Назначение
Система автоматизированная информационно-измерительная «СПРУТ УВ-3К» (далее по тексту - Система) предназначена для измерений параметров авиационных двигателей, систем и агрегатов: силы от тяги двигателя; крутящего момента на валу двигателя; давления газообразных и жидких сред; частоты вращения роторов (частоты электрического сигнала, соответствующего частоте вращения роторов); расхода (массового расхода топлива и частоты электрического сигнала, соответствующего объемному расходу (прокачке) жидкостей); электрических сигналов (напряжения постоянного тока и сопротивления постоянному току), соответствующих значениям температуры в диапазоне преобразований первичных преобразователей (ПП) термоэлектрического типа - ТХА (К), ТХК (L) и терморезистивного типа - ТСП, ТСМ; температуры холодного спая и относительной влажности воздуха при испытаниях на стенде УВ-3К ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова», г. Москва.
Описание
Система имеет разветвлённую структуру, включающую в себя датчики, нормализаторы сигналов, аналого-цифровые преобразователи, кабельные каналы передачи информации и цифровую аппаратуру «верхнего уровня» (специализированные модули приёма и преобразования электрических сигналов, компьютер со специализированным программным обеспечением, средства отображения и передачи информации).
Принцип работы Системы заключается в преобразовании измеряемых параметров газотурбинных двигателей (ГТД) датчиками в соответствующие электрические сигналы, преобразовании электрических сигналов в цифровые коды и передаче последних в персональный компьютер (ПК) верхнего уровня Системы для дальнейшего преобразования их в цифровые коды упомянутых физических величин.
Функционально Система состоят из модулей, включающих в себя соответствующие измерительные каналы (ИК):
- модуль измерений давления газа (воздуха) и жидкостей (МИД);
- модуль измерений температур газа (воздуха), жидкостей (МИТ);
- модуль измерений расхода жидкостей (МИРЖ);
- модуль измерений частоты вращения роторов (МИЧВР);
- модуль измерений относительной влажности (МИВ);
- модуль измерений силы от тяги двигателя (МИС);
- модуль измерений крутящего момента силы (МИСКМ).
МИД предназначен для измерения давлений и перепадов давлений в газовоздушных и гидравлических каналах и полостях стенда и двигателя. МИД включает в свой состав виброчастотные ПП абсолютного давления БРС-1М-3, тензометрические ПП абсолютного давления ADZ, WIKA, тензометрические и емкостные ПП избыточного и дифференциального давления ADZ, Autrol, а также измерительные модули LTR27, LTR11, LTR51 и устройство связи с объектом (УСО) фирмы «Л КАРД», с помощью которых аналоговые выходные
Лист № 2 Всего листов 10
сигналы 1111 преобразуются в цифровые коды. Для обработки выходных сигналов напряжения постоянного тока (датчики БРС-1М, ADZ, WIKA), используются измерительные модули LTR11. Обработка выходных сигналов силы постоянного тока (Autrol, WIKA) осуществляется субмодулем H-27I20 модуля LTR27.
Цифровые коды, полученные при обработке сигналов датчиков, через канал обмена данными УСО вводятся в компьютер, где на основании известных градуировочных характеристик преобразуются в цифровой код давления.
МИТ предназначен для измерения напряжения постоянного тока и сопротивления постоянному току, соответствующих значениям температуры в диапазоне преобразований ПП:
- термопреобразователей сопротивления типа ТСП, ТСМ;
- термоэлектрических преобразователей (термопар) типа ТХА (К), ТХК (L).
Измерение сопротивлений, соответствующих температурам, производится по 4-х
проводной схеме с использованием измерительных модулей LTR27, на которых установлены субмодули H-27R100 и H-27R250, обеспечивающие стабилизированное питание и преобразование аналоговых сигналов 11 в цифровые коды. Цифровые коды через канал обмена данными УСО вводятся в компьютер для регистрации и дальнейшей обработки.
Измерение напряжения постоянного тока, соответствующего температуре, осуществляется на базе измерительных модулей LTR27, на которых установлены субмодули Н-27Т.
Для измерения температур «холодных» спаев для групп термопар, располагаемых в термостабилизированных клеммных коробках, в МИТ реализован отдельный ИК на базе термометра сопротивления.
МИРЖ включает две подсистемы: модуль измерений массового расхода топлива (МИМРТ) и модуль измерений частоты переменного тока, соответствующей объёмному расходу (прокачке) жидкости (МИОРЖ).
Измерение массового расхода топлива в модуле МИМРТ осуществляется с помощью массового расходомера Promass 80F. Выходной сигнал расходомера поступает на субмодуль H-27I20 измерительного модуля LTR27 системного УСО, преобразовывается в цифровой сигнал и через канал обмена данными вводится в компьютер, где на основании известных градуировочных характеристик преобразуются в цифровой код, соответствующий величине массового расхода топлива.
Измерение частоты переменного тока, соответствующей объемному расходу (прокачке) жидкости, осуществляется с помощью нормализатора сигналов МЕ-401 и измерительного модуля LTR51. Нормализатор МЕ-401 усиливает и преобразует синусоидальный сигнал в импульсный сигнал TTL-уровня. Измерительный модуль LTR51 с помощью субмодуля Н-51FL преобразует этот сигнал в цифровой сигнал. Цифровой сигнал через канал обмена данными УСО вводится в компьютер, где на основании известных градуировочных характеристик преобразуются в цифровой код, соответствующий величине объёмного расхода жидкостей.
МИЧВР предназначен для измерения частоты электрического сигнала, соответствующей частоте вращения роторов. Частотный сигнал преобразуется в нормализаторе сигналов МЕ-401 в импульсный сигнал TTL-уровня, который далее поступает на вход измерительного модуля LTR51, где преобразуется в цифровой код. Цифровой код частоты сигнала поступает в компьютер, где с использованием известной градуировочной зависимости преобразуется в цифровой код физической величины - частоты вращения роторов двигателя.
МИВ реализован на основе преобразователя влажности и температуры EE23. Величина относительной влажности, измеряемая преобразователем в месте установки его чувствительного элемента, преобразуется в токовый выходной сигнал. Этот сигнал трансформируется субмодулем H-27I20 модуля LTR27 системного УСО в цифровой код и через канал обмена данными вводится в компьютер, где на основании известной градуировочной характеристики преобразуются в цифровой код, соответствующий величине относительной влажности.
Лист № 3 Всего листов 10
МИС работает следующим образом: сила от тяги двигателя уравновешивается силой реакции тензорезистивного датчика типа С2, включённого в систему измерений по мостовой схеме. Питание датчика и преобразование выходного сигнала датчика в цифровой код, пропорциональный силе от тяги, осуществляются модулем LTR212. Полученный цифровой код вводится в компьютер, где на основании известной градуировочной характеристики преобразуются в цифровой код, соответствующий величине силы от тяги двигателя.
МИСКМ предназначен для измерения крутящего момента на валу двигателя и включает в себя гидротормоз (ГТ) типа PTI50X02 фирмы Power Test с рычажным устройством. Использование ГТ позволяет имитировать характеристики реального воздушного винта и основано на использовании сопротивления, возникающего при вращении дисков гидротормоза в воде. Тормозящий момент, воздействующий на диски, вращающиеся в кожухе с водой, зависит от толщины слоя воды и через воду передаётся на сам кожух. Момент, передаваемый на кожух, уравновешивается силой реакции тензометрического датчика Vishay, жёстко связанного одним концом (через систему рычагов) с кожухом, а другим - со станиной ГТ. Питание датчика и преобразование выходного сигнала датчика в цифровой код осуществляются модулем LTR212. Полученный цифровой код вводится в компьютер, где на основании известной градуировочной характеристики преобразуются в цифровой код, соответствующий крутящему моменту силы.
Рисунок 2 - Схема пломбировки от несанкционированного доступа Программное обеспечение
Программное обеспечение Системы формируется двумя уровнями программных средств. Нижний уровень, поставляемый фирмой-разработчиком аппаратных средств (ООО «Л КАРД»), отвечает за обмен информацией первичных преобразователей с модулями измерительной установки LTR. Верхний проблемно-ориентированный пакет программ (ПО СПРУТ/W), разработанный специалистами ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова», предназначен для обслуживания испытаний различных типов двигателей и их узлов.
ПО СПРУТ/W обеспечивает выполнение следующих основных функций:
- подготовку и настройку Системы к проведению испытаний различных объектов;
- градуировку измерительных каналов;
- регистрацию величин измеряемых параметров на установившихся и переходных режимах;
- обработку результатов измерений по программам пользователя;
- настройку форм представления и отображения измеренных и расчетных величин на экране дисплея (таблицы, графики, гистограммы и т.д.);
- постэкспериментальную обработку и анализ результатов испытаний;
- организацию и обслуживание баз данных экспериментальной информации.
Программное обеспечение построено по модульному принципу и позволяет из отдельных независимых частей программного пакета в диалоговом режиме формировать интерфейс, который в наибольшей степени подходит для решения конкретной задачи.
Пакет базируется на максимальном использовании общепризнанных стандартов. Обмен данными с другими приложениями для WINDOWS осуществляется при помощи механизмов OLE (Object Linking and Embedding) и DDE (Dynamic Data Exchange). Для работы с базами данных применяются ODBC (Open DateBase Connectivity) и язык запросов SQL (Structured Query Language).
ПО может работать в программной среде операционных систем «Windows XP» или «Windows 7» (фирма «Microsoft»).
Метрологически значимая часть ПО и измеренные данные достаточно защищены с помощью специальных средств защиты от непреднамеренных и преднамеренных изменений.
Защита ПО от непреднамеренных и преднамеренных изменений соответствует уровню «высокий» по Р 50.2.077 - 2014.
Идентификационные данные (признаки) ПО при работе в ОС «Windows XP» указаны в таблице 1.
Таблица 1 - Идентификационные данные программного обеспечения
| Идентификационные данные (признаки) | Значение |
| Идентификационное наименование ПО | «СПРУТ/W - СПО» |
| Номер версии (идентификационный номер) ПО | 7.5 |
| Цифровой идентификатор ПО | B7CDDD95966836BB2D707BE95829C9EC |
| Алгоритм вычисления идентификатора | MD5 |
Технические характеристики
Основные метрологические характеристики Системы приведены в таблице 2.
| Физические параметры (обозначение) | Измеряемые величины | Значение входного сигнала | Пределы допускаемой погрешности | Кол-во каналов |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| ИК силы от тяги двигателя |
| Сила от тяги двигателя | Сила от тяги двигателя | от 1 до 10 кН | у: ± 0,5 % от ВП | 1 |
| от 10 до 20 кН | 5: ± 0,5 % от ИЗ |
| ИК крутящего момента силы |
| Крутящий момент силы | Крутящий момент силы | от 300 до 1500 Н-м | у: ± 0,5 % от ВП | 1 |
| от 1500 до 3000 Н-м | 5: ± 0,5 % от ИЗ |
| ИК массового и объёмного расхода |
| Массовый расход топлива | Массовый расход | от 50 до 2000 кг/ч | 5: ± 0,3 % от ИЗ | 1 |
| Частота переменного тока, соответствующая прокачке масла | Частота переменного тока | от 0,02 до 0,5 кГц | 5: ± 0,1 % от ИЗ | 1 |
| ИК абсолютного, избыточного и дифференциального давлений |
| Перепад давления воздуха на входе в РМУ | Дифференциальное давление | от 0,2 кПа до 35 кПа | у: ± 0,3 % от ВП | 3 |
| Атмосферное давление | Абсолютное давление | от 20 до 110 кПа | А: ±67 Па | 1 |
| Полное давление воздуха во входном трубопроводе | от 20 до 200 кПа | 5: ± 0,3 % от ИЗ | 1 |
| Базовое (опорное) давление воздуха в барокамере | от 20 до 200 кПа | 5: ± 0,3 % от ИЗ | 1 |
| Полное давление на входе в РМУ | от 20 до 200 кПа | 5: ± 0,3 % от ИЗ | 3 |
| Давление газов за свободной турбиной | от 20 до 160 кПа | 5: ± 0,3 % от ИЗ | 4 |
| Статическое давление газов на срезе сопла | от 20 до 160 кПа | 5: ± 0,3 % от ИЗ | 3 |
| Давления воздуха за КВД | Избыточное давление | от 20 кПа до 2 МПа | у: ± 0,3 % от ВП | 4 |
| Давления воздуха за КНД | от 20 кПа до 400 кПа | у: ± 0,3 % от ВП | 4 |
| Давление топлива в магистрали | от 20 до 300 кПа | у: ± 1 % от ВП | 1 |
| Давление топлива на входе в двигатель | от 20 до 300 кПа | у: ± 1 % от ВП | 1 |
| Давление топлива в коллекторах | от 0 до 8 МПа | у: ± 1 % от ВП | 2 |
| Давление топлива перед РТ | от 0 до 6 МПа | у: ± 1 % от ВП | 1 |
| Давление масла в полостях и опорах двигателя | от 0 до 500 кПа | у: ± 1 % от ВП | 5 |
| Давление масла на входе и выходе МФ | Избыточное давление | от 0 до 1 МПа | у: ± 1 % от ВП | 2 |
| Давление воздуха в системе запуска | от 0 до 600 кПа | у: ± 1 % от ВП | 2 |
| от 0 до 10 МПа | 1 |
| Давление гидросмеси в сливной магистрали | от 0 до 6 МПа | у: ± 1 % от ВП | 1 |
| ИК электрических сигналов (напряжения постоянного тока и сопротивления постоянному току), соответствующих значениям температуры в диапазоне преобразований 1111 термоэлектрического типа ТХА (К), ТХК (L) и терморезистивного типа ТСП, ТСМ; ИК температуры холодного спая |
| Температура воздуха (газа) по тракту ГТД в диапазоне от 213 до 1473 К | Напряжение постоянного тока | от -5 до +50 мВ | у: ± 0,1 % от ВП | 15 |
| Сопротивление постоянного тока | от 35 до 250 Ом | у: ± 0,05 % от ВП | 7 |
| Температура воздуха (газа) в газовоздушных трактах стендовых и вспомогательных систем и агрегатов в диапазоне от 213 до 873 К | Напряжение постоянного тока | от -5 до +50 мВ | у: ± 0,1 % от ВП | 8 |
| Сопротивление постоянного тока | от 35 до 250 Ом | у: ± 0,05 % от ВП | 1 |
| Температура корпусов и деталей в диапазоне от 213 до 473 К | Напряжение постоянного тока | от -5 до +50 мВ | у: ± 0,1 % от ВП | 3 |
| Температура холодного спая в диапазоне от 263 до 303 К | Температура | от -10 до +30 °С | А: ±(0,5 + 0,002-|t|) °C, где t - измеренное значение | 1 |
| ИК частоты переменного тока, соответствующей частоте вращения |
| Частота электрического сигнала датчиков вращения роторов ГТД, соответствующая частотам вращения валов ГТД и вспомогательных устройств | Частота переменного тока | от 10 до 2500 Гц | 5: ± 0,1 % от ИЗ | 3 |
| ИК относительной влажности |
| Относительная влажность воздуха (газа) | Относительная влажность | от 0 до 100 % | у: ± 2 % от ВП | 1 |
Примечания:
Y - приведенная погрешность;
5 - относительная погрешность;
А - абсолютная погрешность.
ВП - верхний предел диапазона измерений;
ИЗ - измеряемое значение;
Погрешности измерения установившихся значений параметров, выраженные в процентах от измеренного значения (ИЗ), определяются в диапазоне режимов работы от максимального значения тяги ГТД до 0,5 значения этих параметров на бесфорсажном режиме; в остальном диапазоне пониженных режимов - с указанной относительной погрешностью от максимального значения параметра, соответствующего верхнему пределу этого диапазона.
| Наименование характеристики | Значение |
| Параметры электрического питания: |
| - напряжение переменного тока, В - частота переменного тока, Гц | 220+22 50+1,0 |
| Потребляемая мощность, ВА, не более | 2000 |
| Габаритные размеры составных частей средства измерений, мм, (высотахширинахдлина), не более: |
| - модуль измерений силы - модуль измерений силы от крутящего момента - модуль измерений массового расхода топлива - модуль измерений давления - модуль измерений температуры - модуль измерений частоты вращения роторов - модуль измерений относительной влажности | 500 х 1270 х 8500 1000 х1500 х 1500 700 х 700 х 700 500 х 500 х 500 500 х 500 х 500 340 х 300 х 300 135 х 120 х 70 |
| Условия эксплуатации оборудования Системы в помещении пультовой и измерительном зале |
| - температура воздуха, °С - относительная влажность воздуха при температуре +25 °С, % - атмосферное давление, кПа | от 15 до 30 от 30 до 80 от 84 до 106 |
| Условия эксплуатации оборудования Системы, размещенного в испытательном боксе |
| - температура воздуха, °С - относительная влажность воздуха при температуре +25 °С, % - атмосферное давление, кПа | от -60 до 60 до 90 от 70 до 106 |
| Срок службы, лет, не менее | 10 |
Знак утверждения типа
наносится типографским способом на титульный лист руководства по эксплуатации и на верхний левый угол шкафа приборного в виде наклейки.
Комплектность
Таблица 4 - Комплектность средства измерений
| Наименование (номер в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений) | Кол- во | Примечание |
| Датчик весоизмерительный тензорезистивный С, модификация С2-0.5-С2 (53636-13) | 1 | В составе МИС |
| Гидротормоз PTI50X02 фирмы «Power Test» | 1 | В составе МИСКМ |
| Тензометрический датчик Vishay, модель 3410 (58367-14) | 1 | В составе МИСКМ |
| Барометр рабочий сетевой БРС-1М-3 (16006-97) | 1 | В составе МИД |
| Преобразователи давления AUTROL, модель APT3100 (37667-13) | 3 | В составе МИД |
| Преобразователи давления AUTROL, модель APT3200 (37667-13) | 5 | В составе МИД |
| Преобразователи давления WIKA, модель P-30 (54410-13) | 7 | В составе МИД |
| Датчики избыточного давления ADZ-SiMX-20.0-g-6 (49870-12) | 13 | В составе МИД |
| Датчики избыточного давления ADZ-SML-20.0-g-1 (49870-12) | 2 | В составе МИД |
| Датчики избыточного давления ADZ-SiMX-20.0-g-25 (49870-12) | 4 | В составе МИД |
| Датчики избыточного давления ADZ-SML-20.0-g-6 (49870-12) | 2 | В составе МИД |
| Датчики избыточного давления ADZ-SML-20.0-g-10 (49870-12) | 3 | В составе МИД |
| Расходомер массовый Promass 80F (15201-11) | 1 | В составе МИРЖ |
| Нормализаторы сигналов одноканальные МЕ-401 фирмы ООО «НЛП «МЕРА» (20859-09) | 2 | В составе МИРЖ и МИЧВР |
| Термопреобразователь сопротивления платиновый ТСП-Н, класс | 1 | В составе МИТ |
| допуска А по ГОСТ 6651-2009 (38959-12) | | |
| Преобразователь влажности и температуры EE23 (62021-15) | 1 | В составе МИВ |
Продолжение таблицы 4
| Измерительные модули LTR11 (35234-15) | 4 | В составе МИД |
| Измерительный модуль LTR212 (35234-15) | 1 | В составе МИС и МИСКМ |
| Измерительные модули LTR27 (35234-15) | 7 | В составе МИТ, МИД, МИРЖ и МИВ |
| Измерительный модуль LTR51 (35234-15) | 1 | В составе МИС и МИЧВР |
| Установка измерительная LTR, модель LTR-U-16-1 (35234-15) | 1 | |
| Источник бесперебойного питания фирмы APC модель Back-UPS RS-1500VA | 1 | |
| Усилитель - разветвитель сети HUB | 1 | |
| Блок питания датчиков давления АТН-2235 фирмы «Актаком» | 2 | |
| Рабочее место операторы на базе ПК | 1 | |
| Руководство по эксплуатации | 1 | РЭ СПРУТ УВ-3К |
| Методика поверки | 1 | МП СПРУТ УВ-3К |
Сведения о методах измерений
приведены в разделе 4 руководства по эксплуатации.
Нормативные документы, устанавливающие требования к Системе
ОСТ 1 01021-93 Стенды испытательные авиационных газотурбинных двигателей. Общие требования;
ГОСТ Р 8.596-2002 ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Общие положения;
ГОСТ 8.027-2001 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений постоянного электрического напряжения и электродвижущей силы;
ГОСТ Р 8.840-2013 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений абсолютного давления в диапазоне 1 - 1106 Па;
ГОСТ 8.547-2009 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений влажности газов;
Приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 01 октября 2018 г. № 2091 Об утверждении государственной поверочной схемы для средств измерений силы постоянного тока в диапазоне от 1-10-16 до 100 А;
Приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 31 июля 2018 г. № 1621 Об утверждении государственной поверочной схемы для средств измерений времени и частоты;
Приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 февраля 2016 г. № 146 Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений электрического сопротивления;
Приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 22 октября 2019 г. № 2498 Об утверждении государственной поверочной схемы для средств измерений силы;
Приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 07 февраля 2018 г. № 256 Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений массы и объема жидкости в потоке, объема жидкости и вместимости при статических измерениях, массового и объемного расходов жидкости;
Приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29 июня 2018 г. № 1339 Об утверждении государственной поверочной схемы для средств измерений избыточного давления до 4000 МПа.
82477-21: Методика поверки МП СПРУТ УВ-ЗКСкачать23.9 Мб