華東交通大學(xué) 車輛電器裝置 客車軸溫報警器

1、第九章第九章 客車軸溫報警器客車軸溫報警器第一節(jié) 軸溫報警器概述軸溫報警器是一種車載自動巡回檢測軸承溫度變化，超限預(yù)警的裝置，對運行中的旅客列車進(jìn)行軸承狀態(tài)監(jiān)測，當(dāng)車輛車軸軸頸溫度超過允許的溫升數(shù)值時，能自動定量告警 。一、軸溫報警器分為：1.分立式2.集中式二、軸溫報警器組成：1.溫度傳感器（車下）2.溫度報警儀（車上）第二節(jié) 溫度傳感器一、模擬傳感器軸溫模擬傳感器，采用兩只二極管串聯(lián)使用，并在兩端并聯(lián)一只電容，提高了其靈敏度及抗干擾能力。（1）傳感器的性能參數(shù)如下：工作電流 3002% A并聯(lián)電容 0.1F串聯(lián)電阻 13，附加誤差 1并聯(lián)電阻 80K，附加誤差 1.5工作環(huán)境溫度 -501

2、29測量溫度范圍 2090溫度與電壓特性應(yīng)符合下式：V=（1235-4.36t）4.36mvV傳感器兩端電壓（mv）t溫度，在-45120之間（）工作環(huán)境相對濕度 不大于95%(2)軸溫傳感器作用:傳感器對車軸溫度感應(yīng)探測，并將溫度變化的物理量轉(zhuǎn)變成電信號，送入數(shù)字式儀表進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)換。(3)軸溫傳感器工作原理：二極管的溫度特性可知，當(dāng)溫度變化時，二極管的正向伏安特性曲線將發(fā)生變化，溫度越高，電流變大，特性曲線左移。如圖 假設(shè)二極管電流一致，則其壓降與溫度成一定關(guān)系，即溫度升高，管壓降降低，利用此特性可將半導(dǎo)體二極管制成負(fù)溫度系數(shù)的傳感器。由上圖所示的傳感器伏安曲線的溫度特性可看出：當(dāng)傳感器工

3、作電流ID為300UA時，傳感器兩端的電壓與溫度有關(guān)，其靈敏度為約為-4.36mv/，當(dāng)溫度恒定，工作電流改變時，V也改變，因此，工作電流應(yīng)為恒流，不受環(huán)境影響。使電壓與溫度成反比。二、數(shù)字溫度傳感器DS1820數(shù)字溫度傳感器具有抗干擾能力強、功耗低、高性能、選配微處理器容易等優(yōu)點。(一）特點：1.傳感器內(nèi)部將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以脈沖數(shù)字的形式輸出溫度信號；2.可聯(lián)網(wǎng)，方便分散點測量；3.通過數(shù)據(jù)線提供寄生電源，不需再單獨供電；4.溫度測量精度高；5.報警檢測命令可識別和定位溫度超限節(jié)點。數(shù)字傳感器內(nèi)部其實也是PN結(jié)，它采用專用的變換電路把溫度轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，控制器在讀取數(shù)字溫度傳感器的

4、信號時不需要再經(jīng)過其它轉(zhuǎn)換而直接讀取溫度的數(shù)字信號。為保證溫度數(shù)據(jù)的完整性，準(zhǔn)確性，DS1820在輸出溫度數(shù)據(jù)時，附有CRC校驗，這樣可以保證控制器讀取正確溫度。DS1820具有獨特的單總線數(shù)字接口，即DS1820與控制器交換數(shù)據(jù)時，不需要單獨供電。其數(shù)據(jù)線既可以用來讀取數(shù)據(jù)，也可以用于向DS1820供電，在軸報中，只需要數(shù)據(jù)線和地線就可以測溫。由于數(shù)字傳感器和控制顯示器之間傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，而不是電壓值，且?guī)в行ｒ灩δ?，因此相對于模擬傳感器，串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻對數(shù)字傳感器的影響很小。當(dāng)使用數(shù)字式傳感器時，計算機不斷地向數(shù)字式傳感器發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令，然后檢測傳感器溫度轉(zhuǎn)換是否完成，當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換完

5、成后，則把讀取的溫度值進(jìn)行比較。如果不正確，則重新讀取。當(dāng)使用模擬式傳感器時，由傳感器來的信號經(jīng)微型計算機進(jìn)行控制處理。首先，模擬式傳感器所產(chǎn)生的電壓信號通過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，計算機讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字濾波，對經(jīng)過濾波后的數(shù)值進(jìn)行計算處理，轉(zhuǎn)換為溫度值。儀器把溫度值送到顯示屏顯示，同時對得到的溫度進(jìn)行判斷，如達(dá)到所規(guī)定的報警溫度即進(jìn)行聲光報警，并將有關(guān)信號通過調(diào)制解調(diào)器送出使其它車廂亦進(jìn)行報警，并顯示出超溫度的車廂、軸位和軸溫，達(dá)到集中監(jiān)測的目的。儀器根據(jù)需要，可以聯(lián)接IC卡軸溫數(shù)據(jù)記錄儀，實現(xiàn)軸溫監(jiān)測的自動化。（二）溫度傳感器工作原理：DS1820測溫是通過對時鐘周期計數(shù)實現(xiàn)的。

6、電路中有兩個振蕩器a和b，a振蕩周期不隨溫度變化，b的振蕩周期隨溫度變化而成比例變化。電路在振蕩器a的一個振蕩正半周期內(nèi)（門控周期），對振蕩器b的周期計數(shù)，計數(shù)的結(jié)果就對應(yīng)了溫度值，如圖：三、軸溫傳感器結(jié)構(gòu)與安裝：1.傳感器為螺栓結(jié)構(gòu)傳感器固定在每個軸端的箱體上，用電纜與安裝在乘務(wù)員室內(nèi)的儀表聯(lián)接。采用銅質(zhì)材料，外形高度不大于50mm，連接螺桿長度不大于15mm，采用普通螺紋M16，其螺桿長為15mm，螺紋有效長度為13mm。傳感器引出線長為750mm，接線端應(yīng)附帶4mm的鍍銀焊片。2.傳感器的安裝按照規(guī)定方式進(jìn)行配線，將傳感器引線接至儀器接線端。按照部統(tǒng)一規(guī)定，接線端的排列順序如下：第三節(jié)

7、TKZW1T型分立式軸溫報警器一組成：由溫度傳感器、軸位電路、多路電子開關(guān)、信息處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、報警電路及電源變換電路組成。其原理圖及框圖如圖 1.信號處理電路為了保證流過二極管傳感器的工作電流恒定，采用了傳感器信號處理電路，由穩(wěn)壓管V2和運放組成的恒流電路。如圖 當(dāng)U2電壓隨溫度升高而降低時，運放的正向輸入端電壓上升，使輸出電壓U1下降；當(dāng)U2電壓隨溫度下降而升高時，輸出電壓U1上升。即U1隨U2的變化而變化，但U1-U2可保持不變，這是因為運算放大器的輸入阻抗很大，因此它們的輸入電流很小，幾乎為零，這樣使U4的電位與U2的電位相等，由于U2與U4的壓差由穩(wěn)壓管V2作用而穩(wěn)定，即U

8、1-U4=U1-U2也保持穩(wěn)定，由于R不變，使流過傳感器的工作電流不變。2多路電子開關(guān)本儀器采用的模擬開關(guān)CD4051為八選一多路電子開關(guān)，由圖可知，改變輸入端C、B、A的二進(jìn)制數(shù)值能使某一路開關(guān)接通，并由3號輸出端向軸溫顯示器輸出該軸位的軸溫電壓信號。禁止端INH為“0”時，根據(jù)輸入的地址碼C、B、A狀態(tài)，選通一個通道，輸出對應(yīng)軸位的軸溫電壓信號。例如：C、B、A為0、0、0時選通0位（即8位）,1、0、0時選通4位，1、0、1時選通5位，其通路符合4C+2B+1A禁止端INH為“1”時，8個通道全部關(guān)斷3脈沖信號發(fā)生器及單穩(wěn)電路如圖所示為脈沖信號發(fā)生器及單穩(wěn)電路作鎖定時間為2分鐘的間息脈沖

9、發(fā)生器。它們是由一塊7556CMOS雙時基電路組成，其中一時基電路作一基本多諧振蕩器為脈沖信號發(fā)生器，另一時基電路作一標(biāo)準(zhǔn)的單穩(wěn)電路。如圖所示，多諧振蕩器的復(fù)位按鈕與單穩(wěn)電路和觸發(fā)按鈕為一雙觸頭同步按鈕，也就是同一按鈕。多諧振蕩器的復(fù)位觸頭與單穩(wěn)的觸頭是同步進(jìn)行的，這樣在多諧振蕩器一復(fù)位后，緊跟著就送出一個正脈沖驅(qū)動軸位計數(shù)電路翻一位，同時另一同步按鈕觸發(fā)單穩(wěn)電路，使間息脈沖發(fā)生器輸出一個2分鐘寬度的正脈沖，通過三極管倒相，將多諧振蕩器鎖住，多諧振蕩器停振2分鐘，解除多諧振蕩器停振信號，脈沖信號重新工作，計數(shù)電路進(jìn)入計數(shù)使測試進(jìn)行循環(huán)巡檢。圖中加有一時基電路555，其控制端由報警比較器輸出控制

10、，比較器的預(yù)置端（即運放的同相輸入端）由外溫及跟蹤開關(guān)選擇其設(shè)定的電壓，當(dāng)測量電壓（即反相輸入端電壓）低于設(shè)定電壓時，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出端電位由低到高，使555產(chǎn)生一個頻率為1Hz左右的方波，推動發(fā)光二極管及小蜂鳴器作聲光報警。4軸位顯示電路軸位顯示電路如圖3-8-10所示，由4520同步加數(shù)計數(shù)器、4511BCD七段鎖定譯碼器及4002四輸入或非門再加數(shù)碼管組成。其主要功能是完成八個軸位的循環(huán)顯示。4511譯碼器將BCD碼譯成0.1.2.3.4.5.6.7顯示，為了使數(shù)字與軸位對應(yīng)，需將0改為8，因此引入4002輸入端或非門電路，可完成將0顯示改為8顯示的功能。 5電源TKZW-1T型巡檢報警

11、器整個電路所需工作電源為5V直流電源。而車輛上供電為40-60伏直流電源，為此須將4460伏直流先變換成交流，經(jīng)調(diào)壓、整流、穩(wěn)壓成為5V的穩(wěn)定直流電源供儀器使用。電路原理見圖。（1）直流變換器中，自激振蕩器是采用的矩形電壓發(fā)生器，其原理與BY-2型逆變器電路原理相同。（2）整流及穩(wěn)壓微波電路由B1次級圈供給的電壓經(jīng)高頻二極管以中心抽頭全波整流電路形式整流以后，通過7805三端穩(wěn)壓器獲得+5V電源；通過7905三端穩(wěn)壓器獲得-5V電源供儀器所有電路運用。二、TKXW1T型軸溫巡檢報警器的電路原理報警器整個電路的工作電源由車輛上4460伏直流電源供給，當(dāng)S1開關(guān)接通后48V電源經(jīng)保險BX經(jīng)R1、K

12、2、二極管V3，經(jīng)型濾波，再經(jīng)逆變器和整流器而產(chǎn)生（對地而言）電壓供儀器使用。5伏電壓加到IC67556/2使用諧振蕩器開始起振，每3.54秒發(fā)出一個脈沖，由7556的“5”端子輸出至IC34520的輸入端“1”，計數(shù)器開始計數(shù)，軸位顯示器顯示軸位。并相應(yīng)控制電子開關(guān)，將相應(yīng)軸位的傳感器由溫度信號變成的電信號經(jīng)4051的輸出端“3”，經(jīng)K5、K4去告警電路的比較器輸入端和軸溫顯示電路。1.軸溫顯示電路軸溫電信號VIN由4051“3”K5.K4K8.K7R42IC7107輸入端7107A/D轉(zhuǎn)換計數(shù)器計數(shù)鎖定、譯碼驅(qū)動器LED發(fā)光數(shù)碼管顯示軸位溫度。2.告警電路：告警電路由比較器和IC7555等

13、組成，報警溫度有兩種：一種為定點902報警；另一種為跟蹤外溫加404報警?？筛鶕?jù)需要選擇。軸溫信號輸入到告警電路比較器進(jìn)行比較，當(dāng)軸溫低于告警溫度時，比較器輸出為低電平，使7555不能產(chǎn)生振蕩，同時使二極管處于反向偏置不能導(dǎo)通，不能開通控制電路。當(dāng)某軸溫超過告警溫度時，比較器輸出高電平，使7555產(chǎn)生振蕩，此時蜂鳴器發(fā)聲，紅燈閃爍，同時輸出的正電位使V14正向偏置去控制多諧振蕩器停振。第四節(jié) 集中式軸溫報警器KZS/M-1型集中式軸溫報警裝置是一種聯(lián)網(wǎng)型集中式軸溫報警裝置，它具有同時顯示、自動識別、適應(yīng)數(shù)字或模擬傳感器等功能，對一些故障能夠自動診斷，并能自動適應(yīng)通訊線路。一、一、KZS/M型軸

14、溫報警裝置的型軸溫報警裝置的組成組成KZS/M型軸溫報警裝置是一個整機系統(tǒng)，它包括KZS/M型軸溫報警儀(即控制顯示器)、溫度傳感器和KZS/M型軸溫數(shù)據(jù)監(jiān)測記錄儀三個部分 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖 1、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)軸報器主機和分布于各車廂的軸報器從機通過通信線路聯(lián)接一個總線式的通信網(wǎng)絡(luò)。每個軸報器作為一個通信節(jié)點，均可以通過開關(guān)設(shè)置為主站或從站。當(dāng)主站發(fā)生故障時，可任選其他軸報器作為主站，重新構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)，保證信息傳輸?shù)目煽啃浴?軸報器主機軸報器主機主要由單片儀、掉電保護(hù)數(shù)據(jù)存儲器、IC卡數(shù)據(jù)接口、顯示器、蜂鳴器、紅外遙控接口、通信接口及日歷時鐘等組成。主機用來顯示各車廂各軸位的軸溫信息和報警信息，監(jiān)測

15、全列車整個網(wǎng)絡(luò)的通信狀態(tài)，當(dāng)有從機與主機通信中斷時，監(jiān)測燈閃爍。巡回顯示各車廂的時間為（155）S，定點顯示某軸位恢復(fù)時間為（16030）。未接到數(shù)據(jù)時，顯示E8。報警時，顯示其車箱號、軸位、軸溫。若有幾個軸溫同時超限，則報警交替進(jìn)行。主機上有標(biāo)準(zhǔn)的IC卡數(shù)據(jù)接口，可以記錄打印。3軸報器從機軸報器從機主要由單片機、顯示器、蜂鳴器、紅外遙控器、通信接口及日歷時鐘等組成，結(jié)構(gòu)框圖見圖3-8-13。軸報器從機用來顯示本車廂各軸位的軸溫，巡檢時間為（155）S，定點顯示某軸位恢復(fù)時間為（16030）S。報警時，同時顯示軸位、軸溫。若傳感器開路，顯示E-1，傳感器短路，顯示E-0。二、二、KZS/M型軸

16、溫報警裝置的作用型軸溫報警裝置的作用1即時顯示全列車各軸溫和環(huán)境溫度。2監(jiān)測全列車各軸位軸溫，只要有任一軸位軸溫高于環(huán)溫40 或軸溫達(dá)到90時，即聲光同時報警。3乘務(wù)員在列車任一節(jié)車廂均可了解全列車任一軸位軸溫，實行時鐘記錄并存儲報警記錄，以供建立列車維修檔案。4自動檢測顯示軸溫傳感器線路是否短路或開路。 三、三、KZS/M型軸溫報警裝置的特點型軸溫報警裝置的特點1儀器能與數(shù)字式傳感器和模擬式傳感器兼容。能自動識別、自動兼容任意混裝數(shù)字和模擬傳感器。2具有全列車報警功能和單獨報警功能。乘務(wù)員在列車的任何一節(jié)車廂都可以知道整列列車任何一節(jié)車廂任何一個軸位的軸溫，這大大減輕了乘務(wù)人員的工作量。3儀

17、器采用一體化結(jié)構(gòu)，溫度測量、顯示、數(shù)據(jù)信號傳輸、電源等都在一臺機器內(nèi)，只需接上傳感器就可以正常工作。若不連接載波線，則只能當(dāng)一般的軸報儀單獨使用。儀器聯(lián)網(wǎng)使用時對廣播無干擾。4采用先進(jìn)的模塊式開關(guān)穩(wěn)壓電源，能在直流3672V范圍內(nèi)可靠工作。一體化結(jié)構(gòu)，工作可靠，帶負(fù)載能力和搞干擾能力強，不易損壞，克服了一般逆變電源的缺點。5由于該儀器采用大規(guī)模集成電路、計算機微處理器（CPU）、智能化處理傳感信息、模塊化結(jié)構(gòu)，因此結(jié)構(gòu)簡單、沒有需要調(diào)節(jié)的元件，可靠性較高，儀器達(dá)到“免維護(hù)”。6采用數(shù)字式傳感器，可以去除由于線路帶來的溫度測量誤差，儀器的抗干擾能力得以提高。 7儀器數(shù)據(jù)的傳輸利用兩根廣播線或兩根

18、專用線完成，在原有的TKZW1TA型接線的基礎(chǔ)上只加兩根線，接線簡單。8儀器的聯(lián)網(wǎng)采用分布式結(jié)構(gòu)，任意儀器就可構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，即使某一臺儀器發(fā)生故障，也不影響其它儀器的正常使用，如果聯(lián)接線從中間斷開，則系統(tǒng)變?yōu)閮蓚€獨立的網(wǎng)絡(luò)正常工作。9帶傳感器智能判斷功能，傳感器短路不報警。如果環(huán)溫傳感器開路、短路，儀器能自動判斷，并自動改為定點90報警方式。儀器既可自動檢測線路故障又可自動判斷由軸溫傳感器接觸不良引起的不正常溫度，減小了誤報率。10采用高亮度液晶顯示屏，8個軸位的軸溫、環(huán)溫及車廂順位號一屏同時顯示。11儀器帶有實時時鐘，自帶報警數(shù)據(jù)記錄，便于隨時查閱。四、主要性能指標(biāo)四、主要性能指標(biāo)測量溫度范圍：

19、45125（模擬或數(shù)據(jù)式傳感器）溫度測量精度：1（2090）2（小于20或大于90）溫度測定路數(shù)：8路軸溫，1路環(huán)溫定點延時：302S報警溫度：定點報警902跟蹤報警C404(C為外溫)報警方式：聲光報警，所有儀器同時顯示車廂順位號及超溫軸位的軸溫。有多個軸位同時超溫報警時循環(huán)顯示所有報警點的軸溫。車廂數(shù)：小于等于20傳感器：模擬或數(shù)字傳感器電源電壓：DC3672V載波線：兩根廣播線及車體地線或兩根專用線及車體地線第二節(jié)第二節(jié) KZS/M-型集中式軸溫報警型集中式軸溫報警裝置的工作原理裝置的工作原理一、一、KZS/M1型軸報器（控制顯示器）型軸報器（控制顯示器）的工作原理的工作原理:KZS/M1型軸報器（控制顯示器）是軸溫報警系統(tǒng)的心臟。它主要由單片計算機控制器、液晶顯示器、直流開關(guān)電源、調(diào)制解調(diào)器等組成，其原理框圖如圖所示。1.液晶顯示器LCD顯示器采20 2點陣字符型、寬視角、帶LED背光的顯示模塊，該模塊顯示信息量大，能一次顯示8個軸位的溫度，一個環(huán)溫和車廂號，還可以顯示各種符號。 2.直流開關(guān)電源列車直流電源多為48V，而控制顯示器需要的是5V和10V電源，因此儀器采用了直流開關(guān)電源模塊。直流開關(guān)電源的輸入電壓工作范圍寬，輸入輸出隔離，并具有過熱、過流保護(hù)功能。3.調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器是專門用于在特殊線路上（廣播線或集控線）發(fā)送和接收數(shù)據(jù)