Измерительно – вычислительный комплекс Поляна

Измерительно – вычислительный комплекс

ПОЛЯНА

ИВК «ПОЛЯНА» - прибор общепромышленного назначения, предназначенный для использования в заводских и научно-исследовательских лабораториях различных отраслей промышленности, занимающихся изучением быстропротекающих процессов.

ИВК «ПОЛЯНА» предназначен для регистрации, сбора и представления оператору результатов изменения высоких динамических и квазистатических давлений газов и жидкостей в манометрическом сосуде в заданном виде, при исследовании быстропротекающих процессов.

ИВК «Поляна» отличается высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками, которые обусловлены применением ряда оригинальных конструктивных и схемотехнических решений.

Основная область применения – внутрибаллистические измерения при изучении процессов горения и дефлаграции различных веществ.

В качестве основного измерительного элемента используется датчик давления пьезоэлектрический типа 2Т600, расположенный в герметичном манометрическом сосуду, рассчитанный на давления до 350 МПа (МБ200).

ИВК «ПОЛЯНА» обеспечивает:

Измерение давления газов и паров в диапазоне, МПа	до 350 (до 3500 атм.)
Максимальную частоту дискретизации аналого-цифрового преобразователя, МГц	2,5
Предел допускаемой основной относительной погрешности по давлению, %	1
Время записи в ОЗУ после преодоления порога по давлению, с, не менее	1

Основные функциональные возможности

–  регистрация изменения давления до величины 350 МПа с частотой выборки до 2,5 МГц при длительности процесса до 20 мс;

-  автономная работа: управление экспериментом без участия оператора; аварийная блокировка; накопление и хранение результатов эксперимента в памяти контроллера;

-  диалоговый режим настройки и управления работой комплекса.

-  удаленное соединение с ПЭВМ (до 100 метров).

-  задание программы эксперимента в табличном виде с одновременным выводом на экран компьютера в графическом виде.

-  представление информации о состоянии комплекса и ходе эксперимента в виде таблиц, графиков и оперативных сообщений.

-  вывод на печать построенных графиков и результатов обработки.

-  сохранение полученных данных в виде текстового файла.

В состав ИВК «ПОЛЯНА»

Оборудование по позициям является комплексом манометрической бомбы для испытаний бесстрельбовым методом и предназначено для определения баллистические характеристики пороха: зависимость скорости горения пороха от давления, сила пороха, коволюм пороховых газов с помощью измерительно-вычислительного комплекса.

Наименование	Кол-во	Характеристика
1. Основное оборудование
Манометрический сосуд МБ200	1	Максимальное давление ≤ 300 МПа. Толстостенный стальной цилиндр, с обеих сторон на резьбе пробки. При горении пороха изменение по времени давления в сосуде регистрируется с помощью измерительно-обрабатывающего комплекса. Определяются баллистические характеристики пороха: зависимость скорости горения пороха от давления, сила пороха, коволюм пороховых газов. Габаритные размеры – Æ120´240, масса – 10 кг
Манометрический сосуд МБ50	1	Максимальное давление ≤ 100 МПа. Аналогичный измерительный комплекс. Определяется время задержки воспламенения. Габаритные размеры – Æ80´110, масса – 5 кг
Датчик давления пьезоэлектрический 2Т6000	2	Измерение давления от 0 до 600 МПа. Чувствительность пКл/МПа≥17. Нелинейность ≤ 1%. Масса ≤ 15г.
Блок пъезоусилителя с устройством запуска	1	Диапазон входного сигнала ±2 - ±20000 пКл; Диапазон выходного сигнала ±10 В; Частота дискретизации, кГц – не менее 100; Частотный диапазон, кГц; Габаритные размеры 130х100х60 Масса – 0,5 кг
2. Дополнительное оборудование
Персональный компьютер	1	Тактовая частота ЦП не менее 2 ГГц, 2 Гб ОП, жесткий диск не ниже 500 Гб, видеокарта 512 Мб, монитор 19”, клавиатура, мышь, колонки для исследования звуковых эффектов со встроенным аналого-цифровым преобразователем
Программное обеспечение		Регистрация, обработка и визуализация экспериментальных данных
3. Вспомогательное оборудование
Стапель для манометрического сосуда		По размерам манометрического сосуда.
Блок бесперебойного питания на 220В типа Power Com 600VA+		Мощность 600VA
Весы лабораторные типа OHAUS RV-214 или эквивалент		Дискретность - 0,0001 гр, СКО - 0,1 мг, НПВ - 210 г.
Лазерный принтер, формата А4 типа HP LaserJet P1005		Черно-белая лазерная печать до 14 стр/мин, макс. формат печати A4 (210 × 297 мм)

Примечание: допускается замена промышленного РС, монитора и принтера на другие модели, с характеристиками не хуже, чем у указанных приборов.

Датчик давления пьезоэлектрический «2Т6000»

Датчик предназначен для измерения высоких динамических и квазистатических давлений газов и жидкостей.

Основная область применения датчика – внутрибаллистические измерения.

Условия эксплуатации датчика:

Температура окружающей среды	от минус 60 до плюс 120 оС
Относительная влажность при температуре 20 оС	не более 95%
Максимально допустимая температура при отсутствии воздействия давления	200 °С
Максимальное ударное ускорение при длительности ударного импульса	от 0,1 до 10 мс: в осевом направлении 200000 м/с2 в радиальном направлении 100000 м/с2.

Допускаемое импульсное воздействие давления при длительности импульса не более 20 мс и длительности фронта нарастания давления не более 10 мкс - 700 МПа;

Электрическая емкость датчика - не более 5 пФ;

Масса - не более 15 г;

Усилие затяжки датчика - 10 Нм.

Основные технические характеристики

Параметры	Значения
Диапазон измеряемых давлений, МПа	0 – 600
Средняя чувствительность в диапазоне измерения, пКл/МПа	20 ± 3
Нелинейность статической характеристики преобразования, %, не более	± 1
Собственная частота, кГц, не менее	180
Полярность выходного сигнала	Отрицательная
Сопротивление изоляции в нормальных условиях, Ом, не менее	1013
Среднеквадратичная погрешность измерения давления, %, не более	0,8
Установочная резьба, мм	М10 х 1
Размер под ключ, мм	8

Оборудование предназначено для периодической калибровки датчика давления «2Т6000» с помощью пьезоэлектрического эталонного датчика давления, тип 6213ВК.

Наименование	Кол-во	Характеристика
Генератор высокого гидравлического давления до 10000 бар	1	Диапазон давления 0-10000 бар Падение давления бар в мин., не допускается. Подключение датчиков (2места) М10х1. Вес ≤ 15кг.
Пьезоэлектрический эталонный датчик для генератора давления, тип 6213ВК	1	Диапазон давления 0-10000 бар. Чувствительность -1,2 пКл/бар. Нелинейность ≤ 0,3% Собственная частота не менее 150 кГц

Устройство

Функциональная схема состоит из следующих частей:

§  автоматизированного рабочего места оператора, включающего в себя:

-  персональный компьютер;

-  монитор;

-  клавиатуру, мышь;

-  принтер;

-  стол для компьютера;

§  блока пъезоусилителя с устройством запуска, включающего в себя:

-  модуль (плата) контроллера, состоящего из зарядового усилителя, аналого-цифрового преобразователя и контролера управления. Этот модуль обеспечивает получение сигнала с датчика давления пьезоэлектрического, его преобразование в цифровой код и запись в ОЗУ блока. Полученная информация по каналу Ethernet передается на промышленный РС, тем самым обеспечивая автономную работу устройства.

-  модуль запуска, состоящего из блока конденсаторов и платы заряда-разряда. Плата обеспечивает заряд батареи конденсаторов и их разряд, по команде оператора, а также аварийную сигнализацию.

§  датчика давления пьезоэлектрический типа 2Т6000;

§  манометрического сосуда МБ200 (МБ50), предназначенного непосредственно для проведения в нем исследований быстропротекающих процессов.

ИВК «ПОЛЯНА» полностью работает под управлением контроллера, расположенного в блоке пьезоусилителя. PC верхнего уровня предназначен для отображения текущей информации о процессе измерения, создание архивов, обработки данных, а также для задания режимов испытания. Взаимодействие РС с БУ осуществляется по сети Ethernet.

Система измерения давления

В систему измерения давления с помощью пьезоэлектрических датчиков давления входит:

-  датчик давления пьезоэлектрический типа 2Т600;

Принцип действия датчика 2Т600Ьоснован на прямом пьезоэффекте. В качестве чувствительного элемента используется пакет из двух кварцевых кристаллов, соединенных параллельно. Измеряемое давление воздействует на мембрану датчика, имеющую цельноточеную конструкцию с жестким центром. Усилие, развиваемое мембраною, передается на пакет пьезоэлементов, который генерирует пропорциональный измеряемому давлению электрический заряд.

-  канал пъезоусилителя;

Канал пъезоусилителя предназначен для усиления и преобразования электрического заряда, сформированного на датчике давления (от 17 пКл), для дальнейшей обработки.

-  канал аналого-цифрового преобразователя;

Канал аналого-цифрового преобразователя, выполненный на 16 битном АЦП ADS1602IPFB, преобразует сигнал датчика давления в формат числа с плавающей запятой.

-  управляющий контроллер;

Управляющий контроллер STM32F207ZGT6 выполняет функции управления началом регистрации показаний датчика, регистрации полученных значений, записи их в ОЗУ типа CYC1061AV33-10ZXI, а также обмена с компьютером верхнего уровня с помощью канала передачи данных, выполненного на ИМС типа DP83848IVV.

-  канал передачи данных.

Система запуска измерений

Система запуска измерений состоит из:

–  блока конденсаторов для выработки импульс тока энергией не менее 25 Дж на нагрузке 3 Ом за 20 мс;

–  платы управления;

–  воспламенительное устройство;

–  аварийной сигнализации.

Принцип работы системы запуска измерений состоит в том, что по команде оператора происходит разряд конденсаторов на воспламенительное устройство. При этом происходит выработка синхронного импульса для записи показаний датчика давления в ОЗУ системы измерения давления.

Воспламенительное устройство состоит из собственно воспламенителя и центрального электроизолированного штока нижний пробки МБ. Вторым контактом является внешняя оболочка МБ.

Для обеспечения безопасности работ система снабжена свето - звуковой сигнализацией, указывающей на возможность несанкционированного запуска, а также концевой выключатель для отключения питания системы при открытой двери бронекабины.

Система управления, обработки и визуализации информации.

В систему управления и обработки информации входят:

-  персональный компьютер;

-  специализированное программное обеспечение ПО «Поляна».

Промышленный РС предназначен для ввода режимов работы ИВК «ПОЛЯНА» и для отображения текущего состояния, архивов и протоколов, возникающих в результате работы ИВК «ПОЛЯНА».

Указанный компьютер обеспечивает безотказность работы установки в лабораторных и заводских условиях

В комплексе реализованы следующие функции указанной системы:

-  выбор параметров испытания веществ (порог регистрации давления, скорость оцифровки, ввод калибровочных поправок и т. п.)

-  автономная работа: управление экспериментом без участия оператора; аварийная блокировка; накопление и хранение результатов эксперимента в памяти контроллера;

-  диалоговый режим настройки и управления работой комплекса.

-  удаленное соединение с ПЭВМ (до 100 метров).

-  задание программы эксперимента в табличном виде с одновременным выводом на экран компьютера в графическом виде.

-  представление информации о состоянии комплекса и ходе эксперимента в виде таблиц, графиков и оперативных сообщений.

-  вывод на печать построенных графиков и результатов обработки.

-  сохранение полученных данных в виде текстового файла

-  построение и обработку графиков изменения во времени давления в манометрическом сосуде.

Питание ИВК «ПОЛЯНА» производится

от сети переменного тока напряжением 220 В с пределами допустимого отклонения от +10 до –15%,

частотой (50±1)Гц с коэффициентом нелинейных искажений не более 5%.

Потребляемая мощность ИВК «ПОЛЯНА»

не превышает 0,5 кВА.

Условия эксплуатации

Комплекс рассчитан на эксплуатацию во взрывобезопасных помещениях при следующих условиях:

температура воздуха от 10 до 35ºС;

относительная влажность воздуха от 30 до 80% при температуре (20±5)° (и более низких температурах, без конденсации влаги);

атмосферное давление от 84 до 106,7 кПа (от 630 до 800 мм рт. ст).