华东交通大学 车辆电器装置 客车轴温报警器

第九章客车轴温报警器第一节轴温报警器概述轴温报警器是一种车载自动巡回检测轴承温度变化，超限预警的装置，对运行中的旅客列车进行轴承状态监测，当车辆车轴轴颈温度超过允许的温升数值时，能自动定量告警。一、轴温报警器分为：1.分立式2.集中式二、轴温报警器组成：1.温度传感器（车下）2.温度报警仪（车上）第二节温度传感器一、模拟传感器轴温模拟传感器，采用两只二极管串联使用，并在两端并联一只电容，提高了其灵敏度及抗干扰能力。（1）传感器的性能参数如下：工作电流300±2%µA并联电容0.1µF串联电阻13Ω，附加误差1℃并联电阻80KΩ，附加误差1.5℃工作环境温度-50℃～129℃测量温度范围20℃～90℃温度与电压特性应符合下式：V=（1235-4.36t）±4.36mvV—传感器两端电压（mv）t—温度，在-45℃～120℃之间（℃）工作环境相对湿度不大于95%(2)轴温传感器作用:传感器对车轴温度感应探测，并将温度变化的物理量转变成电信号，送入数字式仪表进行放大、转换。(3)轴温传感器工作原理：二极管的温度特性可知，当温度变化时，二极管的正向伏安特性曲线将发生变化，温度越高，电流变大，特性曲线左移。如图假设二极管电流一致，则其压降与温度成一定关系，即温度升高，管压降降低，利用此特性可将半导体二极管制成负温度系数的传感器。由上图所示的传感器伏安曲线的温度特性可看出：当传感器工作电流ID为300UA时，传感器两端的电压与温度有关，其灵敏度为约为-4.36mv/℃，当温度恒定，工作电流改变时，V也改变，因此，工作电流应为恒流，不受环境影响。使电压与温度成反比。二、数字温度传感器DS1820数字温度传感器具有抗干扰能力强、功耗低、高性能、选配微处理器容易等优点。(一）特点：1.传感器内部将模拟信号转换成数字信号，以脉冲数字的形式输出温度信号；2.可联网，方便分散点测量；3.通过数据线提供寄生电源，不需再单独供电；4.温度测量精度高；5.报警检测命令可识别和定位温度超限节点。数字传感器内部其实也是PN结，它采用专用的变换电路把温度转变成数字信号，控制器在读取数字温度传感器的信号时不需要再经过其它转换而直接读取温度的数字信号。为保证温度数据的完整性，准确性，DS1820在输出温度数据时，附有CRC校验，这样可以保证控制器读取正确温度。DS1820具有独特的单总线数字接口，即DS1820与控制器交换数据时，不需要单独供电。其数据线既可以用来读取数据，也可以用于向DS1820供电，在轴报中，只需要数据线和地线就可以测温。由于数字传感器和控制显示器之间传输的是数字信号，而不是电压值，且带有校验功能，因此相对于模拟传感器，串联电阻和并联电阻对数字传感器的影响很小。当使用数字式传感器时，计算机不断地向数字式传感器发出温度转换命令，然后检测传感器温度转换是否完成，当温度转换完成后，则把读取的温度值进行比较。如果不正确，则重新读取。当使用模拟式传感器时，由传感器来的信号经微型计算机进行控制处理。首先，模拟式传感器所产生的电压信号通过A/D转换为数字信号，计算机读取转换后的数字信号进行数字滤波，对经过滤波后的数值进行计算处理，转换为温度值。仪器把温度值送到显示屏显示，同时对得到的温度进行判断，如达到所规定的报警温度即进行声光报警，并将有关信号通过调制解调器送出使其它车厢亦进行报警，并显示出超温度的车厢、轴位和轴温，达到集中监测的目的。仪器根据需要，可以联接IC卡轴温数据记录仪，实现轴温监测的自动化。（二）温度传感器工作原理：DS1820测温是通过对时钟周期计数实现的。电路中有两个振荡器a和b，a振荡周期不随温度变化，b的振荡周期随温度变化而成比例变化。电路在振荡器a的一个振荡正半周期内（门控周期），对振荡器b的周期计数，计数的结果就对应了温度值，如图：三、轴温传感器结构与安装：1.传感器为螺栓结构传感器固定在每个轴端的箱体上，用电缆与安装在乘务员室内的仪表联接。采用铜质材料，外形高度不大于50mm，连接螺杆长度不大于15mm，采用普通螺纹M16，其螺杆长为15mm，螺纹有效长度为13mm。传感器引出线长为750mm，接线端应附带4mm的镀银焊片。2.传感器的安装按照规定方式进行配线，将传感器引线接至仪器接线端。按照部统一规定，接线端的排列顺序如下：第三节TKZW―1T型分立式轴温报警器一·组成：由温度传感器、轴位电路、多路电子开关、信息处理电路、A/D转换电路、报警电路及电源变换电路组成。其原理图及框图如图1.信号处理电路为了保证流过二极管传感器的工作电流恒定，采用了传感器信号处理电路，由稳压管V2和运放组成的恒流电路。如图当U2电压随温度升高而降低时，运放的正向输入端电压上升，使输出电压U1下降；当U2电压随温度下降而升高时，输出电压U1上升。即U1随U2的变化而变化，但U1-U2可保持不变，这是因为运算放大器的输入阻抗很大，因此它们的输入电流很小，几乎为零，这样使U4的电位与U2的电位相等，由于U2与U4的压差由稳压管V2作用而稳定，即U1-U4=U1-U2也保持稳定，由于R不变，使流过传感器的工作电流不变。2．多路电子开关本仪器采用的模拟开关CD4051为八选一多路电子开关，由图可知，改变输入端C、B、A的二进制数值能使某一路开关接通，并由3号输出端向轴温显示器输出该轴位的轴温电压信号。禁止端INH为“0”时，根据输入的地址码C、B、A状态，选通一个通道，输出对应轴位的轴温电压信号。例如：C、B、A为0、0、0时选通0位（即8位）,1、0、0时选通4位，1、0、1时选通5位，其通路符合4C+2B+1A禁止端INH为“1”时，8个通道全部关断3．脉冲信号发生器及单稳电路如图所示为脉冲信号发生器及单稳电路作锁定时间为2分钟的间息脉冲发生器。它们是由一块7556CMOS双时基电路组成，其中一时基电路作一基本多谐振荡器为脉冲信号发生器，另一时基电路作一标准的单稳电路。如图所示，多谐振荡器的复位按钮与单稳电路和触发按钮为一双触头同步按钮，也就是同一按钮。多谐振荡器的复位触头与单稳的触头是同步进行的，这样在多谐振荡器一复位后，紧跟着就送出一个正脉冲驱动轴位计数电路翻一位，同时另一同步按钮触发单稳电路，使间息脉冲发生器输出一个2分钟宽度的正脉冲，通过三极管倒相，将多谐振荡器锁住，多谐振荡器停振2分钟，解除多谐振荡器停振信号，脉冲信号重新工作，计数电路进入计数使测试进行循环巡检。图中加有一时基电路555，其控制端由报警比较器输出控制，比较器的预置端（即运放的同相输入端）由外温及跟踪开关选择其设定的电压，当测量电压（即反相输入端电压）低于设定电压时，比较器翻转，输出端电位由低到高，使555产生一个频率为1Hz左右的方波，推动发光二极管及小蜂鸣器作声光报警。4．轴位显示电路轴位显示电路如图3-8-10所示，由4520同步加数计数器、4511BCD七段锁定译码器及4002四输入或非门再加数码管组成。其主要功能是完成八个轴位的循环显示。4511译码器将BCD码译成0.1.2.3.4.5.6.7显示，为了使数字与轴位对应，需将0改为8，因此引入4002输入端或非门电路，可完成将0显示改为8显示的功能。5．电源TKZW-1T型巡检报警器整个电路所需工作电源为±5V直流电源。而车辆上供电为40-60伏直流电源，为此须将44～60伏直流先变换成交流，经调压、整流、稳压成为±5V的稳定直流电源供仪器使用。电路原理见图。（1）直流变换器中，自激振荡器是采用的矩形电压发生器，其原理与BY-2型逆变器电路原理相同。（2）整流及稳压微波电路由B1次级圈供给的电压经高频二极管以中心抽头全波整流电路形式整流以后，通过7805三端稳压器获得+5V电源；通过7905三端稳压器获得-5V电源供仪器所有电路运用。二、TKXW—1T型轴温巡检报警器的电路原理报警器整个电路的工作电源由车辆上44～60伏直流电源供给，当S1开关接通后48V电源经保险BX经R1、K2、二极管V3，经π型滤波，再经逆变器和整流器而产生（对地而言）电压供仪器使用。±5伏电压加到IC67556/2使用谐振荡器开始起振，每3.5～4秒发出一个脉冲，由7556的“5”端子输出至IC34520的输入端“1”，计数器开始计数，轴位显示器显示轴位。并相应控制电子开关，将相应轴位的传感器由温度信号变成的电信号经4051的输出端“3”，经K5、K4去告警电路的比较器输入端和轴温显示电路。1.轴温显示电路轴温电信号VIN由4051“3”→K5.K4→K8.K7→R42→IC7107输入端→7107A/D转换→计数器计数→锁定、译码→驱动器→LED发光数码管显示轴位温度。2.告警电路：告警电路由比较器和IC7555等组成，报警温度有两种：一种为定点90℃±2℃报警；另一种为跟踪外温加40℃±4℃报警。可根据需要选择。轴温信号输入到告警电路比较器进行比较，当轴温低于告警温度时，比较器输出为低电平，使7555不能产生振荡，同时使二极管处于反向偏置不能导通，不能开通控制电路。当某轴温超过告警温度时，比较器输出高电平，使7555产生振荡，此时蜂鸣器发声，红灯闪烁，同时输出的正电位使V14正向偏置去控制多谐振荡器停振。第四节集中式轴温报警器KZS/M-1型集中式轴温报警装置是一种联网型集中式轴温报警装置，它具有同时显示、自动识别、适应数字或模拟传感器等功能，对一些故障能够自动诊断，并能自动适应通讯线路。一、KZS/M－Ⅰ型轴温报警装置的组成KZS/M－Ⅰ型轴温报警装置是一个整机系统，它包括KZS/M－Ⅰ型轴温报警仪(即控制显示器)、温度传感器和KZS/M－Ⅰ型轴温数据监测记录仪三个部分系统网络结构见图1、系统网络轴报器主机和分布于各车厢的轴报器从机通过通信线路联接一个总线式的通信网络。每个轴报器作为一个通信节点，均可以通过开关设置为主站或从站。当主站发生故障时，可任选其他轴报器作为主站，重新构成通信网络，保证信息传输的可靠性。2．轴报器主机轴报器主机主要由单片仪、掉电保护数据存储器、IC卡数据接口、显示器、蜂鸣器、红外遥控接口、通信接口及日历时钟等组成。主机用来显示各车厢各轴位的轴温信息和报警信息，监测全列车整个网络的通信状态，当有从机与主机通信中断时，监测灯闪烁。巡回显示各车厢的时间为（15±5）S，定点显示某轴位恢复时间为（160±30）。未接到数据时，显示E－8。报警时，显示其车箱号、轴位、轴温。若有几个轴温同时超限，则报警交替进行。主机上有标准的IC卡数据接口，可以记录打印。3．轴报器从机轴报器从机主要由单片机、显示器、蜂鸣器、红外遥控器、通信接口及日历时钟等组成，结构框图见图3-8-13。轴报器从机用来显示本车厢各轴位的轴温，巡检时间为（15±5）S，定点显示某轴位恢复时间为（160±30）S。报警时，同时显示轴位、轴温。若传感器开路，显示E-1，传感器短路，显示E-0。二、KZS/M－Ⅰ型轴温报警装置的作用1．即时显示全列车各轴温和环境温度。2．监测全列车各轴位轴温，只要有任一轴位轴温高于环温40℃或轴温达到90℃时，即声光同时报警。3．乘务员在列车任一节车厢均可了解全列车任一轴位轴温，实行时钟记录并存储报警记录，以供建立列车维修档案。4．自动检测显示轴温传感器线路是否短路或开路。三、KZS/M－Ⅰ型轴温报警装置的特点1．仪器能与数字式传感器和模拟式传感器兼容。能自动识别、自动兼容任意混装数字和模拟传感器。2．具有全列车报警功能和单独报警功能。乘务员在列车的任何一节车厢都可以知道整列列车任何一节车厢任何一个轴位的轴温，这大大减轻了乘务人员的工作量。3．仪器采用一体化结构，温度测量、显示、数据信号传输、电源等都在一台机器内，只需接上传感器就可以正常工作。若不连接载波线，则只能当一般的轴报仪单独使用。仪器联网使用时对广播无干扰。4．采用先进的模块式开关稳压电源，能在直流36~72V范围内可靠工作。一体化结构，工作可靠，带负载能力和搞干扰能力强，不易损坏，克服了一般逆变电源的缺点。5．由于该仪器采用大规模集成电路、计算机微处理器（C