防爆型现场流量校准装置研制
中国航发西安动力控制科技有限公司是中国航发集团公司的直属单位，始建于1953年，是“一五”期间156个重点建设项目之一，是国家航空发动机燃油控制系统的科研生产基地。公司以航空发动机燃油与控制专业为核心专业，已发展成为国内门类齐全、产品型谱完整、厂所合一的航空动力燃油与控制系统科研、生产企业。公司建有国内领先的型号规范实验室和中国合格评定委员会认定的校准试验室，具有先进的数字化精密机械制造、特种工艺、计量检测能力和信息化管理能力。公司建立了完善的质量保证体系，取得了GB/T19001-2016、GJB9001C-2017、AS9100、ISO9001 等质量体系认证。近年来，公司先后荣获国家“高技术武器装备发展建设工程突出贡献奖”等荣誉称号。2006年被国家人事部授予博士后科研工作站，2010年被国家发改委授予国家级企业技术中心。
公司计量业务始于20世纪50年代，1989年成立独立业务部门，为三级国防计量技术机构，于2004年通过了中国合格评定国家认可委员会（CNAS）及国防实验室DILAC的认可。配备了国际先进水平的大型计量检测设备100多台套，计量固定资产总额为4100万元，拥有封闭式恒温厂房，恒温面积768平方米。在职职工347人，其中检验测试人员281人，计量校准人员66人。目前实验室经国防科技工业主管部门考核合格的计量标准24项。计量部门承担着公司及陕西区域部分军工及地方计量器具的量值传递及溯源工作，计量中心以雄厚的技术力量，一流的环境设备及人员素质，为国防建设和国民经济提供可靠的计量保证和良好服务。
一、背景情况
公司主要生产航空发动机各种燃油附件等产品，在发动机燃油附件测试中，流量传感器和流量实验台的系统校准具有重要的意义。现场环境下大量使用燃油作为工作介质，此前采用的检测设备为数据采集电箱和计算机组成的采集系统，在现场使用时存在一定局限性：测量数据易受现场干扰影响，现场使用220V电源供电存在防爆安全隐患，计算机现场使用故障率较高。
二、技术措施
本项目研制了一种防爆型现场流量校准装置，该装置的应用解决了上述困难。该装置采用嵌入式系统替代原有的计算机完成对信号处理，并将原系统的数据采集电路进行了集成化设计，制成一种具有防爆性能的现场流量校准设备。
该设备采用一体化设计，使用内置电池供电，能够在现场完成传感器信号的采集处理及相关的流量换算工作。图1为本项目成果，其中图左为测试样机，图右为该项目实物。
图1 本项目实物照片（右）和测试机（左）
本项目关键技术主要集中在对设备的防爆设计和现场使用设计，要求设备小型化和低工作电压。同时由于计量检测的特殊性，对测量准确度有较高的要求。在现场进行检测时，现场变频器、电机等干扰源对传感器微弱信号的干扰是技术瓶颈。本设备采用模块化设计，具有显示、信号处理隔离、数据处理、电源分配和升压、电池及充放电保护等多个模块，安装时将其整合在有限的空间内也对安装和减震系统的设计提出了较高的要求。整个系统软硬件均由计量技术团队成员完成，自主化程度高。系统结构框图如图2所示。
图2 系统框图
三、具体成效
本项目作为一种现场型计量检测设备，成效和效益主要体现在为公司现场生产提供计量保障和为陕西区域计量提供社会服务。通过对测量电路和测量算法的优化，大幅提升了流量测量过程中的准确度和读数稳定性等技术参数。通过体积的缩减和现场连接的简化，工作效率和安全性能也有了显著提升。
本项目获得国家发明专利一项，获厂级技术成果2等奖，另获分厂级成果、攻关奖若干。图3为防爆型现场流量校准装置与原有系统主要性能参数比较图。具体参数数据如表1所示。
图3 本设备与原测量系统参数比较
四、感受体会
通过本项目，最大的体会在于要充分整合并利用现有的技术力量和设备资源为质量提升服务。以本项目为例，技术方面，能够完成小型嵌入式系统的开发和软件编写，也能够自制中等规模数模电路，掌握了流量测试的数据和参数。设备方面，拥有高精度的铣削加工设备，也有目前流行的3D打印成型设备（图4为3D打印的电池支架及部分减震连接件）。通过整合现有的设备和技术资源，结合现场的实际需求，就能够孕育出符合现场需求的技术成果。
图4 部分3D打印结构
公司有不断扩充的先进设备和不断增长的技术储备，但也有不断出现的各种质量问题和检测难题，必须不断运用手中的资源解决难题，保障质量。办法总比困难多，关键在于发现问题的眼睛和解决问题的决心。
本项目后续规划主要为技术的推广应用，现场存在大量使用计算机作为数据处理的检测设备。新兴的嵌入式系统具有功耗低，安全性好等突出优点。虽然发展前期存在算力不足的弊端，但随着嵌入式系统的发展和进步，现场测量领域中的数据处理任务逐步由嵌入式系统接管已经成为大的发展趋势。在这种情况下，一些老旧的使用计算机的测量系统，完全可以通过本项目技术的推广焕发新的生机，从而继续更好地为产品质量的监管和提升提供服务。