一种基于STC单片机的正负压测漏系统设计

2012年1月第40卷第2期机床与液压MACHINETOOLHYDRAULICSJAN2012VO140NO2DOI103969JISSN10013881201202022一种基于STC单片机的正负压测漏系统设计钟丽琼，胡浩，杨明华1贵阳学院机电系，贵州贵阳550003；2贵州省光电子技术及应用重点实验室，贵州贵阳550025；3贵州大学机械工程学院，贵州贵阳550003摘要介绍一种基于STC单片机的正负压测漏系统。通过对现有气压测漏仪的研究，设计出能实现正负压综合检测的气动系统；以STC89C52RC单片机为核心控制单元，设计了测漏系统的控制部分；分析实验结果，得出检测过程符合泄漏规律的结论。因此该正负压测漏系统能够实现对密封件的检测。关键词STC单片机；正负压；测漏仪；气动系统中图分类号TH813文献标识码B文章编号10013881201220623DESIGN_OFAPOSITIVEANDNEGATIVEPRESSURELEAKDETECTIONSYSTEMBASEDONSTCMICROPROCESSORZHONGLIQIONG，HUHAO，YANGMINGHUA1MECHANICALANDELECTRONICDEPARTMENT，GUIYANGCOLLEGE，GUIYANGGUIZHOU550003，CHINA；2THEKEYLABORATORYFORPHOTOELECTRICTECHNOLOGYANDAPPLICATIONOFGUIZHOUPROVINCE，GUIYANGGUIZHOU550025，CHINA；3SCHOOLOFMECHANICALENGINEERING，GUIZHOUUNIVERSITY，GUIYANGGUIZHOU550003，CHINAABSTRACTANEWPOSITIVEANDNEGATIVEPRESSURELEAKDETECTIONSYSTEMBASEDONSTCMICROPROCESSORWASINTRODUCEDBYANALYZINGPRESENTPRESSURELEAKDETECTOR，THEPNEUMATICSYSTEMWHICHCOULDBEAPPLIEDINCASEOFPOSITIVEANDNEGATIVEPRESSURECOMPREHENSIVETESTINGWASDESIGNEDBYTHESTC89C52RCMICROPROCESSORASTHECORECONTROLUNIT，THECONTROLSECTIONOFTHISLEAKDETECTORWASDESIGNEDTHEEXPERIMENTALRESULTSWEREANALYZED，ANDTHECONCLUSIONWASTHATTHELEAKDETECTIONPROCESSMETTHELEAKRULESSOTHISSYSTEMCANBEUSEDTOTESTSEALSKEYWORDSSTCMICROPROCESSOR；POSITIVEANDNEGATIVEPRESSURE；LEAKDETECTOR；PNEUMATICSYSTEM气压测漏仪作为一种重要的密封件检测仪器，已经广泛应用于工业生产中。而差压测漏仪又是一种在工业生产中应用得最多的气压检漏仪，其工作原理是利用差压传感器，感应出被测件相对于标准件的压力变化量，再通过对输出信号进行处理，读出其具体数值，从而确定被测件是否存在泄漏。现今，能提供给生产厂家的差压侧漏仪只有正压侧漏仪和负压侧漏仪两种单功能测漏仪，国内学者也对单功能测漏仪进行了大量的研。但对于需要正压与负压综合检测的密封件而言，就需要同时购买两个单功能测漏仪来满足工件的检测要求，显然这会使生产成本增加，同时还使检测操作复杂化、降低生产效率。基于此原因，作者提出了一种基于STC单片机的正负压测漏系统，该系统使正压与负压检测有机地结合在一起，并通过STC单片机进行控制，从而实现降低检测成本、减少检测工作量、提高检测效率的目的。1气动系统设计首先设计出了能实现正负压综合检测的气动系统回路图图1。L气源2、2O一过滤器3、L8一减压阀4，5，79，11，L3、L4、L9_一二位二通换向阀6、12一被测件8、L6_消声器LO一压力传感器L5单向阀L7一真空发生器图1气动系统回路图该回路采用了对称式结构，主要考虑到检测过程中检测系统会受到一些外界因素如充气时被测件内的温度会升高，充气时被测件及检测管路会产生应收稿日期20101221基金项目贵州省科学技术基金项目【2010】2280；贵州大学自然科学青年科研基金项目2OO9O41作者简介钟丽琼1981一，女，硕士研究生，助教，主要从事机械制造方面的研究。EMAILHAOHU0105126CORN。第2期钟丽琼等一种基于STC单片机的正负压测漏系统设计63力变形等的影响，通过这种设计方式可以对这些因素产生的影响进行一些补偿，从而大大降低系统的检测误差。由图1可以看出该气动系统由正压检测部分、负压检测部分及公用部分组合而成。检测过程分正压检测与负压检测两个步骤完成1正压检测分为充气、平衡、检测、排气4个阶段，首先使气源处的压缩空气充入到被测件和标准件中，进行一段时间的保压平衡，然后通过压力传感器的示值变化判断是否存在泄漏，最后排除容器内压缩气体，进入下一生产环节；2负压检测也分为4个阶段第一阶段是抽真空，此过程由真空发生器完成；第二阶段为平衡，因为容器壁和内部元件等材料的表面会吸附一定量的气体分子，材料的内部还会溶解一定量的气体分子，当真空形成时，这些气体分子会逸出，影响容器内的压力稳定，所以需要进行一段时间的保压平衡；第三阶段为检测，通过观测判断容器是否存在泄漏；第四阶段为回复，让空气流入容器中，破坏其真空状态，从而完成整个检测环节。2系统硬件设计21单片机在系统中，主要是以STC89C52RC为核心的控制单元。STC系列单片机是由STMICROELECTRONICS公司生产，STC89C52RC单片机工作电压为5534V5V单片机或3820V3V单片机，最高频率时钟为80MHZ，FLASH存储器为8KB，RAM为512B，可反复擦写编程；工作温度范围是4080，内置看门狗电路，内部电源供电系统、时钟电路和复位电路都经过特殊处理；“6时钟机器周期”和“12时钟机器周期”可在ISP编程时反复设置。其突出的优点是性价比高，完全兼容ATMEL公司的51单片机，无法解密、低功耗、高速、高可靠、强抗静电、强抗干扰等。因此，该系统选用STC89C52RC单片机进行控制。22差压传感器差压传感器选用能实现正负压检测的电容式薄膜结构传感器，其负压量程可达到一010MPA，正压量程可达到10KPA一70MPA。电容式差压传感器由中心测量膜片与固定电极构成两个可变电容，由两个可变电容组成一个可变电容桥，无压差存在时C1C2K6SD0式中为极板间介质的介电常数，S为极板面积，K为系数。而当被测介质的高、低压力分别通人高、低压室，作用在隔离膜片的压力信号传送到中心测量膜片上时，作用在其两侧的压力差使中心测量膜片产生一个对应于压力差的变形位移量AD，这个位移量与所测压力差成正比，即ADK。P这个位移使可变电容产生相应的电容变化，此时C1K6SD0AAC2SDOAD利用差动电容检测原理，电子线路检测到可变电容桥的变化并放大转换成标准的电信号输出，输出值为AI，2一，1C2一C1IOC2一C。C2C1式中，。C。C，为一常数。把C、C值代入上式即得AIKP，D。P并且在现场指针表上显示差压值。其工作原理如图2所示。图2差压传感器工作原理图因为电容式差压传感器具有结构简单、灵敏度高、动态响应特性好、抗过载能力强、对高温、辐射和强烈振动等恶劣条件适应性强等优点，所以越来越受到业界的重视和青睐，已应用于石油、化工、电力、冶金、轻工、食品、环保、锅炉控制、带压容器测量等领域。3系统软件设计系统主流程图如图3所示。图3系统流程图64机床与液压第40卷系统在检测过程中，首先输入预定的参数值，对于正压检测过程，主要包括充气要达到的压力值、平衡时间、检测时间、判断是否泄漏的压力变化量等；对于负压检测过程，主要包括抽气时系统达到的真空度、平衡时间、检测时间、判断是否泄漏的压力变化量等。当正压测试结果合格系统排气结束试验，系统复原后进入负压检测环节，不合格报警排气结束试验，完成一次检测。根据图3所示系统流程图，运用汇编语言编写出其运行程序。4实验分析系统进入正压检测阶段，首先对被测件与标准件同时充入一定压力的压缩气体该实验充入压力为03MPA的压缩气体，达到某一预定压力值后，再经过一段时问的平衡即进入到检测阶段。表1所示即为检测某存在微小泄漏的密封件时，检测阶段其压力的变化情况。表1正压检测压力变化从表1不难看出充入03MPA的压缩气体，容器内的最大压力值就会小于03MPA，这是由系统本身的损耗造成的。当平衡一段时间进入检测阶段后，选定了3个时间点进行读数，每个读数点的时间间隔相同。从表1的3次压力值变化可看出其压力变化量越来越小，这主要是由于初期容器内外压差最大，从内而外的泄漏速率就会越大，到后期时，压差变小，会使泄漏速率减小。而容器容积越大时，其压力变化量没有小容积的压力变化量大，这主要是因为大容积的初始内部压力值要低于小容积容器，同时检测过程中其内外压差也不是太大，因此出现了表1中反映的数值。系统进入负压检测阶段，首先对被测件与标准件同时抽真空该实验中其真空度达到1OPA，即低真空区域，经过一段时间的平衡后其检测阶段压力的变化情况如表2所示。表2负压检测压力变化当平衡一段时间进入检测阶段后，同样选定了3个时间点进行读数，每个读数点的时间间隔相同。从表2的3次压力值变化可看出其压力变化量也越来越小，这主要是由于初期容器内外压差最大，从外而内的泄漏速率越大，到后期压差变小，会使泄漏速率减小。同时，在容器壁的材料表面上附着的气体分子及材料内溶解的气体分子，会在检测初期大量溢出，从而使初期的压力变化量更加明显。当容器容积越大时，其初期溢出的分子量大于小容积容器，其从外而内的进气量与小容积容器近似相同，但由于其容积较大，所以其压力变化量就会略小于小容积容器，这一点从表2中的数值也能反映出来。5结论首先设计出了能实现正负压综合检测的气动系统回路，并以STC89C52RC为核心控制单元对气动系统回路的控制部分进行了设计，使该检测系统能够实现自动检测，从而提高密封件的泄漏检测效率、降低了检测成本；最后通过实验得出了系统检测某存在微小泄漏的密封件时，检测阶段其压力的变化情况，并对压力变化规律进行了理论分析。文中提出的基于STC单片机的正负压测漏系统能够满足现有的检测要求。参考文献【1】唐月生，伍先达，李锋，等一种高精度微量气体泄漏检测仪的设计与研究J。仪器仪表学报，2002，2355962【21朱小明气压检漏仪的工作原理及其适用范围J流体传动与控制，200663337【3】薛文宝，刘福萍泄漏检测仪原理分析J内燃机，200953536【4】钟丽琼，胡浩气压侧漏仪的改进研究J贵阳学院学报，2010，522325【5】季增连，王道顺直压式气体测漏检测技术的研究J中国仪器仪表，2007113032【6】王金玲，张迎春，石全伟，等燃油系统检漏仪的研制J液压与气动，2006103527【7】詹长书，李军，杨庆俊，等汽车燃油系统测漏仪的研制及其应用J机床与液压，2004