺(tái)主要用于傳感器額定零功率電阻值的測(cè)量,此外還對(duì)傳感器內(nèi)部端子與外殼絕緣度進(jìn)行檢測(cè)。

檢測(cè)分兩道工序。首先為低溫檢測(cè),即在溫度25℃時(shí)檢測(cè)傳感器的阻值以及內(nèi)部端子與外殼的絕緣度,分別用萬(wàn)用表卡和高阻儀測(cè)定,采集后與其標(biāo)稱阻值進(jìn)行比較,判斷其是否合格,此為初次測(cè)試。第二道工序?yàn)楦邷貦z測(cè),即在環(huán)境溫度90℃時(shí)再次檢測(cè)傳感器的阻值,然后與該溫度環(huán)境下的實(shí)際設(shè)計(jì)要求值進(jìn)行比較,再次確定傳感器是否合格。溫度傳感器的檢測(cè)原理如圖1所示。

圖1 檢測(cè)原理圖Fig.1 Detection principle

為了保證檢測(cè)過(guò)程中環(huán)境溫度恒定,設(shè)計(jì)了恒溫檢測(cè)室。該室能夠提供檢測(cè)時(shí)所需要的溫度。恒溫檢測(cè)室是根據(jù)溫度傳感器的外形尺寸設(shè)計(jì),體積較小,從而能夠保證在加熱過(guò)程中檢測(cè)室內(nèi)的溫度均勻,防止局部受熱。

恒溫檢測(cè)室采用風(fēng)機(jī)吹動(dòng)加熱絲,通過(guò)送熱管將熱量送進(jìn)恒溫檢測(cè)室。檢測(cè)室的溫度通過(guò)溫度控制器來(lái)控制,底部的Pt100熱電偶傳感器為溫度控制器提供恒溫檢測(cè)室內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度。當(dāng)內(nèi)部溫度高于或低于設(shè)定溫度時(shí),溫度控制器會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)或者導(dǎo)通加熱器,精度可以控制在±0.5 K范圍內(nèi),滿足檢測(cè)要求的溫度。當(dāng)將溫度傳感器放在恒溫檢測(cè)室時(shí),會(huì)使堵風(fēng)門(mén)下降,同時(shí)壓簧將傳感器固定;待檢測(cè)完成取出傳感器,堵風(fēng)門(mén)又會(huì)在扭簧的作用下回歸原位,防止熱量的過(guò)度散發(fā),保證了恒溫檢測(cè)室內(nèi)溫度的穩(wěn)定。

2 檢測(cè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

檢測(cè)臺(tái)需要3個(gè)工位,前兩個(gè)工位用于檢測(cè)傳感器阻值大小和端子與外殼絕緣與否,第三個(gè)工位用于打標(biāo)噴碼。將3個(gè)工位沿水平方向線性布置在工作臺(tái)上。橫向傳動(dòng)裝置通過(guò)氣動(dòng)滑臺(tái)完成,縱向?qū)蜓b置由氣缸帶動(dòng)被測(cè)件上下運(yùn)動(dòng)。工件的夾取由擺動(dòng)氣爪執(zhí)行,被測(cè)傳感器分別通過(guò)上述3個(gè)工位與測(cè)量單元接觸,從而完成測(cè)量任務(wù)。為了保證機(jī)架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度,主體框架采用重型鋁型材為機(jī)架材料,并且鋁型材中縫鑲塑料條。臺(tái)面板采用12 mm厚的鋼板,表面進(jìn)行防腐處理,周邊倒角。

檢測(cè)時(shí),首先將溫度傳感器放在工件輸送機(jī)構(gòu)的傳送帶上,此時(shí)單片機(jī)會(huì)發(fā)出信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器,步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行動(dòng)作。傳送帶在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下將傳感器輸送到第一個(gè)檢測(cè)工位——低溫檢測(cè)。然后,檢測(cè)機(jī)構(gòu)的縱向氣缸向下運(yùn)行,氣缸下端的探針與溫度傳感器的端子接觸,使預(yù)設(shè)電路與被測(cè)件接通并開(kāi)始檢測(cè)記錄數(shù)據(jù)。低溫檢測(cè)完成后氣缸向上運(yùn)動(dòng),同時(shí)擺動(dòng)氣爪夾取工件,橫向氣動(dòng)滑臺(tái)運(yùn)行將被測(cè)件輸送到下一個(gè)工位——高溫檢測(cè),其檢測(cè)過(guò)程和低溫檢測(cè)相同。低溫檢測(cè)和高溫檢測(cè)完成后,被測(cè)件被送到打標(biāo)機(jī)構(gòu),傳感器的型號(hào)以及各種參數(shù)在此工位被打印出來(lái)并粘貼在傳感器表面上。工件的夾取也是由擺動(dòng)氣爪來(lái)完成,至此工件檢測(cè)完成[5]。

檢測(cè)平臺(tái)電控單元采用西門(mén)子S7-300 PLC,利用臺(tái)達(dá)觸摸屏作為人機(jī)交互界面。通過(guò)各種開(kāi)關(guān)以及接近傳感器監(jiān)測(cè)氣缸與氣動(dòng)滑臺(tái)的動(dòng)作,將信號(hào)傳送給PLC[6-7]。PLC會(huì)根據(jù)信號(hào)做出判斷,然后通過(guò)控制電磁閥的得電與失電來(lái)控制氣缸與氣動(dòng)滑臺(tái)的動(dòng)作[8]。最后,檢測(cè)結(jié)果會(huì)在控制面板上顯示出來(lái)。控制面板上設(shè)有配置、復(fù)位等按鈕,能夠?qū)z測(cè)過(guò)程進(jìn)行各種設(shè)置。

通過(guò)控制面板,用戶能夠清楚地觀察到每次檢測(cè)的結(jié)果。其中,配置按鈕可以設(shè)置被測(cè)件的名稱及各種參數(shù)。檔案按鈕可以將保存好的檢測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)取出來(lái)。復(fù)位按鈕是在遇到危險(xiǎn)或動(dòng)作錯(cuò)誤時(shí)可以利用此按鍵將所有儀器復(fù)位到處事?tīng)顟B(tài)。人機(jī)交互界面簡(jiǎn)單,直觀,所有操作完全用鼠標(biāo)點(diǎn)擊就可以完成。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證及分析

為了驗(yàn)證檢測(cè)平臺(tái)是否達(dá)到設(shè)計(jì)的性能要求,本文通過(guò)5WY3177A車(chē)用熱敏電阻式溫度傳感器進(jìn)行測(cè)試,并且與利用傳統(tǒng)檢測(cè)方法得到的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。本檢測(cè)平臺(tái)在大規(guī)模生產(chǎn)流水線的單件檢測(cè)時(shí)間≤15 s,其中溫度傳感器在檢測(cè)臺(tái)上的運(yùn)動(dòng)時(shí)間≤4 s,低溫檢測(cè)時(shí)間≤3 s,高溫檢測(cè)時(shí)間≤6 s,打標(biāo)時(shí)間≤2 s。采用該檢測(cè)平臺(tái)對(duì)5WY3177A溫度傳感器進(jìn)行20次重復(fù)測(cè)試的結(jié)果如表1所示。

從表1中數(shù)據(jù)可知,溫度傳感器在不同溫度下的電阻值符合設(shè)計(jì)要求,即傳感器是合格的;同時(shí),測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差值經(jīng)計(jì)算＜1%,表明該驗(yàn)證校驗(yàn)檢測(cè)平臺(tái)的測(cè)量數(shù)據(jù)可靠。為了比較采用不同檢測(cè)方法得到的測(cè)量結(jié)果,本文還對(duì)溫度傳感器采用傳統(tǒng)檢測(cè)方法即水檢法[6]進(jìn)行檢測(cè),并將檢測(cè)結(jié)果和利用本檢測(cè)平臺(tái)得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。采用水檢法得到的測(cè)量結(jié)果如表2所示。

表1 5WY3177A溫度傳感器20次重復(fù)測(cè)試檢測(cè)結(jié)果Tab.1 20 of repeat test results of 5WY3177A temperature sensor

表2 水檢法檢測(cè)結(jié)果Tab.2 Test results of water inspection method

從表2測(cè)量結(jié)果可以看出,第3、4、8次的測(cè)量結(jié)果與其他測(cè)量結(jié)果偏差較大,說(shuō)明測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)誤。由此可知,利用水檢法測(cè)量的結(jié)果受人為因素干擾較大,易出現(xiàn)錯(cuò)檢。這主要是由于水檢法中將水加熱到檢測(cè)溫度需要時(shí)間較長(zhǎng),且無(wú)法保證把溫度精確控制在檢測(cè)溫度要求范圍內(nèi),從而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)誤。這說(shuō)明傳統(tǒng)的檢測(cè)方法存在弊端。

采用本檢測(cè)平臺(tái)與國(guó)內(nèi)、外檢測(cè)方法的對(duì)比情況如表3所示。

表3 檢測(cè)平臺(tái)對(duì)比Tab.3 Inter-comparison of the detection platform

根據(jù)表3中數(shù)據(jù)可知,應(yīng)用本檢測(cè)臺(tái)的測(cè)試速度為15 s/件,比傳統(tǒng)檢測(cè)方法提高了3倍以上,并達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。此外,本檢測(cè)臺(tái)采用PLC自動(dòng)控制,利用NI萬(wàn)用表卡采集數(shù)據(jù),檢測(cè)過(guò)程中避免了人為干預(yù)的影響,提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種可以滿足生產(chǎn)線檢測(cè)要求的冷卻液溫度傳感器自動(dòng)校驗(yàn)檢測(cè)平臺(tái)。試驗(yàn)結(jié)果表明,該平臺(tái)能夠解決以往傳統(tǒng)檢測(cè)方法中的不足,有效提高校驗(yàn)的準(zhǔn)確性以及校驗(yàn)速度。同時(shí),該平臺(tái)經(jīng)過(guò)一定的改進(jìn),還可以用來(lái)對(duì)其他類型的溫度傳感器進(jìn)行檢測(cè),具有較廣的應(yīng)用范圍和較高的實(shí)用性。

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Research and Development of the Automatic Calibration and Detection Platform for Vehicle Temperature Sensor

Calibration after completion of manufacturing of vehicle temperature sensors is a very complicated process,normally it is manually done.In order to improve the accuracy and speed of such calibration,the automatic calibration and detection platform for vehicle temperature sensors has been designed.The detection platform is constructed with programmable logic controller(PLC)as the control unit,by using digital multi-meter(DMM)card and high resistance meter,the resistance of the sensor and the insulation between internal terminals and the shell are tested respectively.The experimental results show that comparing with traditional detection mode,this detection platform is no longer affected by the temperature of detection time or detection environment;and reduces the impact of human disturbance;thus the detection accuracy and efficiency are enhanced.In addition,other types of sensors can also be detected by partially modifying the platform.

Vehicle temperature sensor Detection platform Programmable logic controller High resistance meter PLC

TP273

A

吉林省教育廳科研基金資助項(xiàng)目(編號(hào):吉教科合字2013435)。

修改稿收到日期:2014-03-14。

周子明(1980-),女,2004年畢業(yè)于長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè),獲學(xué)士學(xué)位,助理研究員;主要從事機(jī)電檢測(cè)及控制的研究。