CN107543668A - 一种基于差压法的电空阀气密性检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于差压法的电空阀气密性检测系统，包括电空阀检测夹具单元、检测气动回路单元和系统控制电路单元；所述检测气动回路单元连接电空阀检测夹具单元；所述系统控制电路单元连接检测气动回路单元。本发明的系统以MSP430为控制核心，将电空阀气密性检测的结果实时显示出来，改善了传统检测方法受主观因素影响的缺点，使电空阀气密性检测的自动化程度大大提高，具有功耗低、检测快、精度高、系统稳定等特点。

Description

一种基于差压法的电空阀气密性检测系统

技术领域

本发明涉及电空阀气密性检测，具体涉及一种基于差压法的电空阀气密性检测系统。

背景技术

目前，交通运输在其中起着非常重要的作用，无论从客运还是货运方面来说，铁路运输都起着其他运输方式无法替代的作用。随着科技的发展，现如今的铁路机车已由蒸汽机车时代转变为如今的电力机车时代，普通客车、动车、高铁的提速使得如今的交通运输效率大大提高，但随着机车速度的提高，其安全性越来越受大众的关注，故对机车制动效果的要求也随之提高。当前机车的制动依靠其电空制动系统，而电空阀在电空制动系统中起着举足轻重的作用，其工作原理是：电空阀线圈通电产生电磁吸力，继而控制气路的通断，从而实现对火车制动的运程控制。而气密性的好坏对电空阀的工作有很大影响，气密性不好会引起泄漏，泄漏则直接影响机械的可靠性、经济型与整机性能，还会导致在实际使用中出现机器失灵、运行异常、效率降低、寿命缩短、油料浪费和环境污染等问题。

为了保证产品质量合格，保障产品使用的安全，出厂前需对具有密封要求的产品进行必要的气密性检测。而气密性检测技术的水平会直接影响产品检测的准确性。随着气密性检测技术的发展，传统气密性检测常用的水检法无法对气密性定量描述，流量检测法和直压检测法自动化程度和效率较低，均逐渐被淘汰，一些新的技术开始使用于气密性检测，如：氦质谱仪、超声波检测仪、卤素检测仪、激光检测仪等，能够实现气密性的定性和定量描述，且精度较高，但也存在成本昂贵和环境污染等问题，若运用在批量电空阀气密性检测中显得能效比较低。

传统的电空阀气密性检测仪设备体积较大，而且结构设计也存在缺点。一是其夹具设计为水平夹紧，检测电空阀气密性时，在夹具夹紧之前，必须手控电空阀垂直立起，以防夹紧时倒偏，导致电空阀进、出气口与夹具不能完全紧对，甚者电空阀脱落，无法实现完全自动化检测；二是检测时电空阀竖直立起，由于电空阀自身重量较大，其重心偏上，不利于定位和夹紧；三是其夹具设计单一，检测不同的阀需要不同的夹具，通用性较差；四是传统的气密性检测仪操作设备均为手柄，操作不便；五是传统的气密性检测仪是将检测结果显示在压力表盘中，根据检测者的人为观测来评定产品是否合格，受人为主观因素以及检测人员不同的影响。

综上所述，随着铁路行业快速发展，对机车控制的稳定性和安全性提出了更高要求，传统检测手段或方法已无法满足电空阀气密性检测对精度、自动化程度和效率的要求。为此，寻求区别于传统检测的新测量方法，并以此为依据设计开发出高精度、高度自动化、高效率、低成本、无污染的新型气密性检测设备对相关企业有着极为重要的现实意义。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供一种基于差压法的电空阀气密性检测系统，包括电空阀检测夹具单元、检测气动回路单元和系统控制电路单元；所述检测气动回路单元连接电空阀检测夹具单元；所述系统控制电路单元连接检测气动回路单元；

所述系统控制电路单元包括CPU、电源模块、液晶显示模块、继电器驱动模块、电磁气阀、指示灯、压差检测模块、压力检测模块、按键驱动模块；所述CPU分别连接电源模块、液晶显示模块、继电器驱动模块、电磁气阀、指示灯、压差检测模块、压力检测模块、按键驱动模块；所述继电器驱动模块连接电磁气阀；所述电源模块分别连接液晶显示模块、继电器驱动模块、压差检测模块、压力检测模块；

所述检测气动回路单元包括夹紧阀V1、充气阀V2、平衡阀V3、放气阀V4、第一单向阀V5、第二单向阀V6；所述夹紧阀V1连接充气阀V2；所述充气阀V2连接第一单向阀V5；所述第一单向阀V5连接标准容器；所述放气阀V4连接电空阀；电空阀连接第二单向阀V6；所述第二单向阀V6连接平衡阀V3；

所述电空阀检测夹具单元包括梁、支座、气缸、气缸接头、支柱、压力传感器、阀座、电空阀、V型块、V型块销钉、销钉、底座、螺钉；

所述气缸接头设置在气缸上部；所述支柱设置在支座上部；所述支座设置在支柱右侧；所述电空阀设置在阀座上面；所述电空阀下部设有V型块；所述底座设置在阀座的下部；所述电空阀通过V型块与底座连接，并通过V型块销钉固定；所述销钉固定气缸接头；所述气缸通过螺钉固定在底座上。

本发明的优点：

本发明的系统以MSP430为控制核心，由传统手动检测方式改变为全自动检测操作，将电空阀气密性检测的结果实时显示到人机接口，避免了人为操作的粗大误差。具有功耗低、检测快、精度高、系统稳定、无环境污染等特点。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明的一种基于差压法的电空阀气密性检测系统框图；

图2是本发明的一种基于差压法的电空阀气密性检测系统控制电路单元的继电器驱动模块原理图；

图3是本发明的一种基于差压法的电空阀气密性检测系统控制电路单元的压力数据采集模块原理图；

图4是本发明的一种基于差压法的电空阀气密性检测系统控制电路单元的电源模块原理图；

图5是本发明的一种基于差压法的电空阀气密性检测系统检测气动回路单元结构图；

图6是本发明的一种基于差压法的电空阀气密性检测系统电空阀检测夹具单元结构的主视图；

图7是本发明的一种基于差压法的电空阀气密性检测系统电空阀检测夹具单元结构的侧视图；

图8是本发明的一种基于差压法的电空阀气密性检测系统电空阀检测夹具单元结构的俯视图；

图9是本发明的一种基于差压法的电空阀气密性检测系统电空阀检测夹具单元结构的阀座的俯视图；

图10是本发明的一种基于差压法的电空阀气密性检测系统电空阀检测夹具单元结构的梁的俯视图；

图11是本发明的一种基于差压法的电空阀气密性检测系统电空阀检测夹具单元结构的V型块的剖视图；

图12是本发明的一种基于差压法的电空阀气密性检测系统电空阀检测夹具单元结构的气缸接头的剖视图；

图13是本发明的一种基于差压法的电空阀气密性检测系统电空阀检测夹具单元结构的支柱的剖视图；

图14是本发明的一种基于差压法的电空阀气密性检测系统电空阀检测夹具单元结构的V型块销钉的结构示意图。

附图标记：

V1为夹紧阀、V2为充气阀、V3为平衡阀、V4为放气阀、V5为第一单向阀、V6为第二单向阀、1为梁、2为支座、3为气缸、4为气缸接头、5为支柱、6为压力传感器、7为阀座、8为电空阀、9为V型块、10为V型块销钉、11为销钉、12为底座、13为螺钉。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图1至图4，如图1至图4所示的一种基于差压法的电空阀气密性检测系统，包括电空阀检测夹具单元、检测气动回路单元和系统控制电路单元；所述检测气动回路单元连接电空阀检测夹具单元；所述系统控制电路单元连接检测气动回路单元；

所述系统控制电路单元包括CPU、电源模块、液晶显示模块、继电器驱动模块、电磁气阀、指示灯、压差检测模块、压力检测模块、按键驱动模块；所述CPU分别连接电源模块、液晶显示模块、继电器驱动模块、电磁气阀、指示灯、压差检测模块、压力检测模块、按键驱动模块；所述继电器驱动模块连接电磁气阀；所述电源模块分别连接液晶显示模块、继电器驱动模块、压差检测模块、压力检测模块。

继电器驱动模块：

本发明通过继电器控制电磁气阀的通断来实现对气路的控制，单片机I/O口通过控制三极管的通断来控制继电器线圈的通断，进而控制24V电磁阀气阀的通断。

本发明选用5V控制24V的HRS-(S)-DC5V继电器，将电磁气阀串联在其24V输出口，单片机通过P1.4、P1.5、P1.6、P1.7分别控制4个三极管的通断来控制4个继电器线圈的通断，进而驱动4个电磁气阀工作。本设计在继电器5V进出口并联了一续流二极管，避免了断电瞬间电流过大损坏继电器的情况，同时将发光二极管串联一电阻与电磁气阀并联，实现对电磁气阀工作状态的实时显示，而且便于系统故障查找。

压力数据采集模块：

为实现对夹紧力的实时显示，本发明选用压力传感器采集信号，传送到单片机，通过计算处理，再显示在12864上。压力传感器用于检测夹紧力的大小，故必须首先计算出夹具所产生的夹紧力大小，从而选择合适量程的传感器。

计算出夹具所产生的夹紧力为117.8N，两个力臂各承受58.9N，故0到10Kg量程的压力传感器即可满足要求，本发明选用了HX711称重传感器(自带专用模拟/数字(A/D)转换器芯片)来采集夹紧力的大小。

HX711是一款专为高精度称重传感器而设计的24位A/D转换器芯片，与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。该芯片与后端MCU芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道A或通道B，与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道A的可编程增益为128或64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±40mV。通道B则为固定的32增益，用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。

压差数据采集模块：

考虑到实际气路搭建所采用的气管直径以及测量的精度、价格等各方面因素，本设计最终选用精度较高的SM5822-015-D医用双通道压力传感器采集电空阀与标准容器间的压差。

SM5822-015-D双通道压力传感器为硅微结构OEM压力传感器，其拥有先进的片上信号处理技术和压力传感器加工技术，芯片内自带放大、自校准、修正、温度补偿等功能。

液晶显示模块：

由于MSP430G2553I/O口在不外部扩展的情况下只有16个，而LCD12864液晶屏有两种驱动方式，一种为并行操作，另一种为串行操作，并行操作相比串行操作多占用7个I/O口。因此本设计使用串行操作的方法，可节省使用I/O口。单片机通过控制CS、BLD、SCLK的输入来驱动液晶屏工作，实现对系统检测结果的实时显示，该操作方式仅占用单片机3个I/O口，比串行操作方式足足少用了7个，故为单片机节省了I/O以供其他控制使用。

电源模块：

该系统使用电源包括单片机工作电压3.3V、继电器工作电压5V、电磁阀工作电压24V，由于本设计选用的MSP430G2553模块内含有5V转3.3V稳压模块，故为了操作方便以及系统的稳定工作，本系统设计使用开关电源(变压器)将220V交流电压直接转换为24V和5V直流电压，通过开发板内部稳压模块将5V稳压到3.3V以供单片机使用，为了避免干扰，再利用外部稳压模块将输入电压稳到5V以供继电器使用，而电磁阀直接由开关电源转换的24V供电。

本发明以MSP430G2553为控制核心，当系统处于等待期时，红色指示灯亮，绿色指示灯灭；当启动检测按钮后，会产生一个高电平信号，该信号唤醒MSP430工作，此时绿色指示灯亮，红色指示灯灭，MSP430处理器开始控制电磁气阀的通断来控制系统气动回路，并利用AD通道采集压力传感器和差压传感器信号，然后进行分析处理，最后将检测结果显示在LCD液晶屏上。

参考图5，如图5所示，所述检测气动回路单元包括夹紧阀V1、充气阀V2、平衡阀V3、放气阀V4、第一单向阀V5、第二单向阀V6；所述夹紧阀V1连接充气阀V2；所述充气阀V2连接第一单向阀V5；所述第一单向阀V5连接标准容器；所述放气阀V4连接电空阀；电空阀连接第二单向阀V6；所述第二单向阀V6连接平衡阀V3；

根据压差法检测气密性原理设计了电空阀气密性检测系统的气动回路。其中1L的标准储气罐为标准容器，即对比工件，电空阀为被测工件，如图5所示为预定的检测系统气动回路，其中V1为夹紧阀，V2为充气阀，V3为平衡阀，V4为放气阀，V5、V6为单向阀，其中单向阀可以防止充气阀、平衡阀在断电后由于密封不严而反向排气，调压阀可调整进入整个系统的压力大小，使系统压力具有可调性。

参考图6至图8，如图6至图8所示，所述电空阀检测夹具单元包括梁1、支座2、气缸3、气缸接头4、支柱5、压力传感器6、阀座7、电空阀8、V型块9、V型块销钉10、销钉11、底座12、螺钉13；

所述气缸接头4设置在气缸3上部；所述支柱5设置在支座2上部；所述支座2设置在支柱5右侧；所述电空阀8设置在阀座7上面；所述电空阀8下部设有V型块9；所述底座12设置在阀座7的下部；所述电空阀8通过V型块9与底座12连接，并通过V型块销钉10固定；所述销钉11固定气缸接头4；所述气缸3通过螺钉13固定在底座12上。

本发明的检测电空阀气密性相匹配的检测夹具，利用差压法气密性检测原理对电空阀的气密性进行检测，按国家规定，通过同一气源将1L标准容器和电空阀充满气，保压10min后，检测电空阀与1L标准容器之间的压差，再与标准气压的10％相对比，然后分析、判断电空阀是否合格。

本发明的系统以MSP430为控制核心，将电空阀气密性检测的结果实时显示出来，改善了传统检测方法受主观因素影响的缺点，使电空阀气密性检测的自动化程度大大提高，具有功耗低、检测快、精度高、系统稳定等特点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于差压法的电空阀气密性检测系统，其特征在于，包括电空阀检测夹具单元、检测气动回路单元和系统控制电路单元；所述检测气动回路单元连接电空阀检测夹具单元；所述系统控制电路单元连接检测气动回路单元；

所述系统控制电路单元包括CPU、电源模块、液晶显示模块、继电器驱动模块、电磁气阀、指示灯、压差检测模块、压力检测模块、按键驱动模块；所述CPU分别连接电源模块、液晶显示模块、继电器驱动模块、电磁气阀、指示灯、压差检测模块、压力检测模块、按键驱动模块；所述继电器驱动模块连接电磁气阀；所述电源模块分别连接液晶显示模块、继电器驱动模块、压差检测模块、压力检测模块；

所述检测气动回路单元包括夹紧阀V1、充气阀V2、平衡阀V3、放气阀V4、第一单向阀V5、第二单向阀V6；所述夹紧阀V1连接充气阀V2；所述充气阀V2连接第一单向阀V5；所述第一单向阀V5连接标准容器；所述放气阀V4连接电空阀；电空阀连接第二单向阀V6；所述第二单向阀V6连接平衡阀V3；

所述电空阀检测夹具单元包括梁(1)、支座(2)、气缸(3)、气缸接头(4)、支柱(5)、压力传感器(6)、阀座(7)、电空阀(8)、V型块(9)、V型块销钉(10)、销钉(11)、底座(12)、螺钉(13)；

所述气缸接头(4)设置在气缸(3)上部；所述支柱(5)设置在支座(2)上部；所述支座(2)设置在支柱(5)右侧；所述电空阀(8)设置在阀座(7)上面；所述电空阀(8)下部设有V型块(9)；所述底座(12)设置在阀座(7)的下部；所述电空阀(8)通过V型块(9)与底座(12)连接，并通过V型块销钉(10)固定；所述销钉(11)固定气缸接头(4)；所述气缸(3)通过螺钉(13)固定在底座(12)上。