浅谈车载压力传感器安装方式
时间：2024-08-30 11:15
来源：人民铁道网
作者：王双平
摘要：车载压力传感器是列车运行监控系统的主要组成部分，是将列车管、制动缸和均衡风缸的压力信号采样后提供给LKJ设备，其较高精度长期可靠地运行，对于保证行车安全、提高运输效率，在铁路车载系统中发挥着极为重要的作用。
关键词：压力传感器 安装
车载监控装置主要依赖于各种传感器的信号检测、反馈、传输来完成，而压力传感器就是最基础且最重要的部分。
一、工作原理
压力传感器是能将物理量转换成电量信号的一种装置，其工作原理主要基于压阻效应和压电效应，具体来说，当被介质的压力直接作用于传感器的膜片上，会使膜片产生于介质压力成正比的微位移，从而使传感器的电阻值发生变化。这种变化可以通过电子线路检测并转换输出一个对应于这一压力的标准。当物体受到压力变化时，它的内部敏感元件形状和体积发生改变，因此压力传感器就是将压力物理量的变化转换成电信号的一种装置。
机车车载设备通常采用MPX压力传感器，是一种将压力转换成电流/电压的器件，用于测量压力、位移等物理量。它基于压阻效应，通过惠斯通电桥结构实现模拟量压力信号到电信号的转换。MPX压力传感器有多种型号，如MPX10DP和MPX2100DP，它们的工作原理和应用电路有所不同，但核心原理相似。
电路设计：
MPX压力传感器的电路设计包括供电方式和信号处理。为了避免因系统噪声或微小的压力波动而造成测量误差，电路中还专门增加了滞后电路，利用内部误差放大器和外部电阻构成有滞后作用的比较器，以提高测量的准确性。
应用示例：
在机车上使用的车载压力传感器，通过检测风压变化，以便提供良好控制方式的绝缘性和信号的连续性。
车载压力传感器准确度：LKJ所用压力传感器满量程为1000kPa，对应电压值为0-5V。根据LKJ技术规范，LKJ压力传感器的准确度为：±5%VFS，因此其准确度为±5kPa。压力信号采样分辨率小于或等于20mV，LKJ通过压力传感器采集到的电压值经过模拟数字转换，获得的压力值变化值精度≤4kPa，LKJ采集最后输出的压力信号精度为10kPa。
在压力调节系统中，压力传感器与其他电子组件一起工作，实现对系统压力的精确调节和控制。电路设计包括电源转换、信号放大和处理等部分，以确保系统的稳定运行和高效性能。
综上所述，压力传感器的电路分析涉及压阻效应的工作原理、电路设计中的供电方式和信号处理技术，以及在实际应用中的系统集成和优化措施。这些技术和设计使得压力传感器在各种需要精确测量压力变化和自动控制的应用中发挥重要作用。
二、组成结构
压力传感器通常由压力敏感元件和信号处理单元、连接器等组成。在压力传感器中，弹性元件（如金属或聚合物材料）可以感觉到外部压力的变化，然后变形。这种变形会导致电阻、电容或电感等电气参数的变化，从而实现电信号的变化。压力传感器利用电阻的变化来测量压力。在铁路行业中压力传感器有着广泛的应用。（如图1）
图一
三、压力传感器安装方式现状分析
现机车安装的压力传感器方式部分为倒装式（如图二所示），压力变化过大，但电信号变化过小，故障率较高，同时安装位置在机车控制室操作台下部，长期的潮湿阴暗环境使压力传感器数值误差较大，不能精准的反应其压力变化，不便于进行机车的有效控制。为了创新改进机车控制设备，保障高质量的控制，保证机车安全运用，减少机车事故的发生，特提出优化车载压力传感器安装方式。
图二
2021年入库机车监控记录装置故障调查统计：管压异常故障：59件，占总数42%；主机故障18件，占总数13%；显示屏故障18件，占总数13%；过机误差16件，占总数11%；速度故障13件，占总数9%；线路故障10件，占总数7%；转速故障6件，占总数5%。造成故障率上升的主要原因是：管压异常故障导致。因此现急需解决管压异常故障，对保证机车运输安全有重要作用，使全年故障大幅下降。
进一步分析故障主要原因：
1、压力传感器内有结冰：传感器引压液管内的液体结冰，导致压力传感器膜片变形从而使压力传感器损坏。
2、压力传感器内有污水结垢：春秋季节时由于气压作用经常将水份吹致压力传感器形成污水甚至结垢，堵死导压管而无法传递压力，造成压力测量值出现较大偏差，从而引起传感器故障。
解决方案：
为避免污水、结垢导致堵死导压管，造成压力测量值出现偏差，导压管安装时取至管道上部且导压管呈上升趋势。这样做可以防止形成污水甚至结垢，堵死导压管，对控制输出提供正确数据，确保电务车载设备准确监控。
通常使用的电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。主要是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基础物体上，当基体受到外力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压值发生变化。该应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。
机车安装使用的压力传感器，经过长时间运用发现，经常发生密封件裂纹泄漏、膜片裂纹漏风、膜片变形造成指示不准等故障，膜片无法拆装修复只得报废。一个新传感器，装车使用发生故障，车载设备无法正常运作，因而给检修工作带来很大困难。以单节机车为例：每台机车装有4个压力传感器，每个价值4000-5000元。易损件：密封硅压力胶垫一个2元，密封圈一个1元，MPX压力传感件一个60元，控制板电子器件不超过50元，可节约不少生产费用。
车载监控装置主要依赖于各种传感器的信号检测、反馈、传输，而信息传感器就是最基础且最重要的组成部分。在列车运行中，机车风压、机车制动信息是通过压力传感器接收处理来显示各个部位风压，是保证铁路行车安全的重要设备之一，承担着至关重要的作用，它是准确控制机车的安全保障，一旦压力有所偏差将会直接影响机车信息的接收从而成为机车安全运行的隐患。
四、压力传感器的装车方案
为了更加规范化压力传感器的安装方式，确保其正常、稳定地工作，可以遵循以下步骤进行（如图三所示）：
图三
选择合适的安装位置，尽量安装在制动柜内：选择安装于机车机械室内部，避免安装裸露于机车外部（部分DF7型机车）
安装位置应便于维护和操作，同时避免过度拥挤或受限制的区域。
尽量远离高温、高湿、高震动的环境，以免影响传感器的正常工作。
在工艺管线上，应选择在流体较为平稳的区域，以减小流体中杂质对传感器的影响。
安装前的准备工作：
检查传感器外观是否完好，有无破损或裂纹等现象。
检查传感器接口是否匹配，并准备好相应的安装工具和材料。
根据传感器生产厂家提供的说明书，检查传感器各项参数是否符合使用要求。
正确安装步骤：
将传感器放置在预定位置，调整传感器角度，使其与工艺管线的流体方向保持一致。
用扳手或管钳固定传感器接口，确保传感器与工艺管线紧密连接，无泄漏现象。
连接电缆线，确保接线端子牢固、无松动现象。
开启电源，对传感器进行测试和校准，确保其正常工作。
需要注意事项：
避免在传感器附近使用明火或进行焊接作业，以免引起传感器过热或损坏。
在安装过程中，应避免用力过猛或过度旋转传感器，以免损坏内部元件或影响测量精度。
通过上述步骤，可以确保压力传感器的安装既符合技术要求，又能保证其长期稳定运行，从而提高系统的整体性和可靠性。
结束语
通过维护车载设备质量安全可靠是为了保障铁路运输生产安全畅通，为运输上量、提高效益服务，每一个细小环节提升都是我们追求的目标和日常工作的落脚，规范压力传感器安装后能极大地减少其故障，提高设备的稳定性。
主要参考文献：
[1]《铁路信号技术与应用》，中国铁道出版社，【2012】
[2]《列车运行监控装置技术规范（V1.0）》，奚国森、杨志刚著，中国铁道出版社，【2008】
[3]《普速铁路信号维护规则》，中国铁道出版社，【2015】
京公网安备 11010802020538号
