船用压力、温度和液位传感器检测标定方舱的方案设计

张晓东 秦晓勇 黎 南

1海军工程大学科研部，湖北武汉 430033

2海军工程大学 船 舶与动力学院，湖北 武 汉 430033

3海军驻绵州地区军事代表室，辽宁 绵 州 121000

船用压力、温度和液位传感器检测标定方舱的方案设计

张晓东1秦晓勇2黎 南3

1海军工程大学科研部，湖北武汉 430033

2海军工程大学 船 舶与动力学院，湖北 武 汉 430033

3海军驻绵州地区军事代表室，辽宁 绵 州 121000

船舶动力装置中传感器类设备工作条件恶劣，易引起其自身特性发生变化甚至出现故障。为满足该类设备的维修保障要求，提出了在大型维修船舶上建立该类设备的试验与检测方舱的新设想。根据传感器类设备的工作特点和船舶的载运条件，提出了用于该类设备维修的船载方舱的基本要求，给出了该维修方舱的总体设计方案，并对压力、温度和液位类传感器核心部分标定测试台提出了初步的设计方案。所提出的要求和制定的初步设计方案可用于指导传感器类设备船载方舱的初步设计。

方舱；船用传感器；检测标定；船舶维修

1 引言

随着现代军事科技的迅猛发展，各国海军舰船维修技术的保障力量都朝着由岸基、后方维修保障向靠前、海上和机动维修保障的方向转变，提高战场伴随维修保障能力成为现代海战中恢复舰艇战斗力，及时处理舰艇严重损伤，确保舰艇生命力的重要措施。机动维修组合方舱作为建立海上机动维修技术保障力量的有效手段，可以在战时将其安装于征用的民用集装箱船上，形成海上机动保障的大型维修船，对海上编队进行海上中继级维修保障和战时抢修［1-2］。

现代舰船的船机电设备中安装有大量的压力、温度和液位类传感器，它们在装备的正常使用、状态监测、故障诊断、自动控制和安全报警等方面发挥着巨大作用。考虑到战损和传感器自身工作条件较差易引起其自身特性发生变化甚至出现故障等因素，应在大型维修舰船上建立传感器类设备的试验与检测方舱，以此对各类型传感器及备件进行校验和标定，满足战时的维修保障要求［3-4］。

2 对维修方舱的基本要求

根据船舶的载运条件和传感器类设备的特点，用于传感器类设备试验与检测的船载方舱应满足以下基本要求：1）方舱重量轻、整体强度高，具有一定的保温、隔热和密封性能；2）方舱及其内部设备应尽量满足“三化”方面的要求，即标准化、模块化、组合化要求；4）方舱内各类传感器标定测试台满足方舱载运和工作环境要求；5）方舱中各类传感器标定测试台必须能同时作业，不能相互影响，确保方舱的高效运作；6）方舱中各类传感器标定测试台性能稳定、工作可靠，精度和测量范围等级满足传感器的标定需求，接口部件形状和尺寸能够满足安装连接要求，随机安装的测试信息管理系统操作简单、界面友好；7）方舱和外部的接口应满足通用化要求；8）方舱内设备或工具必须视情考虑备用配置，以防个别设备的故障导致方舱某种功能的丧失；9）方舱的废弃物由所在船上的废物处理设备处理，方舱不再考虑废物处理问题；10）方舱具有一定的电磁屏蔽能力；11）方舱应尽可能提高内部各功能单元布局的合理性，重视人、机和环境三者之间的协调，强调色彩的应用，使作业在效率、安全、健康、舒适等几个方面的特性得以提高；12）方舱的安装、装卸应符合船载条件要求，必要时，方舱也能满足卡车载运方式进行陆上机动作业。

3 维修方舱的设计方案

方舱基本构架可采用国际军队保障车辆中广泛应用的军用铝合金聚氨酯夹层大板［5］或民用大型集装箱，外型尺寸和内部尺寸依内部工作台面和所需工作空间而定［6］。根据舰用压力、温度和液位类传感器的型号、工作特性以及常发故障，建立压力、温度、液位类传感器的标定测试维修台，研制相应的接口部件和开发相应的信息管理系统，完成三类传感器的战时维修和标定。

各标定测试台的设计思路如下：分析压力、温度和液位类传感器的工作特性；确定压力、温度、液位传感器标定系统的精度等级和测量范围；分析方舱工作环境（温度、湿度、振动和工作空间等）对标定测试系统的要求；选购或研制各类传感器标定系统；分析各类传感器的接口特性；进行标定测试台接口装置的设计、加工。

各类传感器标定测试台中的核心部分——标定系统是通用计量装置，必须由国家认可的专门单位进行生产，在此可通过选型论证进行选购。根据国内外分析仪器进展情况［7］和压力［8］、温度［9］和液位类传感器的不同标定方法［10-12］，可建立如图1所示的各类传感器标定测试台。

3.1 压力类传感器标定测试系统设计

压力类传感器标定测试系统由压力源 （包括气压真空泵和液体高压泵）通过三通管分出两路，一路连接被校压力传感器、变送器和压力表，一路连接多功能校验仪的内部压力模块。被校压力传感器输出的压力值和多功能校验仪内部压力模块输出的压力值，都在校验仪器的主模块上显示，实现对比校准。

对压力类仪表来说，测量精度一般为1%，根据国家计量器具检定规程，其校验仪表的精度至少应为0.2%，而压力类传感器、变送器的精度一般0.2%，其校验仪表的精度至少应为0.05%。综合考虑以上情况，并考虑到将来测量仪表的发展，可选用芬兰BEAMAX公司MSC100－MCP5设备作为压力标定测试平台。该标定系统可在500 mm×1 500 mm的工作台上展开工作，并可在较大的范围内保证测量的准确性和可靠性，同时还具有可扩展性。

3.2 温度类传感器标定测试系统设计

温度类传感器标定测试系统由校验炉作为温度源，被校温度传感器和精密测温电阻同时置于校验炉。被校温度传感器输出的温度值和精密测温电阻输出的温度值，都在校验仪器的主模块上显示，实现对比校准。

由于温度信号特有的迟滞性，校验一支温度传感器通常需要1～2 h。为降低劳动强度，提高工作效率，可选用具备同时校定8路热电偶和8路热电阻的英国ISOTECH公司ISO1060型全自动校验系统。该系统可自动升温、降温和恒温，自动测量及自动存储测量数据，实时观看温度设定点、标准温度、测量时间、升降温曲线以及其它所需数据，自动或按需保存测量结果或打印固定格式报告。该系统需要500 mm×1 500 mm的工作平台和单独的干体炉工作间（干体炉尺寸长500 mm×宽500 mm×高600 mm），工作间面积最小为1.8 m2。

3.3 液位类传感器标定测试系统设计

液位类传感器标定测试系统由液位模拟装置作为液位源，被校液位传感器和精密流量计与水位计同时测量液位模拟装置的液位。被校液位传感器输出的液位值和精密水位计输出的液位值，都在校验测试诊断系统的主模块上显示，实现对比校准。该测试系统可利用专用测量分析软件、硬件开发平台进行研发，选用美国国家仪器公司Labview虚拟仪器软件作为液位传感器标定测试系统的研发平台。接口箱的研制应采用集成、通用型的器件，提高标定系统的可靠性和维护的方便性。

3.4 测试信息管理系统设计

在压力、温度和液位传感器标定测试系统的基础上，应建立统一管理这些测试系统的信息管理系统，该系统应包括以下主要功能：1）对压力标定测试提供校验报告；2）对测试的各类传感器型号、性能参数、所在系统或设备、布置舱室、测试结果、维修状态等信息进行计算机管理。该系统由输入模块、处理模块和输出模块组成，输入模块由人机对话方式，输入有关传感器和测试的信息；处理模块由内部程序完成；输出模块则输出所需的报表并接受查询。

3.5 标定测试台接口部件

该接口部件主要满足各类传感器和仪器与标定测试台的连接需要，结构采用普通的螺纹连接方式，加工制造较为简单，待各标定系统购置后结合各类仪器传感器接口再进行设计加工。

4 结束语

船载维修方舱可提高装备的战时维修保障水平，具有重要的军事意义。本文从技术设计层面对用于传感器类设备试验与检测的船载方舱的基本要求和总体设计方案进行了探讨，并给出了压力、温度、液位类传感器标定测试系统和测试信息管理系统的基本设计方案。所提出的要求和制定的初步设计方案可用于指导传感器类设备船载方舱的设计。

［1］蔡一轮，浦金云，陈晓洪.模块化设计思想在战时民船征用改造成维修保障船中的应用 ［J］.军械工程学院学报，2004，16（3）： 44～49.

［2］李祖民，夏志澜.船舶海上机动维修的研究［J］.江苏船舶，2002，19（5）：36-37.

［3］ZIO E.Reliability enginerring：old problems and new challenges［J］.Reliability Engineering ＆ System Safety，2009，94（2）：125-141.

［4］宋太亮.舰船装备保障性工程研究［J］.中国舰船研究，2006，1（1）：9-12.

［5］孔令彬，林冬梅.军用铝合金聚氨酯夹层大板方舱的研制［J］.山东冶金，2003，25（4）：50-52.

［6］陈守国.军用方舱运输平台通用化设计［J］.电子机械工程，2003，19（2）：34-36.

［7］王森.在线分析仪器技术进展、市场前景、存在问题及建议［J］.中国仪器仪表，2009（2）：26-30.

［8］张鑫，郭清南，李学磊.压力传感器研究现状及发展趋势［J］.电机电器技术，2004（4）：28-29.

［9］任玲，黄凤良.温度传感器动态特性研究方法分析及展望［J］.仪表技术，2007（2）：50-52.

［10］张东青，王巍，田民.基于PLC的自动压力标定系统［J］.自动化技术与应用，2007，26（6）：106-108.

［11］王新元，程瑞端，沈炳耘，李时冬.多路温度采集系统的标定与数据分析 ［J］.仪器仪表与分析监测，2006（4）：26-28.

［12］范福玲，韩建勋.基于Labview的压电速度传感器性能与分析测试系统［J］.仪表技术与传感器，2009（1）：21-22.

Preliminary Design of Testing Calibration Shelter Using Marine Sensors of Pressure，Thermal and Liquid-Level

Zhang Xiao－dong1 Qin Xiao－yong2 Li Nan3
1 Office of Research and Development， Naval University of Engineering， Wuhan 430033， China
2 College of Naval Architecture and Power，Naval University of Engineering， Wuhan 430033， China
3 Military Representative Office in Jinzhou District， Jinzhou 121000， China

Sensor units of marine power plant are subject to either change of inherent characteristics or functional failure under adverse working conditions.This paper presents a new approach to building up testing calibration shelter for sensor units in a large－sized maintenance ＆ repair ship for purpose of maintenance and logistic support.According to the features of sensor units and the loading conditions on board the ship， basic requirements for maintenance by the shelter are put forward.The general design scheme is given and the preliminary design scheme of key component，known as sensor calibration test board for testing pressure， thermal and liquid level etc， are presented.The results may be used as guide for preliminary design of similar shelter onboard the ship.

shelter； marine sensor； testing calibration； ship maintenance

U664.8；TH86

A

1673－3185（2010）06－84－03

10.3969/j.issn.1673-3185.2010.06.017

2009－10-15

张晓东（1969－），男，副教授。研究方向：船舶机电设备热力性能分析和设备状态监测。E-mail：in＿your＿eyes＠ tom.com

秦晓勇（1978－），男，副教授。研究方向：船舶机电设备热力性能分析和设备状态监测。E-mail：qinxy2002＠ hotmail.com