1、编号本科生毕业设计基于单片机的压差式气体密封性能检测仪设计Design of pressure difference gas seal performance detector based on MCU学 生 姓 名专 业学 号指 导 教 师分 院 电子工程分院2015 年 6 月长春理工大学光电信息学院毕业设计摘 要针对压差法气体密封性能检测设计的缺点，提出容腔压降方案，可以避开温度扰动障碍，满足精度要求。汽车、燃具、电子、能源等诸多行业中，中间工序 和最终工序可能有产品的密封性能检测，以确保各种 规格尺寸、形体的胶合面或工艺结合面密封力达 标。工业级测量范围是 50700kPa。科学试验领
2、域，包 括航天试验，同样需要密封性能检测，其最高测量范 围高达 35MPa。日本 FUKUDA 公司从 20 世纪 60 年代开始研制 生产气密检测仪(福田），占据中国市场最大份额。目前国内中科院所巳有自主研制气密检测仪器， 航天设计院也设计了高压的泄漏检测仪，个别公司也 有设计制造此类仪器，精度和稳定性或可满足设计目 标，但是在特殊条件下的应用能力还有待提高。设计了基于差压法原理的以 ARM 处理器为控制核心的控阀控制气路对工件的充放气过程，并利用髙精度差压传感器获得由采用触摸屏模块.结果表明，该检测仪方便快捷、测试精度高、稳定性好。关键词: 差压法 气密性 嵌人式系统长春理工大学光电信息学
3、院毕业设计ABSTRACTAccording to the shortcomings of the design of gas seal performance detection, the scheme of chamber pressure drop is presented, which can avoid the disturbance of temperature disturbance and meet the accuracy requirement. Automotive, appliance, electronics, energy, and many other indus
4、tries, the intermediate process and final step may product sealing performance testing, to ensure that the various specifications and shapes the glued surfaces or process combination of surface sealing Lida standard. Industrial grade measurement range is 50700kPa. The field of scientific experiments
5、, including the aerospace test, also need to seal the performance testing, the highest measurement range of the van Wai up to 35MPa. Keywords: differential pressure method, air tightness, embedded system长春理工大学光电信息学院毕业设计I目 录第一章 绪 论 .11.1 研究背景 .11.2 国外研究现状 .11.3 国内研究现状 .11.4 全主要研究内容 .2第二章 差压式气密性检测仪的理论
6、基础 .32.1 差压检测法的原理 .32.1.1 压差式 .32.2 差压式气密性检测仪的基本操作 .32.2.1 差压式气密性检测仪的基本操作步骤 .4第三章 差压气密性检测仪的系统设计 .63.1 总系统设计 .63.2 微处理器的选择 .63.3 差压传感器的选择 .73.4 绝压传感器的选择 .83.5 信号调理电路 .93.6 信号调理电路 .103.7 其他电路 .103.7.1 温度采集电路设计 .103.7.2 ADC 转换电路设计 .12第四章 系统开发平台构建及驱动程序设计 .134.1 系统软件设计 .134.1.1 界面设计 .134.2 应用程序设计 .144.3
7、数据处理算法 .154.3.1 数据库 SQLite3 部分的设计 .17第五章 系统测试及结果分析 .185.1 误差分析及试验结果 .195.1.1 误差分析 .19结 论 .20参考文献 .21致 谢 .22长春理工大学光电信息学院毕业设计1第一章 绪 论1.1 研究背景随着当前我国经济的迅猛发展及城乡一体化战略的实施，人们对社会的需求也日新月异，尤其对汽车、日用家电、能源等行业的产品关注程度大幅度提升。这些行业已日益成为我国经济发展过程中不可缺少的重要组成部分。与此同时，对这些行业及其相关产品的质量和安全性能检验也日趋重要。由于质量问题引发重大损失的事件时有发生，给人民财产乃至生命安全
8、造成无法挽回的伤害。在国家质量技术监督局对相关生产企业的产品逐步展开的生产资质认证中显示，气密性检测设备已成为我们保证产品质量和安全性能的必要设备之一。1.2 国外研究现状目前，国外一些厂家的气密性检测技术日趋成熟。为提高设备检测的准确性和安全性，国外采用了采样数据的合理性处理、系统误差的自我校正与检测手段等方面有机结合的办法。法国的 ATEQ 公司作为世界制造气密性测试仪器的先行者，他们的产品在阀门、煤气、电子、压铸、包装等诸多领域都有涉及。还有美国 USON 公司也研究生产了多种类型的气密性检测仪。它的 4000 系列提供了多种检测模式，同时考虑了不同的泄漏性能、泄漏量及针对实际中不同被测
9、物的容积及泄漏大小提供了相应的产品。此类气密性检测设备不仅可以判断产品合格与否，也能检测出被测产品的泄漏量。1.3 国内研究现状目前，我国研发出的很多气密性检测产品都可以定量或定性的判断出产品是否泄漏，但在测试准确度和重复性方面却比较低。因此，面对当前的这种情况，对于气密性检测仪的研究是势在必行。国内投入了大量的人力、物力，并开发和研究了一些气密性检测设备，大部分的设备是采用进口的高分辨率传感器或对检测参数人为的补偿误差等方法来提高测量的准确度。虽然选用较高分辨率的传感器可以提高测量的准确度，但是会增加产品的生产成本。2011 年是气密性测试设备行业发展过程中非常关键的一年，首先，从外部宏观环
10、境来讲，2011 年是我国气密性测试设备行业“十二五”规划的开始年，影响行业发展的新政策、新法规都将陆续出台。转变经济增长方式，严格的节能减排对气密性水浴检测仪行业的发展都产生了深刻的影响，另外还有来自长春理工大学光电信息学院毕业设计2通货膨胀、人民币升值、人力资源成本上升等等因素的影响；气密性检测设备从企业内部来讲，产业链各环节竞争、技术工艺升级、出口市场逐步萎缩、气密性测试仪产品销售市场日益复杂等问题，都是企业决策者所必须面对和亟待解决的。1.4 全 主要研究内容1.差压式气密性检测仪的理论基础分析2.气密性检测仪的系统方案设及硬件电路设计3.系统开发平台构建及驱动程序设计4.应用程序设计
11、 5.系统实验测试和结果分析长春理工大学光电信息学院毕业设计3第二章 差压式气密性检测仪的理论基础2.1 差压检测法的原理差压检测法的原理正是基于上述单个容器在 泄餺之后发生的气压变化，以布置在传感器两侧 的标准工件与被测工件的压力差作为判定工件密 封性能的依据.在设定的检测时间内，若被检测的 工件没有发生泄漏,则差压传感器保持平衡状态 ; 若被检测的工件有泄漏情况发生，工件测董腔内的 气压就会发生变化，致使差压传感器失去平衡。根据差压原理和气动系统特点，气路 测试系统主要由储气罐、过滤减压阀、电磁阀和差 压传感器组成.整个检测周期分为充气期、平衡期、保压期、 排气期。开始检测时，压缩空气自气
12、源进人，并打开 V0，V 3，对标准件和被测工件同时充气.经过数秒 钟的充气过程后，关闭 V。，并打开 为常通阀），进入平衡过程.平衡过程结束后，v 3 关闭，将标准品与工件被测容腔完全隔断,使标准 品和被测工件同时进人保压阶段，并同时监测差 压传感器的示值 .若其值在允许范围内则认为被 测品合格，否则判为不合格.在测试完毕之后，进 人排气阶段。2.1.1 压差式随着工业技术的发展，对机械密封部件的气 密性要求越来越高，对气密性的检测也逐渐要求 智能化，并要求能适用于在线检测 .在气密性检测 方法中，传统的“湿式法”检测方法落后，压降法和 流童测量法检测精度低，而氦气泄漏检测法成本 过高，这些
13、方法都不能适应机械密封件的大批量 出厂检测.差压法在机械密封件气密性检测中由 于其速度快、精度高而得到广泛使用 1.整个检测周期分为充气期、平衡期、保压期、 排气期.开始检测时，压缩空气自气源进人，并打开 V0，V 3，对标准件和被测工件同时充气.经过数秒 钟的充气过程后，关闭 V。，并打开 为常通阀），进入平衡过程.平衡过程结束后，v 3 关闭，将标准品与工件被测容腔完全隔断,使标准 品和被测工件同时进人保压阶段，并同时监测差 压传感器的示值 .若其值在允许范围内则认为被 测品合格，否则判为不合格.在测试完毕之后，进 人排气阶段 3长春理工大学光电信息学院毕业设计42.2 差压式气密性检测仪
14、的基本操作图 1-1 压差式气密性检测仪原理图图 1-1 所示的差压检测仪相当于天平的指针，标准器件与被测器件就相当于天平的两个托盘。当阀门 A 和 B 关闭时后，我们就可以通过位于中间的差压检测仪测量两者之间气压差的大小。差压检测的方法是与差压传感器的制造工艺密不可分的。在差压传感器内部存在一个薄膜，当标准器件与被测器件之间存在气压差时，该薄膜就会受到挤压，平衡就会被破坏，而我们检测的前提条件是假设标准器件是绝对无泄漏的，所以该压差就应该为被测器件引起的。表 1-1 气密性检测方法的性能比较序号 检测方法 操作是否容易 检测精度 可靠性 适用性 经济性1 水检法 复杂 高 一般 一般 昂贵2
15、 流量检测法 简单 一般 可靠 一般 适宜4 氦气检测法 简单 高 可靠 受限 昂贵3 直压式检测法 简单 低 可靠 一般 适宜5 差压式检测法 简单 高 可靠 广泛 适宜2.2.1 差压式气密性检测仪的基本操作步骤 (1) 充气阶段。这个阶段又被称为加压动作，对于三个电磁阀 SV1，SV2 及 SV3长春理工大学光电信息学院毕业设计5全部处于打开状态，让气流平稳顺利通过，即完成对标准器件和被测器件的充气加压工作。 (2) 平衡环节。为了能够准确进行测量，需要保证标准器件与被测器件内的气流稳定，无大的起伏，由此我们关闭电磁阀 SV2 和 SV3。平衡环节是为下一步的检测环节做准备的关键步骤，其
16、平衡时间的大小是保证检测准确的重要因素。(3) 检测环节。这个环节是气密性检测过程中的核心步骤，差压式气密性检测在此步骤进行，检测的时间也是经过认真、细致的计算的。差压传感器把气压差值转化为电压信号，该电压信号经过放大传递到 ARM 主控制器。(4) 排气环节。在检测完成的最后环节，我们还需要把在充气阶段充入标准器件和被测器件的气体放出，即打开电磁阀 SV2 和 SV3，把气体排放到大气中，完成整个检测过程。长春理工大学光电信息学院毕业设计6第三章 差压气密性检测仪的系统设计3.1 总系统设计图 3-1 气密性检测仪系统框图气密性检测仪主要是利用压力原理对待检测器件进行无损密闭性检测，适合于各
17、行业有气密性要求的大部分产品进行检测试验。根据前面所述，在综合考虑各方面因素的基础上，本系统最终电路硬件设计框图，它分为以下几个模块。(1) 中央处理模块该部分为整个系统的控制中心，其主要功能是通过 ARM 主控制器实现对各个阀门的开关控制，同时利用传感器将系统各个阶段的气压信号、温度信号等转变成电压信号，再由 ARM 主控器通过 A/D 接口完成信息的采集，并完成最后的数据处理，进而实现一次完整的差压式气密性检测。 (2) 数据采集模块该部分主要负责各种环境变量的采集工作，包括标准器件和被测器件之间的差压值，被测器件的气压值，外部的环境温度值等。将采集到数据转换为电信号传回 ARM主控制器完成后续的数据处理。3.2 微处理器的选择由前面的叙述，可以看出本文设计的差压式气密性检测仪，需要完成多种数据信息的采集存储、电磁阀的控制及数据曲线的显示等功能。而作为一种安全检测仪器，
