Назначение
Системы автоматизированные информационно-измерительные «МАРС-МЕРА» (далее -Системы) предназначены для измерения параметров авиационных двигателей (силы от тяги двигателей, давления газа (воздуха), жидкостей, температуры газа (воздуха), жидкостей, частоты вращения роторов, массового расхода топлива, вибрации корпусов двигателей и относительной влажности воздуха) при испытаниях на стендах №№ 19, 21, 22 ОАО «НПО «САТУРН», г. Рыбинск.
Описание
Системы имеют модульную конструкцию, включающую в себя датчики, кондиционеры сигнала, аналого-цифровые преобразователи и цифровую аппаратуру «верхнего уровня» (специализированные платы, компьютеры со специализированным программным обеспечением, мониторы).
Конструктивно Системы состоят из 7-ми модулей, включающих в себя соответствующие измерительные каналы (ИК):
- модуль измерений силы от тяги двигателя (МИС);
- модуль измерений массового расхода топлива (МИРТ);
- модуль измерений давления газа (воздуха) и жидкостей (МИД);
- модуль измерений температур газа (воздуха), жидкостей (МИТ);
- модуль измерений частоты вращения роторов (МИЧВР);
- модуль измерений вибрации (МИВб);
- модуль измерений относительной влажности воздуха (МИВ).
Часть ИК не содержит первичных преобразователей, которые поставляются в составе испытываемого двигателя и подсоединяются к Системам только на период испытаний (например, МИЧВР, МИВб, МИТ - частично). Максимальное суммарное количество ИК по всем измерительным модулям составляет 31.
МИС содержит следующие элементы:
- динамометрическую платформу (ДМП), опирающуюся на 4-е упругие ленты;
- рабочий тензорезисторный датчик силы типа 2ТВС-20, работающий на сжатие. Питание моста датчика и аналого-цифровое преобразование его выходного сигнала осуществляется измерительным модулем МС-212;
- рычаг и градуировочные гири, предназначенные для градуировки МИС и создания силы подзагрузки на ДМП.
Сила от тяги двигателя, приложенная к ДМП, уравновешивается силой реакции рабочего датчика. Его выходной сигнал, пропорциональный силе от тяги, преобразуется в пропорциональный цифровой код. Последний в компьютере верхнего уровня с помощью градуировочной зависимости преобразуется в цифровой код измеряемой силы.
МИРТ включает в свой состав расходный бак (РБ), рычажную систему (РС), связывающую РБ с весовой головкой (ВГ), а также электронный блок замера расхода топлива (КЗРТ). Последний вырабатывает сигналы «Старт», «Стоп» при прохождении стрелки ВГ соответствующих точек шкалы ВГ. Упомянутые сигналы через модуль МС-401 поступают в ЭВМ, где преобразуются в цифровой код интервала времени, соответствующего выработке номинальной
лист 2
всего листов 9 массы топлива из РБ. Отношение указанной номинальной массы топлива к интервалу времени, равное массовому расходу топлива, определяется в компьютере верхнего уровня.
МИД предназначен для измерений давления воздуха на входе в двигатель и давлений газа и жидкостей по тракту двигателя. МИД включает в свой состав датчики давления моделей Сапфир 22ДД (измерение полного и статического давления на входе в двигатель), Сапфир 22ДИ (измерение избыточных давлений газа и жидкости по тракту двигателя). Токовые сигналы с выходов датчиков Сапфир 22 поступают в модуль МС-227С, где преобразуются в соответствующие цифровые коды. Последние (совместно с цифровым кодом барометра) поступают в компьютер верхнего уровня, где преобразуются на основании градуировочных характеристик в соответствующие цифровые коды абсолютных давлений.
МИТ предназначен для измерений температур воздуха на входе в двигатель, газа за турбиной и рабочих жидкостей. МИТ включает в себя:
- ИК электрического напряжения постоянного тока (на базе модуля МС 227К) работает с термопарой (ТП) типа Т-99-3 и колодкой компенсационной ПК-9Б, расположенными на двигателе. Электрическое напряжение с выхода ТП и ПК-9Б, соответствующее температуре газа за турбиной ГТД, поступает на вход модуля МС 227К, где преобразуется в соответствующий цифровой код. В компьютере верхнего уровня на основании градуировочных зависимостей вычисляется значение соответствующей температуры;
- ИК температуры воздуха на входе в двигатель и жидкостей по тракту двигателя состоят из ИК электрических сопротивлений (на базе модулей МС 227R) и термометров сопротивления (ТС) типа П77 или П63 соответственно. Электрическое сопротивление ТС, соответствующее измеряемой температуре, преобразуется в напряжение постоянного тока и поступает в компьютер верхнего уровня, где на основании градуировочных зависимостей вычисляется значение соответствующей температуры.
МИЧВР содержит ИК напряжения переменного тока (на базе модулей MC-451). Частотный сигнал с выхода датчика типа ДТЭ-5Т (ДТЭ-6Т), расположенного на двигателе, соответствующий частоте вращений ротора компрессора двигателя, поступает на вход модуля измерения частоты MC-451. Цифровой код с выхода модуля, соответствующий частоте сигнала, поступает в компьютер верхнего уровня Системы, где на основании градуировочной зависимости преобразуется в цифровой код частоты вращения ротора.
МИВб содержит ИК динамических сигналов (на базе модуля МС-201) и датчик вибраций типа МВ-25БВ, расположенный на двигателе. Аналоговый выходной сигнал датчика поступает на вход модуля МС-201, где преобразуются в соответствующий цифровой сигнал. Последний поступает в компьютер верхнего уровня, где подвергаются быстрому преобразованию Фурье с выделением амплитуды спектральной составляющей виброскорости на роторной частоте.
МИВ состоит из измерителя влажности и температуры ИВТМ-7, который по сетевому протоколу передает соответствующие цифровые данные в компьютер верхнего уровня системы, где на основании градуировочных характеристик ИВТМ-7 определяется относительная влажность воздуха на входе в двигатель.
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 Систем для дальнейшего преобразования их в цифровые коды упомянутых физических величин.
Модификации Системы отсутствуют.
Общий вид Системы представлен на рисунке 1.
Схема пломбировки от несанкционированного доступа приведена на рисунке 2 .
Рисунок 1 Общий вид Системы
Место пломбировки
Рисунок 2 Схема пломбировки от несанкционированного доступа
Программное обеспечение
Программное обеспечение (ПО) делится на несколько основных категорий:
- системные программы;
- оконные программы.
К системным программам относятся программы, взаимодействующие с измерительной аппаратурой и занимающиеся обменом информации между компьютерами в сети, а также программы для обслуживания рабочих сессий.
Оконные программы выполняют функции диспетчера программ, менеджера сессий, редактора базы данных стенда, занесения первичных данных, записи и просмотра трендов, регистрации точек, оценки динамических характеристик.
Идентификационные данные (признаки) метрологически значимой части ПО указаны в таблице 1.
Таблица 1
| Идентификационное наименование ПО | Номер версии (идентификаци-он-ный номер) ПО | Цифровой идентификатор ПО (кон-троль-ная сумма исполняемого кода) | Другие идентификационные данные | Алгоритм вычисления цифрового идентификатора ПО |
| ПОС-М НПП «Мера» | 2.28b 2003 | DOC7EF19 | _ | CRC32 |
Используемые программы защищены паролями, с заданной периодичностью выполняется резервное копирование файлов данных. Программный ключ защиты исполняемых файлов и файлов данных поставляется на внешней съемной флэш-памяти.
Уровень защиты ПО «С» по МИ 3286-2010 исключает возможность непреднамеренных и преднамеренных изменений ПО и измеренных данных.
Технические характеристики
Основные метрологические и технические характеристики Систем приведены в таблице 2.
Таблица 2
| Измеряемые параметры, количество измерительных каналов (ИК), единицы измерения | Диапазон измерений | Пределы допускаемой относительной (абсолютной*) погрешности |
| Сила от тяги, 1 ИК, кН | от 0 до 127 | ± 0,5 % от 0,5 Rmax 1) ± 0,5 % ИЗ2) |
| Массовый расход топлива, 1 ИК, кг/c | от 0,2 до 1,6 | ± 0,5 % от 0,5 Gmax ± 0,5 % ИЗ4) |
| Перепад между атмосферным и полным давлением воздуха на входе в ГТД, 1 ИК, кПа | от 0 до 2,5 | ± 50 Па |
| Перепад между атмосферным и статическим давлениями на входе в ГТД, 2 ИК, кПа | от 0,1 до 25 | ± (64...82) Па5) |
| Перепад давления газа по тракту ГТД относительно атмосферного давления, 7 ИК, кПа 1 ИК, кПа 2 ИК, кПа | от 0 до 160 от 0 до 600 от 0 до 2500 | ± 0,5 % ВП6) |
| Перепад давления жидкостей относительно атмосферного давления, 1 ИК, кПа 2 ИК, кПа 1 ИК, МПа 1 ИК, МПа | от 0 до 250 от 0 до 600 от 0 до 10 от 0 до 25 | ± 1,0 % ВП6) |
| Атмосферное давление, (1 ИК), кПа | от 60 до 110 | ±67 Па |
| Температура воздуха на входе в двигатель, 4 ИК, °С (К) | от минус 40 до плюс 40 (от 233 до 313) | ± 0,5 % ИЗ |
| Температура рабочих жидкостей, 2 ИК, °С | от минус 60 до плюс 120 | ± 1,5 % ВП |
| Электрическое напряжение постоянного тока, соответствующее значению температуры газа за турбиной ГТД, 1 ИК, мВ | от 0 до 2500 | ± 0,08 % ВП - по напряжению (± 1 % ВП - по температуре, с учетом погрешности ПП) |
| Частота переменного тока, соответствующая частоте вращения ротора компрессора, 2 ИК, Гц | от 10 до 11000 | ± 0,001 % ВП - по частоте переменного тока (± 0,15 % ВП - по частоте вращения ротора с учетом погрешности ПП) |
| Напряжения динамических сигналов, соответствующие вибрационной скорости корпуса ГТД, 3 | от 0,02 до 8,5 | ± 0,5 % ВП - по амплитуде электрического напряже- |
| Измеряемые параметры, количество измерительных каналов (ИК), единицы измерения | Диапазон измерений | Пределы допускаемой относительной (абсолютной*) погрешности |
| ИК, В | | ния ((10 - 12) % ВП - по амплитуде вибрационной скорости корпусов ГТД на роторной частоте, с учетом погрешности ПП) |
| Относительная влажность воздуха на входе в двигатель, 1 ИК, % | от 15 до 95 | ± 2 % |
Примечания:
1) В диапазоне (0 - 0,5)Rmax;
2) В диапазоне (0,5 - 1,0)Rmax;
3) В диапазоне (0 - 0,5)Gmax;
4) В диапазоне (0,5 - 1,0)Gmax;
5) Расчетный предел погрешности измерений параметра с учетом регламентируемых пределов погрешностей измерений перепада между атмосферным и полным давлением воздуха и полным и статическим давлениями на входе в ГТД;
6) С учетом погрешности измерений атмосферного давления.
Rmax — верхний предел (ВП) диапазона измерений силы;
Gmax — ВП диапазона измерений массового расхода топлива;
ИЗ - измеряемое значение;
ПП - первичный преобразователь.
Технические характеристики системы приведены ниже.
Диапазон рабочих температур, °С
• в пультовой................................................................................ от плюс 10 до плюс 30
• в испытательном боксе.............................................................. от минус 40 до плюс 40
Параметры электрического питания:
• напряжение, В ......................................................................от 187 до 242
• частота, Гц ..............................................................................от 49 до 51
• потребляемая мощность, кВ • А
Габаритные размеры (ширина х длина х высота), м, не более:
- модуль измерения силы 3 х 7 х 5;
- модуль измерения массового расхода топлива. 0,7 х 0,7 х 0,7;
- модуль измерения давления 0,5 х 0,5 х
- модуль измерения температуры 0,5 х 0,5 х
- модуль измерения относительной влажности 0,3 х 0,3 х
- модуль измерения частоты вращения роторов 0,3 х 0,3 х
- модуль измерения вибрационной скорости 0,3 х 0,3 х 0,3.
Знак утверждения типа
Знак утверждения типа наносится графическим способом на таблички, закрепленные на стойках Систем и типографским способом на титульный лист руководства по эксплуатации.
Комплектность
Комплектность Системы приведена в таблице 3.
Таблица 3
| Наименование | Кол-во | Примечание |
| ДМП, производство ОАО «НПО «Сатурн» | 1 | В составе МИС |
| Рычаг, производство ОАО «НПО «Сатурн» | 1 | В составе МИС |
| Датчик силы рабочий типа 2ТВС20 фирмы «Электроприбор» | 2 | В составе МИС |
| СЗРТ с весовой головкой ГАП-5-983, ГАП-5-1465 | 1 | В составе МИРТ |
| Датчики дифференциального давления Сапфир-22М-Ех-ДД-2430-02-У2-0,25/2,5 кПа (6,3; 10 кПа), Сапфир-22М-Ех-ДД-2430-02-У2-0,25/16к Па (25; 40кПа) фирмы ЗАО «ПГ «Метран» | 3 | В составе МИД |
| Датчик избыточного давления типа Сапфир-22М-Ех-ДИ-2140-02-У2-0,25/160 кПа (40; 250 кПа) фирмы «ПГ «Метран» | 7 | В составе МИД |
| Датчик избыточного давления типа Сапфир-22М-Ех-ДИ-2140-02-У2-0,5/250 кПа (40; 250 кПа) фирмы «ПГ «Метран» | 1 | В составе МИД |
| Датчик избыточного давления типа Сапфир-22М-Ех-ДИ-2150-02-У2-0,25/600 кПа (400; 2500 кПа) фирмы «ПГ «Метран» | 1 | В составе МИД |
| Датчик избыточного давления типа Сапфир-22М-Ех-ДИ-2150-02-У2-0,25/2500 кПа (400; 2500 кПа) фирмы «ПГ «Метран» | 2 | В составе МИД |
| Датчик избыточного давления типа Сапфир-22М-Ех-ДИ-2150-02-У2-0,5/600 кПа (400; 2500 кПа) фирмы «ПГ «Метран» | 2 | В составе МИД |
| Датчик избыточного давления типа Сапфир-22М-Ех-ДИ-2160-02-У2-0,5/10 МПа (2,5; 16 МПа) фирмы «ПГ «Метран» | 1 | В составе МИД |
| Датчик избыточного давления типа Сапфир-22М-Ех-ДИ-2170-02-У2-0,5/25 МПа (16; 100 МПа) фирмы «ПГ «Метран» | 1 | В составе МИД |
| Барометр регистрирующий сетевой БРС-1 фирмы ООО «БАРОМЕТР» | 1 | В составе МИД |
| Термометры сопротивления П-77, Класс B фирмы «Электроприбор» | 4 | В составе МИТ |
| Термометры сопротивления П-63, Класс B1 фирмы «Электроприбор» | 2 | В составе МИТ |
| Измеритель влажности и температуры ИВТМ-7 фирмы ОАО «Прак-тик-НЦ» | 1 на 3 стенда | В составе МИВ |
| Измерительный модуль типа МС-401, ООО «НПП «МЕРА» | 5 | В составе МИРТ |
| Измерительный модуль типа МС-212 , ООО «НПП «МЕРА» | 1 | В составе МИС |
| Измерительный модуль типа МС-227С , ООО «НПП «МЕРА» | 2 | В составе МИД |
| Измерительный модуль типа MC-227R , ООО «НПП «МЕРА» | 1 | В составе МИТ |
| Измерительный модуль типа МС-227К , ООО «НПП «МЕРА» | 2 | В составе МИТ |
| Измерительный модуль типа МС-451 , ООО «НПП «МЕРА» | 1 | В составе МИЧВР |
| Измерительный модуль типа МС-201 , ООО «НПП «МЕРА» | 1 | В составе МИВб |
| Источник бесперебойного питания UPS | 1 | |
| Усилитель - разветвитель сети HUB | 1 | |
| Шкаф (стойка) СВТ | 1 | |
| Кондиционер частотного сигнала | 2 | |
| Наименование | Кол-во | Примечание |
| Блок питания датчиков давления 22БП36 | 9 | |
| Операторская станция на базе компьютера типа Pentium | 1 | |
Поверка
Поверка осуществляется в соответствии с документом МП 57965-14 «Системы автоматизированные информационно-измерительные «МАРС-МЕРА». Методика поверки МП МАРС-МЕРА», утвержденным ГЦИ СИ ФГУП «ЦИАМ им. П.И.Баранова» в декабре 2013 г.
Идентификационные данные, а также процедура идентификации программного обеспечения приведены в разделе 4 документа «Руководство по эксплуатации»
Основные средства поверки:
1) Датчики весоизмерительные тензорезисторные Т2 (Госреестр № 53838-13), совместно с прибором весоизмерительным Микросим-06 (Госреестр № 25939-03).
2) Гири массой 100 кг класс точности М1 по ГОСТ OIML R111-1-2009.
3) Манометры грузопоршневые:
МВП-2,5; МП-6;МП-60;МП-600, класс точности 0,05 (Госреестр № 14737-00)
4) Мегаомметр Ф4102/2: диапазон измерения сопротивления от 0 до 2000 МОм, класс точности
1,5. (Госреестр № 9225-88).
5) Пробойная установка АИД-70: от 0 до50 кВ (Госреестр № № 34031-12).
6) Амперметр Э539 предел измерения силы тока от 0 до 5А кл.точности 0,5 (Госреестр № 995585) .
7) Вольтметр универсальный цифровой В7-38 Диапазон измерения напряжения от 10-5 до 300 В при измерении напряжения переменного тока частотой от 40 до 60 Гц. Погрешность не более ±(0,5+0,4Un/ Ux), где Un - верхний предел измерения, их-измеренное значение (показания прибора) (Госреестр № 8730-82).
8) Уровень с микроподачей ампулы Carl Zeiss (Госреестр № 10084-85).
9) Термометр стеклянный ртутный образцовый, диапазон измерения (0 ... 50) °С, ц.д. 0,1 оС (Госреестр № 303-91).
10) Набор гирь ГО-4-1110 , КГО-4-5 (Госреестр № 5603-76).
11) Калибратор давления типа DPI-610, фирмы «Druck» (Великобритания) диапазон
0 - 2 МПа, с внешним преобразователем избыточного давления (Госреестр № 2528970), погрешность ±0,15 % от ИВ (Госреестр № 16347-09).
12) Калибратор многофункциональный TRX - IIR):
- напряжение, мВ от минус 10 до плюс 100;
- сопротивление, Ом от 0 до 400;
- погрешность ± 0,01 % ИВ или ± 0,025% ИВ (Госреестр № 42789-09)
13) Весы электронные AD-5, 4 разряда, диапазон измерения от 0 до 5000 г (Госреестр № 5840
13) .
14) Генератор электрических сигналов Г3-110, диапазон частот 0.01Гц-2МГц, погрешность установки частоты 3*10-7(Госреестр № 5460-76).
15) Вольтметр В7-46/1, погрешность ±(0,15+0,05*(Ukx/Ux -1)) % (Госреестр № 11204-88).
18) Линейка измерительная металлическая 1-500 мм, мод. 188 (Госреестр № 9670).
Сведения о методах измерений
Руководство по эксплуатации «Системы автоматизированные информационно -измерительные «МАРС-МЕРА». РЭ МАРС-МЕРА», раздел 4.
Нормативные документы
ОСТ 1 01021-93 «Стенды для испытаний авиационных двигателей в наземных условиях. Общие технические требования»;
ГОСТ 8.558-2009 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений температуры»;
ГОСТ 8.017-79 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственный первичный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений избыточного давления до 250 МПа»;
ГОСТ 8.129-99 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений времени и частоты»;
МИ 2070-90 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений виброперемещения, виброскорости и виброускорения в диапазоне частот 340-1 - 2404 Гц».
ОТУ-2012 "Общие технические условия на изготовление, ремонт, приёмку и поставку авиационных двигателей для воздушных судов"
Техническая документация изготовителя:
Инструкция 217-25-0058-2005 «Система, автоматизированная информационно-измерительная «МАРС-МЕРА»
Рекомендации к применению
Выполнение работ по оценке соответствия промышленной продукции и продукции других видов, а также иных объектов установленным законодательством Российской Федерации обязательным требованиям.
