PT泵的微機測試系統(tǒng)的設(shè)計

1 引言
    柴油機燃油噴射系統(tǒng)的特性直接影響著柴油機的工作過程和性能指標，是柴油機改善排放、降低油耗和提高性能的關(guān)鍵部件。噴油泵試驗臺是油泵油嘴開發(fā)和調(diào)試的主要設(shè)備，柴油機的日益廣泛應(yīng)用和油泵油嘴技術(shù)的不斷改進，對油泵試驗臺提出了新的要求。采用傳感器及微計算機數(shù)據(jù)采集技術(shù)對泵壓、嘴壓、針閥升程和噴油量等參數(shù)進行連續(xù)快速測量已成為油泵試驗臺的發(fā)展趨勢。目前已有一些PT泵測試平臺，但因其功能不夠完善，智能化和自動化程度還有待于進一步提高。本文提出一種基于微機的智能化測試系統(tǒng)。為快速、準確檢測PT泵參數(shù)提供一種新的平臺。

2 PT泵測試系統(tǒng)硬件設(shè)計
    PT燃油泵自動測試系統(tǒng)按照燃油泵測試工藝和工序設(shè)計，它能檢測PT泵的燃油流量、油溫、泵的轉(zhuǎn)速、泵壓力等，并能進行自動測試和保存記錄，可自動測試多種型號燃油泵。
2．1 測試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
    測試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由單片機、流量檢測、壓力檢測、轉(zhuǎn)速檢測、測試檢測、顯示器、按鍵、RS232通訊等電路組成。單片機采用STC12C5410AD，該器件為C51內(nèi)核。具有10位A／D轉(zhuǎn)換器等。流量檢測包括流量傳感器和信號調(diào)理電路，壓力檢測包括壓力傳感器和信號調(diào)理電路，轉(zhuǎn)速檢測采用開關(guān)霍爾傳感器，測試檢測采用數(shù)字溫度傳感器DS18820。

2．2 流量檢測
    流量檢測采用差壓式液體流量計，其中差壓壓力傳感器采用26PCBFA6D,差壓壓力量程為0~5 psi(0~34．445 kPa)，其內(nèi)部是由4個電阻構(gòu)成的惠斯登電橋，主要作用是將差力轉(zhuǎn)換為電壓。調(diào)理電路采用INA128器件，電路原理如圖2所示。

    流量檢測裝置將流量大小轉(zhuǎn)換為壓力差，壓力差經(jīng)差壓傳感器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，由調(diào)理電路放大后得到0～5 V的電壓，調(diào)理電路輸出的直流電壓(0~5 V)傳送給STC12C5410AD的A／D采集口，通過軟件控制，由微處理器對器件內(nèi)部進行處理，轉(zhuǎn)換為流量數(shù)據(jù)，如下式所示：
   
2．3 壓力檢測
    壓力檢測采用壓力式傳感器，其型號為26PCFFA6G，該傳感器原理同26PCBFA6D，其壓力范圍為0～100 psi(即0～688．9 kPa)，壓力傳感器所輸出電壓為：
   
    式中，P是壓力傳感器所受到的壓力，k1是壓力傳感器輪換系數(shù)。
    為提高傳感器的靈敏度，采用一個儀表放大電路如圖2所示。圖中使R1=R2=R3=R4=Rs=R6，放大電路的輸入端接壓力傳感器的輸出，其輸出接一個10位的A／D轉(zhuǎn)換器。放大電路的增益可用式(3)表示：
    A
式中，Av是放大電路增益。
    所以有：
    
    式(4)中，令k=Avk1，因此，Vo=KP，Vo是放大電路輸出電壓。直流電壓信號送單片機進行采集，由軟件換算壓力數(shù)據(jù)。
2．4 溫度與轉(zhuǎn)速檢測
    該部分電路如圖3所示，溫度檢測采用數(shù)字溫度傳感器DS18820，其引腳1、2、3分別為接地、數(shù)據(jù)線和電源。數(shù)據(jù)線與單片機的I／O口P3．2相接，利用軟件模擬時序采集溫度數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)速檢測采用開關(guān)霍爾傳感器UGN314J4，其引腳1、2、3分別為電源、地線和輸出。在胛泵驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)輪上粘上一磁鋼，開關(guān)霍爾元件將磁信號轉(zhuǎn)換為脈沖，泵每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生一個脈沖；該脈沖送到單片機計數(shù)器輸入接口P3．4口，由單片機的硬件定時／計數(shù)器進行計數(shù)，由軟件完成轉(zhuǎn)速計算。

3 PT泵測試系統(tǒng)軟件設(shè)計
    微處理器完成對流量、壓力、溫度和轉(zhuǎn)速的采集后．通過軟件程序?qū)λ杉臄?shù)據(jù)進行換算處理并送至顯示器顯示和CPU內(nèi)部自帶的E2PROM進行保存。軟件程序分為主程序和中斷程序，主程序主要完成定時器和中斷初始化，流量、壓力、溫度的采集，數(shù)據(jù)處理，按鍵和顯示，定時器T0設(shè)定為計數(shù)功能，T1設(shè)定為定時中斷功能，主要用于完成轉(zhuǎn)速測試。定時器T1中斷程序負責計數(shù)10 s，每10 s讀取T0的計數(shù)值進行轉(zhuǎn)速計算，之后對T0的計數(shù)器清零。下面只介紹主程序和定時中斷程序的軟件流程，如圖4所示。

4 實驗測試
    對所設(shè)計流量傳感器和壓力傳感器標定，對PT泵測試系統(tǒng)進行性能測試，測試結(jié)果為流量傳感器量程范圍為50．0~300．0 mL/s，誤差在±3．0％以內(nèi)；壓力量程為0~688．9 kPa，誤差為±0．5％；溫度范圍在-55℃~125℃，誤差為±0．5℃；轉(zhuǎn)速誤差為±0．15％。以上結(jié)果表明，該測試系統(tǒng)能夠測量PT泵的各項參數(shù)。

5 結(jié)論
    本文創(chuàng)新之處在于為PT泵設(shè)計一種基于微機的自動測試系統(tǒng)，實現(xiàn)流量、壓力、轉(zhuǎn)速和油溫的全數(shù)字化和自動化測試，并具有燃油流量檢測、油泵壓力檢測、油溫檢測、轉(zhuǎn)速檢測等功能，根據(jù)需要可開發(fā)與PC機的通訊功能，實現(xiàn)個人電腦監(jiān)控管理測試系統(tǒng)。由于受傳感器的限制，本系統(tǒng)的流量、壓力和溫度有一定測量范圍，使用時應(yīng)注意。本系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，為PT泵自動檢測提供了一種較理想的測試平臺。