基于PSI9116智能压力扫描阀的多路压力测量系统设计

1、基于 PSI 9116智能压力扫描阀的多路压力测量系统设 计 摘要：针对固冲发动机多路压力测量试验需求， 利用美国PSI公司产品PSI 9116智能压力扫描阀为测 试核心，设计了一套多路压力测量系统。本文对该系 统的硬件组成、工作原理和测压系统的软件设计等内 容作了详细描述。系统应用软件设计采用 NI 公司的 LabVIEW 图形化编程，用户界面简洁直观、 操作简单， 可扩展性强，具备 128 路的压力分布测量能力，较好 地满足了固冲发动机点火试验参数测量需求。 关键词：固冲发动机：压力测量：智能压力扫描 阀 中图分类号： V435 文献标识码： A 文章编号： 1673-5048（ 2014

2、） 02-0044-05 0、引言 固体火箭冲压发动机具有比冲高、体积小、结构 紧凑、工作可靠、使用方便等优点，是新一代导弹的 优选动力装置。固冲发动机主要由燃气发生器、补燃 室和进气道等部件组成。在产品研制期间，会对发动 机进行一系列的结构特性、燃烧特性试验研究，为获 取准确的特性参数，需对发动机进气道、补燃室多个 截面、不同方位的压力参数进行测量。传统的固体火 箭发动机测量系统有测量通道少、校准过程繁琐、准 备时间长等缺点，已不能满足目前通道多、测试条件 复杂的试验需求，研究简单、高效的多路压力测试手 段成为新课题。 如今应用于试验中的各种传感器不断朝着小型 化、集成化、智能化、标准化的趋

3、势发展，加之计算 机技术和日益精进的编程语言在软、硬件上的支持， 使得压力测量系统的性能不断改进和提升。在风洞试 验中，面对多通道压力测试需求，从 20 世纪 90 年代 起，已开始引进电子扫描压力测量系统用于流场及试 验件的压力测量。近年来，随着技术的进步，压力扫 描阀的扫描速率不断提高，且通过植入芯片实现了传 感器的智能化，使该系统的技术日趋成熟、应用更加 广泛。 1、系统组成及工作原理 本系统选用 PSI 9116智能压力扫描阀为测试核 心，图形化语言 LabVIEW 编程，模块化设计，搭建 了测量能力达到 128 路的多路压力测量系统。 1.1 系统组成 多路压力测量系统主要由扫描阀单

4、元、气源操纵 台、主控计算机及网络等组成，如图 1 所示。 扫描阀单元由PSI 9116（智能压力扫描阀）、PSI 90DB （扫描阀数据接口）、PSI 9032 （大气压力计）、 PSI 9034（标准压力源）等部件组成。其中 PSI9116 智能压力扫描阀为测试核心，共 8 个模块，每个模块 集成 16 个传感器，具有温度补偿功能； PSI90DB 为 PSI 9116提供 24 VDC 电源、同步触发信号和网络接 口； PSI 9032是精密大气压力计，用来测量大气压力， 对测量参数进行绝压修正；PSI9034是标准压力源， 为绝对压力输出，精度 0.01%，用于压力扫描器 PSI 9

5、1 1 6的检定和校准。 气源操纵台配备高压氮气瓶、减压阀、安全阀及 操纵气路， 为系统提供操纵、 校准、检漏和吹除用气， 操纵气动作由主控计算机控制。气源操纵台通过减压 器实现对高压氮气瓶减压，经气路输送到 PSI 9116使 用，气源操纵台组成如图 2 所示。 主控计算机为一台标准工业控制计算机， 配备 IO 板卡，完成数据记录、 PSI 9 1 1 6模块触发及操纵气控 制等功能，主控计算机与 PSI 9 1 1 6模块通过以太网交 换机连接。 1.2 工作原理 1.2.1 PSI 9116简介 PSI 9116智能压力扫描阀是一种高性能一体式气 体压力测量装置，用于多通道干燥无腐蚀性气

6、体的压 力测量，其内部集成了压力传感器和气路校准阀。它 采集的数据是保证系统精度的EU （工程单位）数据， 这些数据是通过上电时读取传感器内部预置的 EU 转 换和温度补偿系数经过内部计算得到，系统还允许用 户使用计算机执行多点校准辅助微调内部系数。 PSI 9116是网络式智能压力扫描阀 NetScan， nerTM 系列中的一员， 采用自适应 10/100 M 以太网接 口，使用 TCP/UDP/IP 协议，支持全双工 /半双工操作， 多个扫描器可联网组成一个多种参数分布式智能数据 采集系统。 PSI 9116具有 16 个测量通道，每个通道使用单独 的气体压力传感器，每个传感器内部都具有

7、记忆全部 校准数据的嵌入式记忆电路芯片，精度高达 0.05%， 通过内部调零校准、量程校准或多点校准功能来维持 高精度；每个传感器都包含一个单独的温度传感器和 内部温度补偿系数供补偿算法软件使用，在校准温度 范围内，温度漂移误差低至土 0.001%FS/C: PSI 9116 具有驱动校准阀， 通过软件命令可实现自动调零校准、 满量程校准和多点校准，新的零位和增益系数在校准 后生效，并可写入传感器内部永久记忆电路。 PSI 9116还具有一个专用的吹除 /检漏校准气动阀 组，如图 3 所示。通过软件命令和操纵气源，可以将 阀组推到以下 4 个位置：测量、校准、吹除、检漏充 气。图 3 中示意了

8、系统执行测量功能时的阀位状态， 执行推阀命令时须在 PSI 9116的推阀控制压力输入端 口上加560860 kPa的压力。 1.2.2 系统布局 系统采用上下位机形式，根据现场布局情况分为 现场测量端和远程控制端两部分，上位机与下位机采 用以太网连接，实现数据交互与控制，如图 4 所示。 现场测量端位于试车台，放置 PSI 9116智能压力扫描 阀（下位机）及一些辅助测量设备，负责试验参数的 测量：远程控制端为一台工业控制机，即上位机，上 位机程序基于 LabVIEW 编程，负责下位机和气源操 纵台控制、试验数据监视、记录及分析等功能：为便 于操作，气源操纵台亦放置在远程控制端。 本系统应用于自由射流工况下的固冲发动机数据 测量，发动机安装在高空舱内，试验中，舱内气流高 速流动，振动剧烈。 PSI 9116为差压式测量仪器，系 统将扫描阀单元安装于高空舱外，测试管路经预设通 道进入高