铁道车辆轴温报警器设计与制作-车辆电工毕业论文.doc

车辆电工毕业论文铁道车辆轴温报警器设计与制作专 业：车辆电工摘要客车用集中轴温报警器作为保障旅客列车运行安全的重要设备，广泛应用于各类旅客列车车轴温度的实时监测，以避免列车运行过程中因温度过高引起切轴造成的行车事故。现阶段全路广泛使用的集中式轴温报警器是由传输线路，轴温传感器及控制显示器组成，是监测铁路列车轴温，预报热轴，防止切轴，保证列车运行安全的重要设备。自轴温报警器使用以来，在预报热轴，防止切轴方面发挥了重要作用，准确预报了大量热轴故障。AbstractPassenger focus Hotbox alarm safe operation of passenger trains as a safeguard important equipment. Passger trains are widely used in various types of real-time monitoring of axle temperature. To avoid the trains during the high temperature caused by traffic accidents caused by cutting axis.Widely used at this stage the whole way Hotbox alarms are centralized by the transmission line, monitor sensors and control components Hotbox, is to monitor the train Hotbox, Hotbox forecast, to prevent the cutting axis, important to ensure the safety of train operation equipment. Hotbox alarm has been used since the, in forecasting the hot box, To prevent the cut to play an important role in axis, Accurate prediction of a large number of hot shaft failure.目录一旅客列车对轴温报警器的要求7轴温的产生7轴温的危害轴温检测方法和设备7轴温报警器主要技术参数要求8轴温报警器分类8二温度传感器10双PN结模拟量温度传感器10数字温度传感器11模拟式与数字式传感器的性能比较18三TKZW-1T型分立式轴温报警器20轴温报警器的工作原理21轴温测量原理22轴位的转换与显示26电 源31第一章 概 况 在我国,采用仪器对铁道车辆轴温进行检测已有二十多年的历史。轴温报警装置由最早的分立元件逐步发展到现在采用高性能的单片计算机技术，由单台检测发展到今天联网检测。传感器也由早先的铂电阻发展到现在的数字温度传感器，轴温数据的记录也由手工抄写发展到今天的自动记录，并可通过IC卡转存到微机内进行数据处理。由于技术的不断进步，客车轴温报警装置上升到了一个新的水平。旅客列车对轴温报警器的要求轴温的产生和危害铁路列车运行时，客车车体自重和载重形成的重力通过轴箱体和轴承等，传递到滚动的轴颈上。在这种条件下，滚柱沿内外圈的滚动摩擦，润滑油和轴承零件摩擦，滚柱端部与保持架以及内外圈突缘形成的摩擦，加上径向力和太阳辐射热的作用，导致轴承发热，热量产生中心在滚柱，因此滚柱的温度最高，其次是保持架，内、外圈、轴箱和轮閎。客车轴箱体温度允许比周围环境空气温度高3035摄数度（滚动轴承轴箱体的剩余温度）。如果温度过高，则会造成润滑油变稀，轴承零件变形，工作间隙发生变化，摩擦磨损加剧。造成温度过高的原因主要有：材料缺陷，如润滑油含水；机加工和热处理工艺不合格，内外圈产生高的残余应力；内圈与轴颈的选配不当等。旅客列车的主要行车事故是燃轴和切轴，客车滚动轴承故障是轴承热轴事故的主要隐患。采取早期诊断，并进行综合治理，对于铁路运输专业生产是十分必要的。因此，客车安装轴温监测和热轴颈预警装置是一个重要的预防措施。轴温检测方法和设备随着铁路运输逐渐繁忙，列车编组火大，行车密度和速度增加，热轴发生机率也在增大。为了最大限度的扼制轴温事故的发生和发展，非接触式红外线地面探测技术和接触式监测轴温的车上探测技术都迅速发展起来，形成了地面探、车上探及车检、站检（手摸和点温）“三保险”式的我国旅客列车热轴预防报警体系。客车轴温的检测方法有下列几种：1、在停车时，由车辆乘务员用手逐个摸轴温。这种方法不需要添置任何设备，但需要有专人凭经验工作，科学性差，劳动强度大。随着了车速度的提高，列车停站次数和时间的减少，这种方法已不适应。2、在列车运行的站线上，定点设置探测轴温的红外线接受装置。设备投资多，装置复杂。3、在轴箱上埋装双金属片接点，轴箱温度达到一定值时，双金属片接通接点，接通车上电铃报警电路。这种方法设备较简单，但无法显示具体温度值。4、在列车的每辆客车上安装轴温监测与报警装置。车上检测轴温的探测技术是采用接触式感温传感器，检测轴承温度的变化，对超过正常运转的轴承及时检测出来，并向检车乘务员预报及时确认和处理，防止因故障轴承热轴恶化而危及列车的安全。装置由传感器、显示器及连接电路构成，他们分别装在轮对、车厢内和转向架上。显示器是核心部分，他依次将各轴位传感器输出的物理变量接收、处理、辨别和显示，在轴温达到预警戒线时，显示器发出声光警报。列车员报告检车乘务员、即行处理。严重情况时，则要紧急停车或缓行到下一站经检车确认后，或甩车或继续运行。为了对旅客列车的轴温进行检测与报警，有效的防止列车燃轴事故的发生，目前，在列车的每辆车上都安装了轴温检测与报警装置，这种装置称为客车轴温报警器，简称轴报器。旅客列车采用轴温监测与报警装置后，有效的防止了客车燃轴事故，保证了运输的安全。轴温报警器主要技术参数要求尽管各种轴报器的主要技术指标间有若干差异，但都基本符合铁道部（1986）467号文件附件2客车轴温检测报警装置技术条件的规定，其中报警器的技术指标如下：（1） 输入电压：直流4065V;（2） 温度显示范围：-50+150；（3） 系统测量精度：+20+90，+2，-2；（4） 轴温检测点；8个轴位（自动和手动），外温检测点：1个(手动)；（5） 巡检速率：8点巡回时间（30+-5）S；（6） 手动自动恢复时间：3min;误差为5s；（7） 报警方式：声光同时报警并显示轴温，报警音响：80dB（距仪器1m处测量）；灯光信号：红色闪耀光；（8） 报警温度方式：定点报警90，跟踪报警：外温加40；（9） 仪器工作方式:连续；（10） 仪器使用的环境温度和相对湿度：045；不少于90%；（11） 耐受振动：3g； 上述指标的核心是定点报警90，测量精度正负2和整机工作的可靠性。轴温报警器分类1、按采用的传感器分类按采用的传感器不同，轴温报警器分为变形型、轴敏型和数字式传感器主要是熔断片。温敏型种类较多，有铂电阻、合金电阻、热敏电阻、集成电路和PN结二极管。变形型和温敏型传感器均属于模拟温度传感器。传统的检测方法是通过模拟温度传感器采集轴承的温度信号，转换成电信号后放大，在经过A/D转换成数字型号后送至主机处理。这种检测方法使用的传感器大多不可避免地存在下列问题：需要误差补偿，且灵敏度不高；模拟放大电路的存在温度漂移、零点漂移等问题，抗干扰能力差。由于模拟温度传感器上述问题的存在，当车辆运行在恶劣环境下，例如动车组，其可靠性及精度很难收到理想的效果。随着微电子技术的发展，硬件集成度达到极大提高，新型数字温度传感器应运而生。例如，DS1820系列产品采用“一线总线”技术，实现了一条数据线进行双向数据传输，可以轻松构建“一线网络”，最大限度的节省了通讯线的数量，是系统布线更方便快捷，布线刚成本更低，因此得到了广泛的应用。采用DS18B20数字式温度传感器，用于动车组轴承温度检测中，可以解决使用模拟温度传感器带来的一系列问题，轻松实现了多点测温。数字温度传感器具有抗干扰能力强、布线简单、测温准确等优点在使用中不需要任何外围元件，可直接将温度信号转化成串行数字信号供危机处理，每片数字温度传感器都有唯一的产品序列好，特别适合与构建动车组的多点温度测控系统，实时准确的检测每处轴温的变化，为实现轴承故障的早期诊断提供及时、强有力的依据。2、按轴温热轴预警信息处理方式分类按轴温热轴预警信息处理方式的不同，轴根器可分为分立式和集中式。分立式是指：单节车厢安装一套独立的轴温热轴报警装置，各节车厢的轴温信息相互独立，分立报警。分立式轴报器的型号较多，它们的共同特点是采用性能稳定、分辨率高、转换精度高的CMOS集成块作为数字和开关电路，用LED数字管显示轴位与轴温，他们之间差别较大的是采用了不同的轴温传感器，有BA2型铂电阻、SL134集成温度传感器，特种合金电阻和测温PN节等。集中式周报器是指：不但每节车厢均安装轴温热轴报警装置，而且能够采用信息传输技术，可全列车所有轴温报警器预警信息进行集中处理，是检车乘务员无需逐节车厢巡视便可以随时且速度地掌握全列各辆车的轴温报警温度，进行集中检测，集中主要参数包括轴温采集、处理、通信和系统管理。温度传感器目前铁路客车轴温报警器所使用的温度传感器中,主要使用双PN结模拟量传感器和DS1820型数字量传感器。双PN结模拟量温度传感器1、 双PN结测温原理双PN结的伏安特性随温度的变化如图所示，当温度恒定时，给PN节加一恒定电流ID则PN结两端得到一个确定的电压VD，VD传感器两端电压（mV）。当温度升高时，伏安特性曲线左移；若ID不变，则VD减小。由此可见，当给PN结施加一恒流I，通过检测其两端电压降V，则可计算出PN结所处的温度。考虑到不同的PN结其伏安特性也不同，TB/T2226-1991中规定TKZW-1T型客车轴温报警仪所用传感器的性能参数必须符合公式：V=1235Mv-4.36T(4.36mV) (mV)式中 V传感器两端的电压,mV; T温度, 。式中的使用条件:传感器电流ID=300(12) A因此,不是所有的PN结都能用于该仪器,而是需要按式严格筛选后才能用。从上式的条件可以看出对传感器所供电流的恒定值要求并不高，允许误差6A，这是因为PN结本身就具有稳压特性，从图中可见，当T=T1时，V1受ID的影响并不是很大。通常在应用现场，只需用万用表的电流电压档测传感器的正向电压值，就能基本判断它的好坏。式（9-2）反应了传感器的4个基本特征:(1) 零度电压表：如果式（9-2）中的T=0（），得V=1235mV，这就是传感器的冰点电压。(2) 灵敏度：由式（9-2）得T=（1235-V）/4.36,从而 T=-V/4.36，由此可见灵敏度： V/T=-436（mV/）即温度每变化1，传感器的端电压变化为-4.36mV。（3）串联特性：所谓串联特性，就是传感器的引线电阻，包括分线盒内的螺钉接触电阻，对测温的影响。设引线电阻为Rs，供给传感器的电流ID为300A，则引线电阻带来的附电压为V0=IDRS=0.3RS（mV），由此带来的测温误差为VO/-4.36=-0.07RS，表示接触电阻每 使测量结果减小0.07，或者说要使接触电阻给测温带来的误差小于1，则接触电阻RS应小于1/0.07=14 。（4）并联特性：所谓并联特性就是传感器两端的绝缘不良造成对测温的影响，其实质就是供给传感器的电流发生过呢变化时对测温产生的影响。这一特性反应了传感器的稳压性能，但很难精确计算。但从式（9-2）的使用条件：传感器电流ID=（3006）A，可以算出传感器两端允许的并联电阻RP（）。0时，VD=1235mV，则RP=218k ，表示传感器两端的最小绝缘值RP允许为218k 。2传感器电流ID的确定 对于轴温测量所使用的A/D转换器，其分辨率为0.1mV。对于串联PN结，按4.36mV表示1，以及轴温没变化1其阻值变化14.5 的关系，可以确定传感器电流为 ID=4.36mV/14.5 /=300（A） （9-3）数字温度传感器与模拟量传感器相比，数字温度传感器具有抗干扰能力强、低功耗、选配微处理器容易等优点。DS1820单线数字温度传感器是典型代表。1、数字温度传感器特点数字温度传感器具有以下特点：（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） 一线总线接口方式，可联网，方便分线点测量；（3） 可选三线或二线式连接方式，二线方式可通过数据线提供寄生电源，即信号线供电方式，而不需要再单独供电；（4） 分辨率可编程为912位，在-1085范围内测量精确可达0.5；（5） 转换时间快。分辨率为12位温度转换时间最大为750ms，分辨率为10位温度转换时间为187.5ms；（6） 温度测量范围为-55+125，宽电源供电范围为3.05.5V；（7） 内部有两个寄存器，用于用户自定义温度报警上、下限设定；（8） 报警检测命令可识别和定位温度超限节点。温度测量原理DS1820型数字温度传感器封装如图所示，1脚G为公共地端，2脚DO为数据输出输入端，3脚XDD为外部电源输入端。图9-2 DS1820封装图9-3 DS1820内部电路结构 DS1820内部电路结构如图所示，内部包含7个主要的电路单元：64位ROM（只读存储器）、温度传感器、非易失报警温度上下限单元、便笺簿存储器、存储器和控制逻辑单元、8位冗余校验码发生器和电压检测单元等。（1）64位ROM（只读存储器）每一片DS1820具有全球惟一的64位ROM代码。其中第一个字节（8位）为单总线产品代码（DS1820为10H）；接下来的48位为惟一的硅系列号；最后8位是前面56的校验码。由于64位ROM的惟一性，在采用单总线的多点分布式测温系统中，系统可以通过ROM命令对不同的传感器进行区分很定位。作为列车轴温传感器时，由于各个传感器都有各自独立的引线，各轴位互不干涉，ROM的功能没有用上。（2）温度传感器 温度传感器的作用是将模拟温度值转换成数字值。DS1820测温通过对时钟周期计数实现的，其原理是：电路中有两个振荡器a和b，其中a为低温度系数振荡器，门控周期长；b为高温度系数振荡器，振荡周期短。这样，由于振荡器b的振荡周期对温度很敏感（成比例变化），而振荡器a对温度变化不敏感（振荡周期不随温度变化）而且周期长，电路在振荡器a的一个振荡正半周期内（即门控周期），对振荡器b的周期计数，计数的结果就对应了温度变化，如图所示。图9-4 数字温度传感器测温原理（3）DS1820的存储器 DS1820的存储器由便笺簿存储器和非易失报警温度上下限单元组成。便笺簿存储器由8个字节组织起来，它们是：温度结果低字节、温度结果高字节（符号）、报警上限、报警下限、两个空字节和另外两个用于计算温度结果最终值的中间字节，第9字节是上面8个字节的冗余校验码。非易失报警温度上下限单元实际上是两个电可擦除存储器（E2PROM），存放传感器报警上下限温度值。存储器的组织如图所示。对于非易失报警温度上下限值来说，变笺簿有利于单总线通信过程中数据的完整性。报警值首先写入变笺簿中，并可以读出；对数据进行校验后，一个复制命令将报警值再存到E2PROM中。这个过成保证在修改便笺簿存储器时数据的完整性。如果不需要设置报警值，该单元可做它用。便笺簿存储器用存储器命令进行操作。温度低字节LSP温度高字节MSB温度上限TH温度下限TL 不用 不用保留计数值每度计数值冗余校验码温度上限TH温度下限TL（4）存储器和控制逻辑单元 存储器和控制逻辑单元是传感器内部的控制核心，控制ROM命令、存储器命令、温度上下限比较等。（5）8位冗余校验码（CRC）发生器 DS1820内部有两个字节的校验码，其中一位于64位ROM的最高字节，它是下面56位的校验码，它保证读出的传感器系列码的正确性；其二是便笺簿内8个字节的校验码，用于保证报警温度上下限写入和传感器温度读出的正确性。 冗余校验码能够保证数据的正确性，因为校验码由传感器内部的校验码发生器产生后可以随同数据读出；主机读出传感器数据后，可以根据所读数据计算出一个校验码，当校验出来的校验码等于读出的校验码就表明数据正确了。例如，读传感器的温度时，需要一次连续读出9个字节，其中第9个字节就是校验码，根据前8个字节计算出校验码，结果如等于读出的校验码（第9字节），则说明读书正确。 校验码发生器是产生校验码的电路环节，实质是由一个移位寄存器和异或门组成德函数发生器。产生的原理按下面的多项式计算：CRC=X8+X5+X4+1 过程是这样的：位移寄存器初始为0，数据从低位开始一位一位地移入，满足条件后进行异或运算，移动最后一位时校验码已产生了，这就是编制软件计算校验码的原理。 在现场使用时，往往因传感器线长接触阻抗大、供电电源较弱、电气干扰较大等诸多因素，有时候甚至会出现某一位传感器一直读不出温度（或是不正确）的情况，这是因为，“采用软件校验能够保证数据正确”有一个前提条件，即：一段时间内，比如说一个轴位的巡查时间内，至少要有一位读出数据时完全正确的。但如果这段时间内（甚至更长时间）内一直没有读出一次正确的数值，这种问题就发生了。出现这个问题后，仪器要么现实开路，要么显示的是以前的轴温。可以说，这是数字传感器设计机理上的一个缺陷，如设计时数据交换方式抗干扰强一些（如电流环、高频调制方式等）就更好了。（6）电压检测单元 电压检测单元能够判断传感器是由独立的外部电源供电或是由信号线通过对芯片内部的电容充电提供电源。1、 DS1820的两种供电方案 如前所述，DS1820内部有一个电压检测单元，用于区分传感器的供电方式。其实，DS1820有两种供电模式 ：由电源线供电或信号线供电，信号线供电方式也叫寄生电源方式，如图所示。DS1820 两种供电模式内外部电源供电时，因DS1820具有充足的电源，故能保证测温精确，而且操作可靠性高，如对传感器引线无特殊要求，最好采用此方式。 目前，因为传感器只能有两根线，轴温传感器只能采用寄生电源方式，电源信号线配合，强上拉电路提供。在通信线为“1”期间，传感器所需的电能由内部的电容充电提供，但这个电容很小，因而储能非常微弱。为保证测温的精确性，DS1820的电气参数要求转换时一定要保证充足的电能。 为了克服这个矛盾，电路必须增加强上拉电路，以增强通信线的供电能力。图中的9012三极管就起这个作用，其原理如下：通信线为“0”和通信线繁忙时，如正在进行读写数据操作时，控制9012截止，通信线空闲为“1”时（比如正在进行转换），9012导通，这样就相当于电源线直接接到了通信线上，弥补了直接用主机端口提供电源 不足的缺陷。 在电路设计中，采用这种强上拉电路是必不可少的。但现场的使用情况较为复杂，比如传感器线较长、接触电阻大、干扰信号强等。1、 DS1820的基本时序、命令操作DS1820数据输入输出时均借助一根通信线，必须采用严格的协议以保证数据的完整性。协议包括下列信号波形：由主机发出的复位脉冲和由电感器应答的在线脉冲；主机向传感器写入“0”、“1”；主机从传感器读出“0”、“1”等三类时序波形。（1） 复位脉冲 主机必须选发复位脉冲，等DS1820发出应答信号后，对DS1820的操作才能进行。过程如下：主机先使总线（即通信线）变成“0”并保持480s以上，随后释放总线进入接受模式，总线由上拉电阻（最大不超过4.7k ）变为“1”；DS1820检测到总线上电压跳变的上升沿后，等待1560s，发生在线脉冲（60240s的“0”）如图所示。图9-7 复位脉冲和在线脉冲（2） 主机向传感器写“0”和“1”主机对DS1820进行操作时，必须先送入命令。数据是按位送入的，分为写“0”和“1”两种。写“0”、“1”的意思是主机将“0”、“1”如何送到总线上，位与位之间有大于1s的间隙。DS1820检测到总线电平下降沿的1560s期间从总线上采样数据，如图所示。图9-8 主机向传感器写“0”和“1”的时序（3） 主机从传感器读入“0”和“1”主机通过总线读取传感器的数据。传感器数据输出，同样也是一位一位地进行。主机在总线上每提供一个下降沿，DS1820就输出一位数据。读时序和写时序类似，只是采样的时间不同，如图所示。图9-9 主机从传感器读入“0”和“1”的时序上面分析的时序是基本的操作协议，主机对DS1820的控制功能都建立在这个基础之上。另外，数据输出输入格式都是低位在先。1 DS1820的命令与操作对DS1820的命令操作协议：初始化ROM功能命令存储器功能命令数据交换。下面对各个环节进行说明。（1） 初始化主机和DS1820进行数据交换以前首先是初始化。初始化的过程就是主机发复位脉冲后，接在总线上的DS1820应答在线脉冲，表明传感器已准备操作。（2） ROM功能命令一旦主机发复位脉冲后接到DS1820的在线响应，主机就可以发如下五种ROM功能命令之一，进行下一步的操作，所有的命令都以16进制表示，且都为8位。作为轴温传感器时，只有ROM忽略命令用到。ROM读33H该命令用于读出DS1820的64位ROM代码（包括8位单线产品代码、48位唯一的硅系列号和8位校正码），该命令只能用于总线上只接一个DS1820的情况。ROM匹配55HROM匹配命令使主机选中某一特定的DS1820。只有当ROM代码与命令制定的ROM代码完全一致的DS1820才响应，可以继续下面的操作，其他ROM代码不一致的DS1820则不响应。ROM忽略CCH在总线上只有单一的DS1820时，使用该命令可以不必发送64位ROM代码而节省时间。ROM搜索FOH一个新的系统初始化时，主机可能不知道总线上已接了多少个DS1820，该命令可使用主机排除法来确认总线上所接的DS1820数量。报警搜索ECH该命令格式和ROM搜索命令相同，但是只有在总线上某个DS1820最新一次的数据刷新中有报警发生时才响应该命令。（3） 存储器功能命令存储器功能命令有6种：便笺簿写、便笺簿读、便笺簿复制、气动温度转换、恢复E2PROM、读电源状态等。作为轴温传感器时，用到了便笺簿读和气动温度转换两个命令，分别用于气动换换和读取温度。具体描述如表所示。6、DS1820操作应用如上所述，主机对DS1820的操作必须按协议严格进行：初始化、ROM功能命令、存储器功能命令、数据交换。以轴温传感器所采用的寄生电源供电方式为例，说明从初始化到温度正确读出的软件操作过程。主机对传感器初始化、启动温度转换（ROM功能命令）、然后读取温度的过程（先存储器功能命令再执行数据交换），其中DS1820按照轴温传感器所用的寄生电源方式如表所示。序号主机模式数据低位在先内容说明1发复位主机复位脉冲（480960s）2收在线DS1820发在线脉冲3发CCH主机发ROM忽略命令4发EEH主机发气动温度转换命令5发总线为“1”提供2s的“1”和强上拉保证转换能量6发复位主机复位脉冲（480960s）7收在线DS1820发在线脉冲8发CCH主机发ROM忽略命令9发BEH主机发读便笺簿命令10收9字节数据读温度和校验，如不正确，此命令重复11发复位主机复位脉冲（480960s）12收在线DS1820发在线脉冲模拟式与数字式传感器的性能比较1、 数字传感器特点（1） 数字传感器优点直接输出数字温度值，使得仪器电路设计时省去了模数转换环节，从而电路简洁、外围电路成本低；传感器可以依赖数据线供电，节省线路，使用较为灵活；传感器内部含全球惟一的代码，支持单线通信模式，多个传感器可以并联在一根线上；并联特性比模拟传感器强；数据可采取软件校验，传感器一般不会因损伤或受到电气干扰而误报。（1） 数字传感器缺点不同批次的传感器一致性较差，目前市场上的数字传感器普遍存在2左右的误差，高低温段误差更大，不同批次误差不一致，使测温精度和互换性较差；测温速度较慢，完成一次测温需12s，巡检时间较长；温度值输出时，位数多，读数时间长。判断传感器好坏需用专用仪器，检测不便。2、模拟传感器特点测温速度快，每秒3次以上；测温范围宽，-50+199；成本低；互换性好；便于维修。（2） 模拟传感器缺点 测温速度较快，容易采集到脉冲干扰信号； 因等效阻抗较高，故并联特性较差； 仪表电路需加模转换和恒流等环节，使电路复杂，增加仪器成本。TKZW-1T型分立式轴温报警器 分立式轴温报警装置的主要型号是TKZW-1T型，该型的轴温报警器综合了国内各种分立式轴温报警器的优点，选用性能优良的PN结温度传感器和CMOS集成电路，具有体积小、重量轻、功耗低、性能可靠等优点。报警器分温度传感器和数码显示报警仪两大部分。报警仪设在列车乘务员室，温度传感器分别装在转向架8个轴箱顶上，用电缆引入乘务员室或车内配电室等处与报警仪接通。报警器对分散在客车转向架轴箱上的8个温度传感器输出信号进行自动巡回检测，监视车轴在运行中的温度变化，在轴温超出给定值时报警。轴温报警器的工作原理TKZW-1T型轴温报警器型号的含义：TK-铁路客车;ZW-轴温报警器；1T-统一标准。 TKZW-1T型轴温报警器由温度传感器、轴位电路模拟开关、模数转换电路、报警电路及电源变换电路组成，主要技术参数如表所示。输入电压直流4065V测量温度（-50180）2轴温检测点8个轴位（自动和手动）外温检测点1个(手动)手动-自动回复时间（20.5）min八个轴位巡检周期（305）s报警方式声光同时报警并显示轴温报警声响不小于75db（在面板前水平距离1m外）灯光报警红、绿灯光交替闪烁报警温度定点报警（902）跟踪报警外温加(402) 仪器工作环境-1045外形尺寸235mm145mm65mm 轴温报警器工作原理如图9-10所示,整机电路如图9-11所示.采用了大量的集成电路元件,可控振荡器每隔3.125-4.375s发出一个脉冲,经计数电路译码驱动后在轴位显示器上显示轴位,模拟开关根据计数电路的BCD码,将相应轴位的开关接通,将该轴位的温度信号送至模数转换电路,并将该轴位的温度或外温信号电位显示出来,并进行比较.当轴位温度信号超过90(或者低于外温40)时为止,此后,可控振荡器反复振荡,自动巡位检测继续进行.需要较长时间地观察某一轴位温度时,可以使用“选点”按钮K2-1，每按动一次按钮,计数电路计数一次,轴位显示进一位,并显示该轴位温度;停止按动“选点”按钮约2min,仪器恢复到自动巡测状态. 当按下“校验”按钮K4时,仪器发出声光报警,同时温度显示器应显示(952) ,此时可自检仪器的温度显示功能和报警功能.当按下“外温”按钮K3时,仪器的温度显示器即可显示车外坏境温度。图9-10 TKZW-1T型报警器原理方框图图9-11 TKZW-1T型报警器整机电路轴温测量原理1、 轴温测量的流程为了用数字显示轴位及相应的轴温，需通过轴温传感器，将轴箱内的温度变换成电量（模拟信号电压），然后输入双积分A/D转换器IC7107，转换为数字量。2、 恒流源 传感器电流为ID=300A，TKZW-1T型装置中采用RJ-9型精密金属膜电阻R7R15及稳压管V2(2CW53)组成恒流电路，电源电压为5V。3、 轴温数字显示轴温数字显示是通过IC7107的A/D转换器驱动LED发光数码管实现。轴箱温度以及压力、流量、位移、重量、速度、电压、电流等物理量，都属于连续变化的量，其特征是无数数值的集合，具有无限的分辨能力，在时间轴中是一条没有间断的曲线，在数字电路中称之为模拟量（Analog），英文缩写为“A”。数字量（Digital）是以“1”或“0”来描述某一时刻状态的量，它是一个有限数值的集合，具有离散的、变化间断的特征。因此，A/D装换器就是模拟量转化为数字量的器件。3位是指显示00001999四位数中个、十、百等三位变化均为09，其余半位（位是千位）只要0和1两个值状态。前三位控制用计数器，后半位用D触发器，这种组成方式，可以是电路简单，成本下降，价格便宜。双积分A/D转换器先将被测电压Uin变成一些时间间隔t和相应脉冲次数N，然后再将脉冲数N变成为数字量，其电路如图所示，由运算放大器组成积分器，其输出电压U0与输入电压Uin之间的关系为：U0=1/RCUindt （V）K1K4为电子模拟开关，由控制逻辑操作。开始时，假设K4闭合，电容C放电，其端电压Uc=0，如K4打开，K1闭合，则Uin通过R对C充电，如Uin为Uin在充电时T1内的平均值，在Uin作用下，检零器输出为1，打开与门，时钟脉冲CP输入计数器N1个脉冲，然后复位，同时有溢出脉冲产生一个控制信号，将K1关断，K3接通，积分电路输入一个极性相反的基准电压Ur，电容C向基准电源放电，电压Uc经时间T2后为零，检零器输出为零，与门关闭。影响A/D转换精度，主要在于基准电压Ur与时钟频率的稳定性。为此，采用专门的基准电源MC1403.图9-12 3位A/D转换器电路原理图大规模集成电路IC7107是3双积分A/D转换器，内含CP发生器计数器、译码器、驱动器，3位A/D转换器引脚如图913所示，直接与发光数码管LED连接。在轴温监测装置中，它被用来显示轴温，满量程显示为199.9，也可用199(个位或百位LED脚空置)。IC7107各引出端的功能如下U、U (1、26脚)：接正负电源+5V和5V；uu (28脚)：个位数LED笔画驱动输出；TT、T(914、25)：十位数LED笔画驱动；HH和HH(1518和2224)：百位数LED驱动输出，abk(19脚)为千位数LED笔画驱动输出；PM(20)：负极性指示输出，接千位数的g段，当PM负值时，负号显示，正值时不显示；GND(21)：接正负电源公共端，接地；INT(27)：接积分电容0.22F(有的接1F);BVFF(28)：缓冲放大器输出端，外接积分47k电阻（有的接18k）;A/Z(29)：为积分器和比较器的反相输入端，接自0.47F校零电容C24（有的接0.22F或0.33F）；图913 3位A/D转换器引脚IN和IN(30、31)：轴温模拟电压信号输入端，具有高输入阻抗；COM(32)：模拟信号输入公共端，即输入轴温电压和基准电压信号负端CREF、CREF(33、34)：按基准电容0.1F；UREF、UREF(35、36)：通过电阻分压器接（直流2.5V）取得U=100mVTEST(37)：逻辑线路地端，当A/D转换器与外部逻辑线路连接时才用；OSC1OSC3（3840）：产生时钟振荡引出端外接电容100F和100K,产生时钟信号。IC7107集成电路具有自校零线路，当无输入电压时，保证显示为零，整机调整后勿需再调整。IC7107的36脚基准电压由基准电源MC1403提供。4、 轴温传感器的切换每辆客车共有8个轴温传感器，轴温监测报警装置必须逐一进行测定。报警器采用八通道模拟开关CD4051作为切换装置，其原理框图如图9-14所示。图9-14 轴温传感器的切换与轴温显示原理框图CD4051的输入（9、10、11）是轴位计数器CD4520输出的三位BCD代码，经电平位移和译码器相应控制18个模拟开关，使18个轴箱温度的模拟信号电压每隔30s左右，依次输入IC7107显示相应的轴箱温度。CD4501型8选1电子开关的集成电路由下列三部分组成CMOS。（1） 电平位移电路，它将地址电平转换成CMOS全电平；（2） 二进制8选1译码电路；（3） 8个模拟开关单元。译码电路按8选1 真值表设计，译码电路8选1真值表如图9-3所列，其次S0=BC S4=BCS1=ABC S5=ABCS2=BC S6=BCS3=ABC S7=ABC禁止端（Inh）为“1”电平时，8个通道全部关断。当Inh为“0”时，根据输入地址A、B、C的电平状态，相应开通一个通道，使相应的模拟开关控制删输入Us为“1”。由此，使8个轴温传感器分别接入。表9-3 译码电路8选1 真值表输入地址通道InhCBASi1*0000S00001S10010S20011S30110S40101S50110S60111S7图9-15 CD4051的引脚CD4051的引脚如图9-15所示，其中1、2、4、5、12、13、14、15脚为轴位输入端；9、10、11脚为A、B、C地址输入端；7、8脚接(5V)；16脚接正电源；3脚接输出端；6脚为禁止端。轴位的转换与显示轴位的显示与转换采用脉冲发生器、轴位计数器和轴位显示器等组成的线路，其原理如9-16所示。脉冲发生器7556轴位计数器CD4520译码器CD4511数显LED图9-16 轴位显示与切换原理框图脉冲发生器5G755输入+5V电源，输出端5脚输出连续的脉冲信号。计时器CD4520的1脚接到脉冲信号后，输出八种形态的电平信号，将此信号输入到译码器CD4511和电子开关CD4051。译码器CD4511和轴位数码管LED相连，译码器将译码后的电平输入轴位数码管LED，显示轴位。由于脉冲发生器不断的输入脉冲信号，计数器也就周而复始得输出信号，轴位从07变化。集成电路CD4002使译码器驱动在显示“0”时改为“8”，变成1