温度表检查台校准装置
技术领域
本实用新型属于直升机检测技术领域，具体涉及一种温度表检查台校准装置。
背景技术
УПТ-1М温度表检查台是米系列直升机专用检测设备，其适用范围很广，在直升机使用单位主要用于检测米系列直升机发动机燃气温度表2NA-6、发动机三针表УИЗ-3、主减速器滑油温度表ТУЭ-48Т、尾减速器三针表УИЭ-6、排气温度表ТCТ-282C等温度仪表。各种温度仪表在直升机飞行过程中，实时监测发动机、启动发动机和减速器的温度参数，对直升机飞行安全有着重要影响。
目前国内对该型号设备进行校准，主要依据俄文翻译资料《米-171直升机仪表设备校验仪器技术资料》提供的方法进行，需要配置直流稳压电源、标准直流电压表、标准电阻箱、数字多用表、分压器、数字电桥等多台套外部设备和仪器，存在校准设备数量多，体积大，连线复杂，不利于便携，采用手动计量，效率较低等不利因素，严重制约了计量保障的高效开展。因此，研制集成化、便携化、自动化程度较高的温度表检查台校准装置是必要和迫切的。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种集成化、便携化、自动化程度较高的温度表检查台校准装置。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是，一种温度表检查台校准装置，包括主机箱和操作面板，主机箱内设有控制单元、校准单元、电源单元和溯源单元；控制单元包括系统控制及显示模块、输入输出接口模块和PXI总线控制及辅助模块三部分构成；PXI总线控制及辅助模块主要是PXI总线的收发控制器，为系统提供PXI总线接口，实现PXI总线的协议控制，PXI总线接口使用NI PXIe-1062Q；所述校准单元包括直流电压校准模块、热电温度计测量器校准模块、电阻温度计测量器校准模块和电阻式受感器校准模块；电源单元主要由可调程控电源构成，为温度表检查台提供工作电源，即可集成于系统中，也可单独使用；操作面板上设置有一体化键盘鼠标、触摸显示屏、三合一电源接口、输入输出接口模块、校准单元接口、电源单元接口、溯源单元接口。
系统控制及显示模块包括系统控制计算机，系统控制计算机与一体化键盘鼠标、触摸显示屏电连接，计算机是整个系统的控制中心，通过上位机程序处理各模块的检测数据。
直流电压校准模块、热电温度计测量器校准模块、电阻温度计测量器校准模块和电阻式受感器校准模块均采用PXI技术，安装在校准装置内部的PXI总线槽位上，通过PXI总线与系统控制计算机通信。
直流电压校准模块用于校准温度表检查台0~30V直流电压表刻度误差的校准；热电温度计测量器校准模块主要完成温度表检查台-40～1000℃的X-A刻度、0～50mV的НК-СА刻度、0～150mV的HЖ-CK刻度、-50～350℃的X-K刻度等示值误差的校准；电阻温度计测量器校准模块主要完成温度表检查台-60～150℃的电阻式温度计测量器刻度示值误差的校准；电阻式受感器校准模块用于模拟温度表检查台的热电阻。
输入输出接口模块主要有网口、串口、USB口等，实现外部设备的远程控制；PXI总线控制是通过系统控制计算机的PCI总线进行扩展的，输入输出接口直接通过专用电缆接口引出控制计算机的外部接口。
温度表检查台为被校准对象，通过接口适配器提供校准接口，接口适配器在控制单元的控制下，完成信号路由和通道的切换。
本实用新型产生的有益效果是：本实用新型采用CPU模块控制PXI数据总线、虚拟仪表和程控电阻卡相结合的方法，成功研制出集成化校准装置，可实现对УПТ-1М温度表检查台的直流电压、热电温度计测量器、电阻式温度计测量器、电阻式温度计受感器的快速有效校准，具有的小型便携、高效快速、自动简便等突出优点。使得便携式一体化校准平台”得以实现，综合运用多种技术实现温度表检查台的全面整体校准，对校准对象的实现自动化校准，高精度程控电阻输出得以实现。
附图说明
图1为本实用新型校准装置结构框图；
图2为直流电压校准模块校准原理框图；
图3为热电式温度计测量器校准原理框图；
图4为电阻式温度计测量器校准原理图；
图5为电阻式温度计测量器校准模块原理图；
图6为可编程电阻卡原理图；
图7为电阻式温度计受感器校准原理图；
图8为温度表检查台电阻式温度计受感器校准原理图；
图9为本实用新型操作面板的外观结构示意图。
具体实施方式
实施例1
一种УПТ-1М温度表检查台校准装置，包括主机箱和操作面板，主机箱内设有控制单元、校准单元、电源单元和溯源单元；控制单元包括系统控制及显示模块、输入输出接口模块和PXI总线控制及辅助模块三部分构成；PXI总线控制及辅助模块主要是PXI总线的收发控制器，为系统提供PXI总线接口，实现PXI总线的协议控制，PXI总线接口使用NIPXIe-1062Q；所述校准单元包括直流电压校准模块、热电温度计测量器校准模块、电阻温度计测量器校准模块和电阻式受感器校准模块；电源单元主要由可调程控电源构成，为温度表检查台提供工作电源，即可集成于系统中，也可单独使用；操作面板上设置有一体化键盘鼠标1、触摸显示屏2、三合一电源接口3（电源开关、电源指示灯、电源保险）、输入输出接口模块、校准单元接口、电源单元接口、溯源单元接口。
系统控制及显示模块包括系统控制计算机，系统控制计算机与一体化键盘鼠标、触摸显示屏电连接，计算机是整个系统的控制中心，通过上位机程序处理各模块的检测数据。系统控制器使用NI PXIe-8840，是一款用于PXIe系统的嵌入式控制器，采用2.7 GHz双核处理器，适用于处理器密集型、模块化仪器和数据采集应用。PXIe-8840包含两个10/100/1000BASE-TX（千兆位）以太网端口、两个USB 3.0端口和四个USB 2.0端口以及一个集成硬盘驱动器、串行端口和其他外设I/O。
PXI总线接口使用NI PXIe-1062Q，该机箱是一款8槽（4个PXI插槽，2个混合插槽，1个PXI Express系统定时插槽）、总线带宽高达3 GB/s的PXIe混合机箱。PXIe-1062Q专为各种测试和测量应用而设计，并提供了一个高带宽背板。具有4个PXI外设插槽、1个具有系统定时功能的PXI Express插槽以及2个可支持PXI与PXI Express外设模块的PXI Express混合插槽。
直流电压校准模块、热电温度计测量器校准模块、电阻温度计测量器校准模块和电阻式受感器校准模块均采用PXI技术，安装在校准装置内部的PXI总线槽位上，通过PXI总线与系统控制计算机通信。
直流电压校准模块用于校准温度表检查台0~30V直流电压表刻度误差的校准；热电温度计测量器校准模块主要完成温度表检查台-40～1000℃的X-A刻度、0～50mV的НК-СА刻度、0～150mV的HЖ-CK刻度、-50～350℃的X-K刻度等示值误差的校准；电阻温度计测量器校准模块主要完成温度表检查台-60～150℃的电阻式温度计测量器刻度示值误差的校准；电阻式受感器校准模块用于模拟温度表检查台的热电阻。
输入输出接口模块有USB口，实现外部设备的远程控制；PXI总线控制是通过系统控制计算机的PCI总线进行扩展的，输入输出接口直接通过专用电缆接口引出控制计算机的外部接口。
温度表检查台为被校准对象，通过接口适配器提供校准接口，接口适配器在控制单元的控制下，完成信号路由和通道的切换。
操作面板的外观示意图如图9所示（以下接口颜色描述中，均为左边为红色，右边为黑色）：
校准单元接口：接口HI1和LO1：为测量电压和两线制电阻所用接口，HI1为+、LO1为-；
接口HI2和LO2：为测量四线制电阻所用接口，HI2为+、LO2为-；
接口精密电阻模拟温度信号输出：为校准输出精密电阻所用接口；
接口精密交直流信号输出：为校准输出精密电压所用接口，红色为+、黑色为-；
接口程控直流电压：为校准装置提供供电电压接口，红色为+、黑色为-；
接口程控精密电源：为校准输出精密电源所用接口，红色为+、黑色为-。
溯源单元接口：接口HI3和LO3：为计量数字万用表电压和两线制电阻所用接口，HI3为+、LO3为-；
接口HI4和LO4：为计量数字万用表四线制电阻所用接口，HI4为+、LO4为-；
接口可编程电阻卡：为计量精密电阻卡所用接口；
接口直流稳压电源：为校准程控电源所用接口，红色为+、黑色为-；
接口精密信号源模块CH1：为校准可编程精密电源所用接口，红色为+、黑色为-；
接口精密信号源模块CH2：为校准可编程精密电源所用接口，红色为+、黑色为-。
USB接口：可与外接USB设备连接。
校准单元是系统的主要功能单元，负责完成对温度表检查台的校准；主要包含直流电压、电阻式受感器、热电温度计测量器、电阻式温度计测量器等四个校准模块。此单元在控制单元的控制下工作，针对用户需求可以提供自动和手动等两种校准模式，校准流程和数据可以被自动存储和溯源。校准单元包括的基本硬件模块有可编程电阻卡、数字多用表卡，直流电源模块等。主要处理两类信号：一是采集被校对象输的温度电动势信号；二是向被校对象输出标准信号。
直流电压校准模块采用数字多用表测量温度表检查台的供电电压，用于校准温度表检查台0~30V直流电压表刻度误差的校准。数字能够提供直流电压/DCV、直流电流/DCI、交流电压/ACV、交流电流/ACI、2线和4线电阻值等6个测量类型，测量速度达到150个读数/秒。模块主要由数字多用表板卡，直流电源模块和直流标准电压源板卡组成。数字多用表采用PXIe-4081数字多用板卡。直流标准电压源板卡采用PXI-4132板卡。
温度表检查台直流电压校准原理框图如图2所示，校准时直流电源模块在控制单元的控制下为温度表检查台提供直流27V标准电压，采用数字多用表板卡替代传统校准方法采用的电位计，系统控制器接收用户输入的控制指令，控制程控开关矩阵相应通道的通断，数字多用表板卡不断采集温度表检查台实际输入的直流电压值，与标称值相比较得到校准结果，并将校准状态和数据显示在显示屏上，同时记录和存储相关的信息用于后续查询和出具证书。
热电温度计测量器校准模块主要完成温度表检查台（-40～1000）℃的X-A刻度、0～50mV的НК-СА刻度、0～150mV的HЖ-CK刻度、（-50～350）℃的X-K刻度等示值误差的校准。该模块主要由数字多用表板卡、直流可调程控电源、测量接口等组成。数字多用表板卡与直流电压校准模块相同。电源选择50V/4A直流可调程控电源。
温度表检查台热电温度计测量器校准原理框图如图3所示，校准时由直流稳压电源为温度表检查台提供工作电压，采用数字万用表卡替代传统校准方法采用的电位计，系统控制器接收用户输入的控制指令，数字多用表（DMM）不断采集温度表检查台输出的实际毫伏电压值，与标称电动势相比较得到校准结果，并将校准状态和数据显示在显示屏上，同时记录和存储相关的信息用于后续查询和出具证书。
电阻式温度计测量器校准模块主要完成温度表检查台（-60～150）℃的电阻式温度计测量器刻度示值误差的校准。校准时由数字万用表卡替代传统校准方法采用的标准电桥，系统控制器接收用户输入的控制指令，控制程控开关矩阵相应通道的通断，数字万用表（DMM）不断采集温度表检查台输出的实际电阻值，与（-60～150）℃不同温度点对应的电阻值相比较得到校准结果，并将校准状态和数据显示在显示屏上，同时记录和存储相关的信息用于溯源，电阻式温度计测量器校准原理图如图4所示。
电阻式温度计测量器校准模块主要由数字万用表、直流可调程控电源、测量接口等组成，设备选型与上述相同。电阻式温度计测量器校准模块原理图如图5所示，校准时由数字多用表卡替代传统校准方法的标准电桥，系统控制器接收用户输入的控制指令，控制接口适配器相应通道的通断，数字多用表板卡（DMM）不断采集温度表检查台输出的实际电阻值，与（-60～150）℃不同温度点对应的电阻值相比较得到校准结果，并将校准状态和数据显示在显示屏上，同时记录和存储相关的信息用于溯源。
电阻式温度计受感器校准模块采用可编程电阻卡和四线桥式输出接口，产生精确的电阻输出信号，用于模拟温度表检查台的热电阻。可编程电阻卡能够提供双通道可编程电阻输出，每通道可编程电阻最大阻值为50kΩ，1kΩ以下输出误差为30mΩ，1kΩ以上输出精度为0.01%，其原理如图6所示。本模块主要完成温度表检查台（0～100）℃的电阻式温度计受感器刻度，0～5Ω、5～15Ω、0～50Ω欧姆计刻度，（-2～50）℃、（-50～2）℃周围温度测量刻度等示值误差的校准。可编程电阻卡支持自动/手动两种配置模式，通过PXI总线接收系统控制器的校准指令，进行快速的函数运算，然后按照计算的结果接通和断开程控开关，调节可调电阻网络的相应单元，同时不断采集输出的实际电阻值进行误差修正，直至输出精确的设定电阻值，并将校准状态和数据显示在显示屏上，同时记录和存储相关的信息用于溯源，其校准原理如图7所示。
电阻式温度计受感器校准模块主要由可编程电阻卡、直流可调程控电源、测量接口等组成。程控电源、测量接口与前述相同，可编程电阻卡采用Pickering40-297-140程控电阻卡。主要功能产生精确的电阻输出信号，用于模拟温度表检查台的热电阻，对温度表检查台（0～100）℃的电阻式温度计受感器刻度，0～5Ω、5Ω～15Ω、0～50Ω欧姆计刻度，（-2～50）℃、（-50～2）℃周围温度测量刻度等示值误差进行校准。
温度表检查台电阻式温度计受感器校准原理图如图8所示，可编程电阻卡支持自动/手动两种配置模式，通过PXI总线接收系统控制器的指令，进行函数运算，按照计算的结果接通和断开接口适配器，调节可调电阻网络的相应单元，同时不断采集输出的实际电阻值进行误差修正，直至输出精确的设定电阻值。
电源单元由程控精密电源和程控直流电源组成。其中程控直流电源选用艾德克斯IT6723H可编程电源，程控直流电源选用NI PXI-4132精密可编程输出电源模块。
电源单元在设计过程中有针对性地选用低功耗器件，实现模块小型化轻量化，有效压缩直流电源单元的体积重量以减小整机体积重量。直流电源单元均可编程控制，硬件结构稳定可靠，减小电路布线和器件使用，减少了系统干扰和优化了装配结构；软件控制更加灵活，将有效提高系统工作效率。
溯源单元由数字多用表板卡、直流稳压电源和精密信号源模块所组成，方便对校准装置所用硬件进行溯源校准。溯源单元通过PXI总线和其它几个控制和功能单元相连，负责记录和存储各功能单元的工作状态和测试校准数据，内建标准测试校准程序和数据库，可以溯源和查询过往记录。硬件系统的PXI总线设计和LabVIEW编程方式，可以实现各单元之间高速和可靠的数据通讯和控制，人机界面友好易用。
溯源单元主要包括校准单元溯源接口和电源单元溯源接口两部分。溯源单元和各功能单元及系统控制器通过PXI总线实现电气联接，实现数据和参数共享、接收系统控制器的指令和反馈状态参数；校准单元和电源单元需要溯源的参数分别引至校准单元溯源接口X1（包括4个插头）和电源单元溯源接口X2（包括2个插头）。各接口采用单针的航空插座，具有防差错和自锁功能，布置在键盘上方。对校准装置进行溯源时，打开手动溯源软件，并根据提示利用专用电缆将校准装置同多功能校准源连接，按溯源手册进行相关操作。综合考虑到系统的易用性、维护性、安全性和机箱内布局的情况，溯源模块对应设备操作面板位于操作面板右下角，如图9所示。溯源单元面板主要由数字多用表，可编程电阻卡，直流稳压电源，精密信号源模块接口等组成。接口均采用多用香蕉头样式，方便维护使用。
这里，要说明的是，本实用新型涉及的功能、算法、方法等仅仅是现有技术的常规适应性应用。因此，本实用新型对于现有技术的改进，实质在于硬件之间的连接关系，而非针对功能、算法、方法本身，也即本实用新型虽然涉及一点功能、算法、方法，但并不包含对功能、算法、方法本身提出的改进。本实用新型对于功能、算法、方法的描述，是为了更好的说明本实用新型，以便更好的理解本实用新型。
