机车油位检测显示系统的研究开发

(呼和浩特铁路局科研所，内蒙古 呼和浩特 010051)
摘 要：本文介绍了加装机车油位显示系统的必要性、系统的原理、结构以及试验使用效果等。
关键词：内燃机车；油位显示；显示系统
中图分类号：U260.5^＋4  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2008)06—0297—02

自内燃机车在铁路采用以来，燃油液位一直采用传统的液位测量方法，即在油箱侧面安装一块或两块透明玻璃板，附加刻度，采用人工读数，这种传统的液位检测方法，密封不好、易泄漏，一旦玻璃板破碎，容易给机车行驶造成危害。之后又出现了浮球液位计，浮球浮在油面上，通过燃油高低液位的变化，经过机械力的转化，用指针显示油位变化。目前，内燃机车的几种燃油液位计，均属于地面显示型，司乘人员要想知道燃油多少，到站停车后，司机要从机车扶梯上爬下，先把玻璃板擦净，再仔细核对刻度线，遇到晚上或光线昏暗还要用手电照明，机车乘务员了解燃油油量很不方便。至于机车机油液位检测就更原始了，一根钢制探尺插入机油箱，做上几个刻度，司乘人员每每拔出用布子擦净看机油浸没程度。在过去的机车交路运行图情况下，运行区间短，不会出现机车缺油情况。随着铁路的发展，要求客运高速、货运重载，提出了单司机、长交路的运行模式，中途机车不停顿。这时，运行过程中燃油容易出现油量不足现象，但下车检查又不方便；机油不足或漏油无法第一时间发现，甚至造成机故。相对落后的检查方式与实际需求的矛盾日渐突出，为此，研制了机车
油位显示装置。
1 系统组成及工作原理

本系统是由油位变送器、二次显示仪表及附件组成。油位变送器是一款高灵敏度的进口陶瓷压力传感器为主元件封装而成的高性能的一次仪表，它具有稳定性好、精度高、结构坚固、抗腐蚀强等优点。
系统工作原理图如下：

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11 传感器部分

在机车燃油箱加装油位传感器，有其特殊要求，既不能改变原有装置功能又不能进行机加工。另外，同一型号的机车燃油油箱及液位计各不相同，图纸和实物也有较大的差异，这就要求我们制作每一个连接件不能照搬图纸，必须专门设计。

在繁目众多的传感器中，经过筛选实验，采用了陶瓷电容静压式工作原理的传感器来检测油位。陶瓷电容通过电极板的变化来感应油位变化，经过线性微电路处理，加之以温度补偿，这样就完成了电路处理，整个传感器体积小，与油表底护板连成一体。
1.2 显示及报警部分

油箱内的油通过导油三通引至油位变送器，将油箱内的油位高度转换为电信号，经电路放大，转换为4～20mA标准电流信号，此信号经信号电缆传送到机车驾驶室内液位显示仪主机上，液位显示仪将接收到4～20mA电流信号，换算成柱状高度和体积显示出来。而副机信号则由主机取出，经电缆引入。液位显示仪面板光柱显示体积百分比，数字显示燃油升数。为了避免气压对测量的扰动，变送器内置储气室，用于平衡气压力，使用不受地区限制。封装严密，强度高，耐环境温度变化。

显示仪表安装于机车两侧驾驶室，既可直观地显示油量，又有电子光柱模拟，同时可实现上、下限油位报警。 
1.3 计算机处理部分
1.3.1 储存记录功能。因采用计算机存储技术，使行车油量参数更有利于保存记录，可记录行车过程中燃油、机油消耗曲线，如有必要，可下载为分析事故提供数据。
1.3.2 报警功能。计算机可根据实际需要，设置上下限报警点，可用文字、声音、语言提醒司乘人员注意操作。 
1.3.3 整合。如有必要，可将油位数据纳入机车运行监控系统，整合资源，集中记录和显示。
1.4 技术参数
1.4.1 检测部分
      测量范围：0～10kPa
      工作温度：-40～+85℃
工作电压：DC14～16V
      输出信号：4～20mADC
      精度等级：± 1 %
      负载电阻：＜500Ω(24VDC)
  电压影响：＜0.02FSO/V
      稳定性：  ＜0.2%FSO/Y
      环境温度： -40～+85℃
      相对湿度： 0～100%
1.4.2 显示部分
      最大宽度：1 500cd/m²
      最大视角：[ZK(]左80″，右80″，上视角80″，下视角60″
      色彩262，144色，6位，数字RGB
      最大对比度：600∶1
      外形尺寸：170×126×150mm³
      显示尺寸：6.5英寸
      接口形式：串口通信/RGB
      低温启动：≤5min
      功能振动：0.04G2/HZ
      冲击：20g11ms后峰锯齿波
      工作温度：－45～+70℃
      供电：12VDC
2 关键技术
2.1 检测信号传输技术

该装置的检测输出信号为4～20mA国际标准信号，此装置信号传输采用屏蔽电缆，传感器电压降不低于14VDC。
2.2  信号采集及抗干扰技术

本装置的检测信号采集来自油箱底部储气杯口的静压力，此静压力作用在传感膜片上，使测量膜片发生正比于油位变化的极小位移，从而使传感器的输出电容量发生变化，此检测信号经电路处理后作标准电流输出。本变送器采用T型LC网络滤波，大大增强了抗电源波动和线路的杂散信号干扰，基于机车电器设备多，电磁干扰大的状况，本检测装置采用金属壳体，全密封结构，增强了抗电磁场干扰能力。

机车在行驶过程中，由于路面情况而产生震动和晃动，油位随之发生变化，对信号采集产生极大影响，为避免采集不真实值，使显示更加稳定，该装置计算机数据处理过程中采用平均值输出，即在2秒时间内采样30次，计算平均值后作为输出到显示和记录存储部分。
2.3 变送器的防爆技术

考虑到机车的特殊性及检测介质的特殊性，本装置的检测部分为安全防爆型，经国家级仪器仪表防爆安全监督检验站（NEPSI)检验认可，符合国家标

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