Цель работы:
Получение теоретических и практических навыков для работы на контрольно-поверочной аппаратуре КПА-РМС1а по проверке расходомерных систем типа СИРТТ1-2т.
Теоретические сведения:
Приборы, предназначенные для измерения мгновенного или среднего расхода жидкостей и газов в единицу времени, называются расходомерами. На самолетах расходомеры применяются для измерения расхода топлива, потребляемого авиационными двигателями, а также для измерения расхода воздуха в двигателях и герметических кабинах.
Наибольшее распространение на ВС получили турбинные или иначе скоростные расходомеры.
Система измерения расхода топлива СИРТ1-2т (рис. 1) предназначена для дистанционного измерения мгновенного расхода топлива, кг/ч, каждым авиадвигателем и запаса топлива, кг, во всей топливной системе самолета.
Система применяется на самолете ТУ-154.
В состав системы входят, шт.:
| датчик расхода ДРТМС10Ат | |
| датчик плотности ДПЕ5-1т | |
| преобразователь сигналов ПС1т | |
| указатель мгновенного расхода УМРТ1-2 | |
| указатель суммарного запаса УСЗТ5т |
Структурная схема системы приведена на рис. 1.
q2
ρ
q2
q1
ДРТМС10Ат
ДПЕ5-1т
ПЧН1т
БОП6-1т
УСС1т
УСС2т
УМРТ1-2т
ПЧН1т
ПЧН1т
УСС2т
УСС2т
УМРТ1-2т
УМРТ1-2т
УСС1т
УСЗТ5т
ПСР1т
ПС1т
f1
f2
f3
C
U1 ~ f1
U2 ~ f2
U3 ~ f3
U3 ~ ρq3
U1 ~ ρq1
U2 ~ ρq2
Ġ 2 ~ ρ • q2
Ġ3 ~ ρ • q3
N2 ~ V2
N3 ~ V3
N1 ~ V1
N=N1+ N2+ N3 ~ V1+ V2+ V3=V
Gост=Gзап.—(G0,8± Dρ• V)
ДРТМС10Ат
ДРТМС10Ат
Рисунок 1. Структурная схема системы
На рис. 1 обозначено:
| Блок отработки плотности | БОП6-1т |
| Датчик плотности емкостной | ДПЕ5-1т |
| Датчик расхода топлива мгновенносуммирующий | ДРТМС10Ат |
| Преобразователь сигнала | ПС1т |
| Преобразователь частоты в напряжение | ПЧН1т |
| Преобразователь суммарного расхода | ПСР1т |
| Указатель мгновенного расхода топлива | УМРТ1-2т |
| Указатель суммарного запаса топлива | УС3Т5т |
| Усилитель следящих систем | УСС1т |
| Усилитель следящих систем | УСС2т |
Принцип измерения мгновенного расхода топлива заключается в преобразовании скорости потока топлива, протекшего через датчик, в показания указателя мгновенного расхода топлива в килограммах в час.
Топливо, протекая через датчик расхода, приводит во вращение крыльчатку, угловая скорость вращения которой пропорциональна скорости потока топлива.
На оси крыльчатки находится постоянный магнит. При вращении крыльчатки магнитное поле магнита индуктирует э.д.с. переменной частоты в катушках, находящихся на корпусе датчика расхода. Э.д.с. переменной частоты с датчика расхода поступает в преобразователь сигналов ПС1т и в частности на вход преобразователя частоты в напряжение ПЧН1т.
Измерение плотности осуществляется с помощью специального устройства, состоящего из датчика плотности ДПЕ5-1т, блока БОП6-1т и усилителя УСС1.
Датчик плотности представляет собой плоский конденсатор, емкость которого изменяется в зависимости от плотности топлива. Датчик плотности включен в цепь измерительного емкостного моста, находящегося в блоке БОП5-1т. С помощью потенциометрической следящей системы, осуществляется измерение действительной плотности и непрерывное внесение поправки на плотность в показания указателя расхода.
Принцип измерения суммарного запаса топлива заключается в следующем:
электрические импульсы с трех датчиков расхода (N1, N2, N3,) поступают на вход преобразователя ПСР1т, где происходит усиление, формирование и распределение приходящих импульсов в определенной последовательности с последующим преобразованием их в угловое перемещение стрелки указателя запаса, показания которого пропорциональны весу протекшего через датчики расхода топлива при плотности 0,8 г/см3; при отличии действительной плотности топлива от расчетной (0,8 г/см3) в показания указателя запаса топлива периодически, через определенные порции протекшего топлива, вводится поправка в виде дополнительного углового перемещения стрелки указателя запаса в ту или другую сторону пропорционально отклонению действительной плотности от расчетной.
Датчик расхода:
Датчик расхода служит для получения электрических сигналов, пропорциональных часовому (мгновенному) расходу и запасу топлива.
Рисунок 2. Кинематическая схема датчика расхода.
На рисунке 2 обозначены:
1 - червячная передача;
2 - обмотка;
3 - постоянный магнит;
4 - крыльчатка;
5 - шарикоподшипник;
6 - втулка со стальным сердечником;
7 - магнитный шунт;
8 - катушка переменной индуктивности;
9 - катушка постоянной индуктивности.
Принцип действия мгновенной части датчика мгновенного расхода заключается в следующем:
в крыльчатке 4 датчика расхода закреплен постоянный магнит 3, при вращении которого в обмотке 2, расположенной на корпусе датчика, индуктируется э.д.с., которая подается в преобразователь ПС1т.
Принцип действия датчика суммарного расхода основан в том, что топливо, протекая через датчик расхода, приводит во вращение крыльчатку 4. Крыльчатка через червячную передачу 1 вращает сердечник 6, который является звеном магнитной цепи катушки переменной индуктивности 8. Эта катушка вместе с катушкой постоянной индуктивности 9 входят в схему индуктивного моста переменного тока. Двумя другими плечами моста являются обмотки трансформатора, находящегося в преобразователе ПС1т.
За определенное число оборотов крыльчатки датчика расхода индуктивный мост один раз выходит из равновесия. При этом в диагонали моста появляется сигнал переменного тока частотой 400 Гц, модулированный частотой сигнала датчика.
Преобразователь ПС1т
Преобразователь ПС1т предназначен для обеспечения работы составных частей системы и обеспечивает осуществление предполетной проверки системы без расстыковки самолетных цепей, а также контроль работы системы в полете с помощью регистрирующей аппаратуры.
Преобразователь ПС1т состоит из следующих функциональных узлов:
1) преобразователя часового расхода ПЧР1т,
2) блока отработки плотности БОП6-1т,
3) усилителя следящих систем УСС1т,
4) преобразователя суммарного расхода ПСР1т,
5) цепей контроля и питания системы.
Преобразователь часового расхода ПЧР1т предназначен для усиления и формирования сигнала датчика мгновенного расхода в напряжение, поступающее на управляющую обмотку двигателя в указателе расхода УМРТ1-2т.
Преобразователь ПЧР1т состоит из:
а) преобразователя ПЧН1т (предназначен для усиления и преобразования сигнала датчика расхода в постоянное напряжение, пропорциональное расходу топлива);
б) усилителя УСС2т (предназначен для преобразования разностного напряжения (измерительной и опорной цепей) в переменное и усиление его до мощности, необходимой для управления двигателем в указателе расхода.
Конструктивно преобразователь ПЧР1т выполнен в виде платы с печатными проводниками с установленными на ней преобразователем ПЧН1т и усилителем УСС2т.
1) Преобразователь ПЧН1т и усилитель УСС1т выполнены в модульном исполнении с заливкой компаундом, разборке и ремонту не подлежат.
2) Блок отработки плотности БОП6-1т служит для измерения плотности топлива и внесения поправки на плотность при измерении мгновенного расхода, выдачи информации о плотности топлива в контрольно-проверочную аппаратуру.
3) Усилители следящих систем УСС1т предназначен для усиления сигналов рассогласования в диагонали мостовой схемы в блоке БОП6-1т и указателе УСЗТ5т до значения, необходимого для управления двигателями ДГ-0,5 в этих блоках.
4) Преобразователь суммарного расхода ПСР1т предназначен для усиления, формирования и распределения импульсов, приходящих с датчиков расхода, в определенной последовательности с дальнейшим усилением их до мощности, необходимой для управления шаговым двигателем в указателе запаса.
Контрольно-поверочная аппаратура:
Для проверки системы в эксплуатирующих организациях применяется контрольно-проверочная аппаратура КПА-РМС1А.
КПА представляет собой гидравлическую систему, состоящую из мерного и расходного баков БТ1А и гидравлического агрегата АГ1А, связанных между собой трубопроводами. Автоматическое управление работой КПА производится с помощью пульта измерения ПИ2А.
Гидравлический агрегат в совокупности с мерным и расходными баками обеспечивают возможность проверки расходомеров путем прокачивания через датчики расходомеров топлива, объем которого измеряется либо по мерному баку, либо по насосу, выполняющему функции контрольного расходомера. На КПА установлен коловратный насос типа БПК-4, который за каждый оборот прокачивает в магистраль строго определенный объем топлива.
Число оборотов насоса N отсчитывается электрическим счетчиком, подключенным к источнику питания через контактный прерыватель, связанный с ротором насоса.
Количество топлива, прокачиваемого насосом, за некоторый промежуток времени (суммарный расход топлива), определяется выражением:
(1)
в объемных единицах и
(2)
в весовых единицах,
где 
– плотность топлива, величина которой определяется с помощью набора денсиметров, прилагаемого к КПА.
Количество топлива, прокачиваемого насосом в единицу времени (мгновенный расход топлива), находится из выражения:
л/ч или (3)
кг/ч, (4)
где t – время замера в секундах, определяемое по секундомеру КПА.
Проверка датчика или комплекта суммирующего расходомера по насосу производится путем сравнения показаний расходомера с показаниями счетчика, выраженными в литрах (при проверке датчика) или килограммах (при проверке комплекта).
Гидравлическая схема КПА показана на рис. 3.
На рисунке 3 цифрами обозначены:
1 – клапан мерного бака;
2 – клапан расходного бака;
3 – бак мерный;
4 – кран мерного бака;
5 – переливная труба;
6 – проверяемый датчик;
7 – бак расходный;
8 – фильтр;
9 – насос.
Прокачка топлива через проверяемый датчик 6 (рис. 3) производится коловратным насосом 9. На входе в заборную трубу установлен топливный фильтр 8. Через клапан 1 топливо поступает в мерный бак 3, а через клапан 2 – в расходный бак 7. Слив топлива из мерного бака производится через кран 4. При переполнении мерного бака топливо сливается по трубе 5.
Проверка датчика расходомера по мерному баку производится путем сравнения числа импульсов датчика на 1 л топлива, полученного на КПА, с расчетным числом импульсов датчика на 1 л топлива.
Для отсчета целого числа импульсов датчика при заполнении мерного бака на пульте измерения ПИ1А имеется синхронизирующая релейная схема со счетным механизмом. Индуктивно-импульсные механизмы имитируют работу датчиков расходомеров по суммарному расходу. Генератор дает синусоидальное напряжение, имитирующее сигналы датчика по мгновенному расходу.
Пульт измерения ПИ1A предназначен для автоматического управления работой КПА.
Он обеспечивает автоматическое управление клапанами расходного и мерного баков при соответствующих проверках, измерение числа импульсов, поступавших от насоса АГ1А и от проверяемого датчика ДРТМС, установку заданного числа импульсов с выхода ДРТМС и синхронизацию включения и выключения клапана мерного бака, автоматический отчет времени набора заданного числа импульсов датчика, управление режимами работы насоса АГ1А. Кроме того ПИ1А позволяет имитировать работу датчиков мгновенного и суммарного расхода, а также работу измерителя плотности. В комплект ПИ1А дополнительно входит преобразователь сигналов датчиков расхода типа ДРТМ в прямоугольные импульсы низкой частоты, которые управляют работой схемы синхронизации. Преобразователь ПС11, который используется для преобразования сигналов датчиков расхода типа ДРТМ в прямоугольные импульсы низкой частоты, которые управляют работой схемы синхронизации. ПС11 включает в себя блок преобразования частоты в напряжение ПЧН1т, счетчик импульсов СИ7, трансформатор и переключатель. Блок ПЧН1т преобразует синусоидальные сигналы датчика расхода частотой от 10 до 200 Гц в прямоугольные импульсы напряжения той же частоты, а счетчик СН7 делит частоту этих сигналов на 128 или 64.
Описание лабораторного стенда:
На левой части стенда расположена передняя панель учебного стенда проверки расходомерных систем:
Рисунок 4. Передняя панель учебного стенда проверки расходомерных систем
На рисунке 4 обозначены:
П1, П2 – тумблеры включения питания на комплект СИРТТ1-2т;
П3 – тумблер включения питания насоса;
П4 – тумблер «Мерн.-Расх.»;
П5 – переключатель «Датчик-комплект»;
П6 – тумблер;
П7 – тумблер «прямой-обратный»;
П8 – тумблер включения насоса;
П9, П10 – выключатели питания индикатора тахометра насоса;
П11 – переключатель «система-датчик» переключает выход проверяемого датчика либо к системе СИРТ-1т, либо к КПА;
П12 – тумблер преобразователя сигналов ПС11;
П13 – клапан слива топлива;
1 – индикатор тахометра насоса;
2 – ручка регулятора частоты насоса;
3 – указатели УМРТ1-2т;
4 – указатель УСЗТ5т;
5 – кремальера указателя УСЗТ5т;
6, 7 – указатели;
8 – имитатор плотности топлива;
9 – счётчик;
10 – кнопка сброса показаний счётчика;
11 – стрелка счётного механизма;
12 – секундомер;
13 – кнопка сброса показаний секундомера;
14 – указатель имитатора плотномера;
15 – бак мерный (красными линиями выделен контрольный уровень заполнения);
16 – бак расходный.
На левой половине передней панели расположен пользовательский интерфейс, предназначенный для работы со стендом по аналогии с реальной установкой. Он включает в себя:
- панель индикации, на которой расположены указатели запаса и мгновенного расхода топлива, индикатор тахометра насоса, индикаторы питания, а также тумблеры и ручки, необходимые для управления этими индикаторами и работой всего стенда в целом;
- пульт ПИ1А, подобный реальному пульту КПА-РМС1А;
- блок ДПЕ5-1т, на котором расположен указатель имитатора плотномера;
- блок ПС11, на котором расположен тумблер делителя СН7.
- панель, имитирующая взаимодействие баков.
Анимированная схема, подобная приведённой на рис. 3, приведена в правой части передней панели стенда:
Рисунок 5. Анимированная гидравлическая схема КПА.
С помощью приведённой схемы в процессе работы можно проследить за работой гидравлической схемы КПА, проследить за переключениями клапанов мерного и расходного бака, а также за работой схемы синхронизации. Жёлтым цветом показано перетекание топлива. Открытый клапан загорается ярко-зелёным цветом (на рисунке открыт мерный бак).
На реальной лабораторной установке вместо топлива насос прокачивает воздух.
Ход работы:
Открыть на ПК файл rashodomer.vi. На левой панели нажмите на значок запуска 
, после чего запускается выполнение программы. Далее для выполнения работы руководствуйтесь нижеприведёнными описаниями.
Для переключения тумблеров требуется навести на них указатель мыши и нажать на левую кнопку мыши.
Для переключения переключателя П5 требуется навести на него указатель мыши и при зажатой левой кнопки мыши перевести чёрный ползунок в требуемое положение.
Для нажатия на кнопку требуется навести на них указатель мыши и нажать на левую кнопку мыши. Для отжатия кнопки следует повторно нажать на левую кнопку мыши.
Для вращения стрелки счётного механизма, а также ручки регулятора частоты насоса, имитатора плотности топлива и кремальеры индикатора УСЗТ5т требуется навести на них указатель мыши и при зажатой левой кнопке мыши, перемещая мышь, установить требуемое значение. Также для задания точного значения регулятора частоты насоса и стрелки счётного механизма предусмотрены числовые индикаторы 
и 
соответственно, куда можно вписать требуемое значение (подтвердить нажатием клавиши ENTER), а также редактировать их стрелочками – вверх – увеличение значения, вниз – уменьшение).
1. Определение погрешности ДРТМС10А по мгновенному расходу
Здесь и далее перед каждой отдельной проверкой требуется выполнить следующие действия:
- подать питание на установку, последовательно включив тумблеры П1, П2, П3, П9, П10;
- перевести переключатель П5 в положение «выкл»;
- слить остатки топлива из мерного бака, включив тумблер П8 в положение «пуск» и тумблер П7 в положение «обратный». Как только всё топливо из мерного бака будет перекачано обратно в расходный, перевести тумблер П7 в положение «прямой»;
- кнопками 10 и 13 установить нулевые показания счётчика оборотов насоса и секундомера (не забудьте отжать эти кнопки после того, как установятся нулевые значения!).
При определении погрешности датчика выполните следующие действия:
- вращая стрелку счётного механизма 11, установите число импульсов датчика = 19 (вращайте стрелку так, чтоб в момент вращения число импульсов не превысило 19);
- переключите тумблер преобразователя сигналов ПС-11 П12 в положение «64».
- вращая ручку регулятора частоты насоса 2 установите по тахометру 1 показания тахометра = 5400 об./мин. (при переведённом в положение «система» (верх) тумблере П11 на крайне правом указателе УМРТ1-2т 3 должно быть значение приблизительно 1750 кг/ч);
- вращая ручку имитатора плотности топлива 8, поставьте его в положение, соответствующее плотности 0,8 (среднее положение);
- переведите тумблер П11 в положение «датчик» (вниз) и переключатель П5 в положение «датчик» и следите за стрелкой счётного механизма. Когда стрелка дойдёт до нулевой отметки (конец измерения), запишите объём топлива по шкале мерного бака;
- поставьте переключатель П5 в положение «выкл»;
- определите погрешность проверяемого датчика по формуле:
(5)
где КД – число импульсов датчика на литр топлива по КПА;
Кр – расчетное число импульсов датчика на литр топлива = 0,65 имп/л.
(имп/л) (6)
где N' - количество импульсов по счетному механизму;
V - объем топлива по шкале мерного бака.
- Откачайте из мерного бака топливо, установив тумблер П7 на отметку «ОБРАТНЫЙ» и включите насос (П8 –«Пуск»).
2. Определение погрешности датчика ДРТМС10А по суммарному расходу
- кнопками 10 и 13 установить нулевые показания счётчика оборотов насоса и секундомера (не забудьте отжать эти кнопки после того, как установятся нулевые значения!). Для отдельной проверки требуется выполнить действия, указанные в пункте 1 (первые четыре пункта);
- переключите тумблер преобразователя сигналов ПС-11 в положение «128».
- вращая стрелку счётного механизма 11, установите число импульсов датчика = 23 (вращайте стрелку так, чтоб в момент вращения число импульсов не превысило 23);
- вращая ручку регулятора частоты насоса 2 установите по тахометру 1 показания тахометра = 5400 об./мин. (при переведённом в положение «система» (верх) тумблере П11 на крайне правом указателе УМРТ1-2т 3 должно быть значение приблизительно 1750 кг/ч);
- вращая ручку имитатора плотности топлива 8, поставьте его в положение, соответствующее плотности 0,8 (среднее положение);
- переведите тумблер П11 в положение «датчик» (вниз) и переключатель П5 в положение «датчик» и следите за стрелкой счётного механизма. Когда стрелка дойдёт до нулевой отметки (конец измерения), запишите объём топлива по шкале мерного бака;
- поставьте переключатель П5 в положение «выкл»;
- определите погрешность проверяемого датчика по формуле:
(7)
где КД – число импульсов датчика на литр топлива по КПА;
Кр – расчетное число импульсов датчика на литр топлива = 0,79 имп/л.
(имп/л) (8)
где N' - количество импульсов по счетному механизму;
V - объем топлива по шкале мерного бака.
- Откачайте из мерного бака топливо, установив тумблер П7 на отметку «ОБРАТНЫЙ» и включите насос (П8 –«Пуск»).
3. Тарировка насоса
- кнопками 10 и 13 установить нулевые показания счётчика оборотов насоса и секундомера (не забудьте отжать эти кнопки после того, как установятся нулевые значения!). Для отдельной проверки требуется выполнить действия, указанные в пункте 1 (первые четыре пункта);
- вращая ручку регулятора частоты насоса 2 установите по тахометру 1 показания тахометра = 7500 об/мин.
- вращая ручку имитатора плотности топлива 8, поставьте его в положение, соответствующее плотности 0,8 (среднее положение);
- переведите тумблер П4 в положение «МЕРН» и следить за заполнением мерного бака. Когда уровень достигнет контрольного диапазона (между красными рисками), перевести тумблер П4 в положение «РАСХ». Запишите объём топлива по шкале мерного бака и показание счётчика.
- рассчитайте тарировочный коэффициент по формуле:
(9)
- в объёмных единицах;
(10)
- в массовых единицах.
Где N – показание счётчика;
V – объём топлива по шкале мерного бака;
- плотность топлива.
- Откачайте из мерного бака топливо, установив тумблер П7 на отметку «ОБРАТНЫЙ» и включите насос (П8 –«Пуск»).
4. Определение погрешности системы по мгновенному расходу
- кнопками 10 и 13 установить нулевые показания счётчика оборотов насоса и секундомера (не забудьте отжать эти кнопки после того, как установятся нулевые значения!). Для отдельной проверки требуется выполнить действия, указанные в пункте 1 (первые четыре пункта);
- переведите имитатор плотности топлива в любое положение (0,7; 0,8; 0,9);
- переведите тумблер П11 в положение «СИСТЕМА» (верх);
- с помощью ручки имитатора частоты насоса 2 установите УМРТ1-2т на первую числовую отметку;
- переведите переключатель П5 в положение «Датчик»;
- переведите переключатель П4 в положение «МЕРН» и следите за стрелкой индикатора УМРТ1-2т 3, поддерживая постоянство вращения ручкой 2. Когда уровень достигнет контрольного диапазона (между красными рисками), перевести тумблер П4 в положение «РАСХ». Запишите объём топлива по шкале мерного бака и время замера по секундомеру;
- если требуется, повторите аналогичные измерения для каждой оцифрованной отметки индикатора УМРТ1-2т, регулируя ручкой 2 расход топлива;
- откачайте из мерного бака топливо, установив тумблер П7 на отметку «ОБРАТНЫЙ» и включите насос (П8 –«Пуск»).
- подсчитайте погрешность на каждой проверяемой числовой отметке шкалы индикатора по формуле:
(11)
где 
- расход топлива по индикатору, кг/ч.
- конечное значение шкалы индикатора кг/ч.
- расход топлива по КПА, кг/ч.
кг/ч (12)
где V - объем топлива по шкале мерного бака, л.
p - плотность топлива в баке КПА, кг/ч.
Наибольшая погрешность, полученная при данной проверке не должна превышать +/- 3%.
5. Определение погрешности системы по суммарному расходу
- кнопками 10 и 13 установить нулевые показания счётчика оборотов насоса и секундомера (не забудьте отжать эти кнопки после того, как установятся нулевые значения!). Для отдельной проверки требуется выполнить действия, указанные в пункте 1 (первые четыре пункта), а также переведите тумблер П11 в положение «СИСТЕМА» (верх);
- переведите имитатор плотности топлива в положение сорта топлива, залитого в бак (0,7; 0,8; 0,9);
- ручкой регулятора частоты насоса установите максимальное по указателю УМРТ значение расхода топлива (7500 об/мин.);
- установите стрелку индикатора УСЗТ 4 на правый край конечной отметки шкалы (с помощью кремальеры 5 – на значение 50000 кг);
- поставьте переключатель П5 в положение «Комплект»;
- когда стрелка индикатора УСЗТ 4 пройдёт одно деление (1000 кг), переведите переключатель П5 в положение «ВЫКЛ» (для более точного отсчёта используйте показания цифрового дисплея – перевести переключатель П5 в положение «ВЫКЛ», когда на нём будет значение 49);
- подсчитайте погрешность комплекта по формуле:
(13)
где Gи - количество топлива, отработанное по шкале индикатора, кг;
Gк - конечное значение шкалы индикатора, кг;
Gкпа - количество топлива, прошедшее через датчик проверяемого комплекта, определяемое по формуле:
(14)
где p - плотность топлива, кг/л
n - показания счетчика оборотов насоса 20 (см. рис.8), об;
Кт - значение тарировочного коэффициента насоса КПА, приведенное в тарировочной таблице.
Погрешность комплекта, полученная при данной проверке не должна быть более +/- 3% от конечного значения шкалы индикатора.