【正文】 道 的初始化參數(shù)，且作為默認值保存下來，系統(tǒng)每次運行都按照此設置進行信號檢測，避免了每次測試時必須重復輸入的麻煩。在本系統(tǒng)中信號采集的初始化工作主要包括 :數(shù)據(jù)通道的初始化、采樣方式的選擇和采樣時間的確定。 檢測信號的計算機處理 硬件系統(tǒng)的設計只是完成了檢測系統(tǒng)的第一步，即被測數(shù)據(jù)的物理信號到電信號的轉變，要將各電壓信號轉變?yōu)橛脩艨梢宰R別的數(shù)字信號以及由檢測信號計算出相應的物理信號，還要經(jīng)過軟件編程。 軟件平臺 軟件在虛擬儀器中的地位非常重要，它肩負著對各路信號進行采集及對數(shù)據(jù)進行分析處理的重任。他有 8個模擬量輸入通道 (對差分輸入，有 4對模擬輸入通道 )、 2個模擬量輸出通道， 16個數(shù)字量 1/0接口、 2個 16位的計數(shù)器 (用于記數(shù) /定時 )。響應時間 :指數(shù)字量變 化后，輸出模擬量穩(wěn)定到相應數(shù)值范圍 (l/ZLSB)所經(jīng)歷的時間。常用D/A轉換器的轉換位數(shù) b表示。 位數(shù) b:指 A/D轉換器輸出二進制數(shù)的位數(shù)。 (2)A/D轉換部分 信號的輸入方式。數(shù)據(jù)采集板的狀態(tài)指標決定著數(shù)據(jù)采集板的功能，所以在選用數(shù)據(jù)采集板時應首先清楚這些狀態(tài)指標。 (3)采樣 /保持器 :取出待測信號在某一瞬時的值 (即實現(xiàn)信號的時間離散化 )，并在 A/D轉換過程中保持信號不變，如果被測信號變化很緩慢，也可以不用采樣 /保持器。它不僅具有信號傳輸?shù)墓δ?，還具有信號轉換和譯碼的功能。 數(shù)據(jù)采集板 LabVIEw 獲取數(shù)據(jù)的方法是通過對工 /O 接口設備的驅動完成的。 AKC一 205扭矩傳感器狀態(tài)參數(shù)如下 : 測量范圍 :O一 激勵電壓 :12VDC或 15VDC 額定輸出靈敏度 :l一 2mv/V 零點輸出 :2%FS 允許溫度范圍 :30℃ 80C 允許過負荷 :120%FS 因扭矩傳感器輸出信號為 mV 信號，不能直接輸入計算機中。所謂應變效應是指金屬導體 (電阻絲 )的電阻值隨應變 (伸長或縮短 )而發(fā)生改變的一種物理現(xiàn)象。但這些測功機都只適用于測量靜態(tài)和穩(wěn)態(tài)力矩，電阻應變式扭矩傳感器可用于測量動態(tài)扭矩。電容式傳感器一般可分為三種形式 :變截面型、變介質介電常數(shù)型、變極板間距型。 (4)機械 損火小。金屬應變絲的極限一般為 l%，而半導體應變片可達 20%，電容傳感器相對變化量大于 100%。 表 3一 4壓差傳感器的技術指標 量程 供電 輸出 精度 允許過載 05000Pa 24VDC 05V +()%FS 300%FS 變送器接線方式為四芯航空插頭，三線制輸出 。壓差式流量傳感器是目前工業(yè)上技術最成熟、使用最多的一種，其使用量約占全部流量測量儀表的 （ 70一 80%） [56]。取壓孔軸線距離節(jié)流件前后端面為 毫米。而在我國國家標準中，規(guī)定可以采用角接取壓和法蘭取壓兩種方式。 [55] 目前，對不同的節(jié)流裝 置其取壓方式不同。 ? P=p1一 P2::節(jié)流裝置前后的壓力差。其次，在推導方程中，沒有考慮流體的摩擦 ,為此引入系數(shù)ξ對 v2進行修正，這樣 (37) 被測流體流過節(jié)流裝置的體積流量為 (38) 令 ，稱為流量系數(shù)，代入（ 38）得 （ 39） 式 3一 9為不可壓縮流體流過節(jié)流裝置的體積流量方程式。由于流體是不可壓縮的，從截面 F1流入的流體體積一定等于 F2流出的流體體積，即 F1V1=F2V2 (32) 式 (3一 2)即為不可壓縮流體的質量守恒方程。1 1 2 222p v p vr g r g? ? ? （ 31） 其中 :p1 和 p2 和分別為截面 F1(I 一 I)和 F2(IIII)上的靜壓力 。 對于各種形式的節(jié)流裝置，流量測量依據(jù)的基本理論和方程式都是一樣的，僅僅是其中有些系數(shù)不同。節(jié)流式流量計由兩部分組成 :一部分是節(jié)流式變換元件即節(jié)流裝置如孔板、噴咀、文丘利管等 :另一部分是用來測量節(jié)流元件前后靜壓差的壓差計，根據(jù)壓差和流量的對應關系，可育接指示流量。如果把計算機比做人的“大腦”，那么電子傳感器則酷似人的“五官”，不過對傳感器的要求要比人的五官高得多，他還要把人無法或難于感知的量測量出來，象電磁場、紅外光、紫外光、高溫、高壓、無嗅無味氣體、巨毒物等，并能放大、處理、傳輸、存儲、顯示、或作必要的控制輸出。 變頻器端子主回路的連接如圖 3一 6，主回路各端子說明如表 3一 2，控制回路各端子連接如圖 3一 7，控制回路各端子說明如表 3一 3。其控制過程可描述為 :數(shù)據(jù)采集卡的模擬電壓輸出通道輸出 O 一 5V 電壓信號，用于控制變頻調速器輸出的電壓頻率 (O 一5OHz)，即控 制交流電動機電源頻率，實現(xiàn)電機轉速的控制。變頻調速器的輸出端輸出頻率變化的三相電壓信號，與電動機的三相繞組相連結，驅動電動機轉動。近年來，隨著變頻技術和控制技術的發(fā)展，變須器在風機上的應用也從單純的以節(jié)能為目的，發(fā)展到以提高產(chǎn)品產(chǎn)量、基于虛擬測試的風機狀態(tài)測試系統(tǒng)的設計 8 質量，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化及環(huán)境保護等為目的，其應用領域 不斷擴大 [41 42]。近年來，隨著電力、電子器件和控制技術的迅速發(fā)展，變頻調速器價格不 斷下降，可靠性不斷增加，模塊化的設計使變頻調速器的容量幾乎不受限制。在微機與數(shù)字電路之間為防止兩個系統(tǒng)之間的互相干擾，需加上光耦隔離電路，計算機及步進電機之間的光耦隔離電路如圖 3一 4所示。功率放大器件采用 CA3140的正反饋來增強三極管對步進電機的驅動，三極管采用 PH2222，它具有能量轉換和控制的能力，是一個有源器件，它是整個電路核心，起放大作用。功率放大器直接與步進電機各相繞組連接，它接受來自推動級的信號，控制著步進電機各相繞組的導通或截止，同時也控制著繞組的最 高電壓和最大電流。 圖 34直流電源轉換框圖 (2)步進電機的控制部分 步進電機的正反轉控制利用數(shù)據(jù)采集卜數(shù)字 I/0功能，當數(shù)字 I/O口輸出正 電壓時，步進電機正轉，當數(shù)字 1/0口輸出零信號時，步進電機反轉。 (l)電源 步進電機的驅動需用 35V及 12V直流電源，故將交流電經(jīng)轉換得到穩(wěn)定的直流電源 [37 38]。綜合各方面的因素，本系統(tǒng)選用了三相六拍式 反應式步進電機，所選型號為 75BFO03。對于三相反應式步進電機，工作方式有三拍和六拍之分。在選用步進電機時本系統(tǒng)從精度及負載方面考慮以下幾點 : 首先，考慮系統(tǒng)的精度和速度的要求，由于本系統(tǒng)只要求實現(xiàn)流量調節(jié) (改變圓形擋板的旋轉角度 )，所以對精度要求不高。改變輸入脈沖的通電相序，就能控制轉子位移的方向，實現(xiàn)位置的控制。硬件設計主要完成了風機轉速調節(jié)，風機個實驗數(shù)據(jù)的采集等工作。當用戶發(fā)出指令改變風機運轉工況時，計算機通過數(shù)據(jù)采集卡輸出電壓信號，此電壓信號再經(jīng)過電路轉換，驅動步進電機使其轉過設定的角度，控制旋轉擋板在風管出口的位置，實現(xiàn)風機運轉工況的設定。 （ 3）風機狀態(tài)曲線繪制 為消除測量誤差及系統(tǒng)誤差，本系統(tǒng)對各狀態(tài)參數(shù)進行曲線擬合。本系統(tǒng)采用變頻調速基于虛擬測試的風機狀態(tài)測試系統(tǒng)的設計 5 技術來實現(xiàn)風機轉速的調節(jié)。扭矩測量法是通過測量電機的輸出扭矩而計算軸功率的方法，此種方法測量電路簡單且結果較為準確。在試驗過程中，皮托管每次所測數(shù)值只是皮托管所在位置的壓力值，要想測得管路的平均壓力值，需要根據(jù)等面積環(huán)法在管路的不同位置多次測量后取其平均值，此種方法存在測量過程復雜，測量精度不高等缺點。由風機狀態(tài)試驗的過程可知其測試系統(tǒng)主要完成以下工作 : 風機狀態(tài)參數(shù)的測量 。美國 Goldsmith種子公司于 1997 年利用虛擬儀器開發(fā)工具開發(fā)了計算機自動化秧苗分析系統(tǒng) (CASA)。所以應用最現(xiàn)代化的手段，最新的技術，構 建簡潔、實用、可靠、完備和高狀態(tài) /價格比的應用系統(tǒng)是必不可少的。它們的不同主要表現(xiàn)在靈活性方面。傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器的比較如表 2 一 l 所示 。 虛擬儀器首先由美國國家儀器公司 (National Instruments Corporation 簡稱 NI)于 1986 提出。所以，如何使這四部分功能自動實現(xiàn)是系統(tǒng)設計的關鍵。例如送風機是從大氣吸入空氣，經(jīng)管道送入爐膛，應采用排氣試驗裝置。 氣體由集流器 1 進入吸風管 2。氣體從集流器 l 進入吸風管道 2，再流入葉輪 3，在管道進口處裝有調節(jié)風量用的錐形節(jié)流門 4，并在吸風管道中放置測量流量用的畢托管 5和靜壓測管 6。 風機狀態(tài)參數(shù) [8‘ 9] 風機狀態(tài)試驗裝置分為風室式和風管式兩類。 (4)自動繪制風機狀態(tài)曲線。 [5‘ 6] 所以，為提高風機狀態(tài)試驗測試系統(tǒng)的狀態(tài)，并考慮到風機生產(chǎn)廠家及科研院所的實際需求，本課題采用在現(xiàn)有風機狀態(tài)試驗臺的基礎上利用計算機技術、電子技術、儀器技術的結合 (即虛擬儀器 )，設計一種具有如下特點的計算機輔助風 機狀態(tài)自動測試與分析系統(tǒng)?；谟嬎銠C技術的虛擬儀器以不可逆轉的力量推動著測控技術的革命。近年來，我國少數(shù)單位在通風機測試技術方面有了新的研究或使用了微型計算機 [3]，但他們有的測試參數(shù)不完全，只能完成某一部分的測試任務 。同時，風機生產(chǎn)廠家為了提高產(chǎn)品的競爭能力，在努力改進氣動設計，提高機械加工的同時，也對風機狀態(tài)試驗的研究和開發(fā)給予了高度的重視。為了正確選擇、使用風機 [1]，必須了解這些參數(shù)間的相互關系?；谔摂M測試的風機狀態(tài)測試系統(tǒng)的設計 1 第一章 概述 風機使用面廣，種類繁多，遍及國民經(jīng)濟的各部門，利用風機產(chǎn)生的氣流做介質進行工作，可實現(xiàn)清選、分離、加熱烘干、物料輸送、通風換氣、除塵降溫等多種工作。由于風機理論至今仍欠完善，所以風機狀態(tài)參數(shù)的獲取主要依賴于狀態(tài)試驗。由此可見，風機狀態(tài)試驗對于成品的檢驗和新產(chǎn)品的設計開發(fā)都至關重要，特別是對于大型、特型風機以及單件、小批量而且氣流特性有特殊要求的情況，狀態(tài)試驗尤為重要。有的測試系統(tǒng)龐大而復雜，不能作為通用系統(tǒng)得以推廣。虛擬儀器系統(tǒng)的概念不僅推進了以儀器為基礎的測控系統(tǒng)的改造，同時也影響了以數(shù)據(jù)采集為主的測試系統(tǒng)構造方法的進化，過去獨立分散、互不相干的許多領域，在虛擬儀器系統(tǒng)的概念下，正在逐漸靠攏、相互影響，并形成新的技術方法和技術規(guī)范。 (1)自動采集風機狀態(tài)試驗數(shù)據(jù)，且各項參數(shù)指標達到國家規(guī)定標準 [7]。 (5)系統(tǒng)界面友好，操作方便，便于用戶使用。風室式試驗裝置由流量測試管路、風室、輔助通風機、流量調節(jié)器和整流器等組成，根據(jù)腔室與通風機進口和出口的連接方式不同，分為進氣風室和出氣風室兩種試驗裝置 。 (2) 排氣試驗 :這種布置形式只在風機出口設置管道，如圖 2一 2 所示。經(jīng)葉輪 3流入排風管道 4，然后排出，在出口裝一錐形節(jié)流門5調節(jié)風量。引風機是抽出爐膛的煙氣使之排入大氣，則應采用進排氣聯(lián)合試驗裝置。 虛擬儀器技術及其應用 虛擬儀器技術是日益發(fā)展的計算機技術、儀器技術密切結合，共同孕育出的一項新成果，是 90 年代計算機系統(tǒng)和儀 器系統(tǒng)技術革命的產(chǎn)物。虛擬儀器的 出現(xiàn)，徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無法改變的模式。[13‘ 14]。虛擬儀器由用戶自己定義，這就意味著我們可以自由組合計算機平臺、硬件、軟件以及各種完成應用系統(tǒng)所需的附件，而這種靈活性是由供應商定義的傳統(tǒng)儀器上達不到的。 從 90 年代中期以來，國內(nèi)的哈爾濱工業(yè)人學、重慶大學、西安交通大學、西安電子科技大學、中科泛華電子科技公司等院校和高科技公司，在研究和開發(fā)虛擬儀器產(chǎn)品和虛擬儀器設計平臺以及引進消化 NI 公司、 HP 公司的產(chǎn)品等方面做了一系列有益工作，并取得了一批矚目的成果。密執(zhí)基于虛擬測試的風機狀態(tài)測試系統(tǒng)的設計 4 安工業(yè)大學于 1996 年開發(fā)了柴油機實驗室自動化數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都具有同類系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)點。 風機轉速的控制 : 風機狀態(tài)曲線的繪制 ?？装鍓翰罘ㄊ窃陲L管的適當位置安裝節(jié)流孔板，氣流經(jīng)過孔板后，壓力發(fā)生改變，根據(jù)孔板前后的壓力差 即可計算出經(jīng)過風管的體積流量 [29]。本系統(tǒng)采用在電機與風機轉軸之間安裝扭矩傳感器，在計算機中把扭矩信號按公式計算成功率值的方法來測量功率信號。在計算機與電機之間安裝變頻調速器，通過變頻調速改變電機轉速，即調節(jié)風機轉速。用最小二乘法 [30]來擬合曲線既能反映給定數(shù)據(jù)的內(nèi) 在聯(lián)系，又與原數(shù)據(jù)近似程度高，所以本系統(tǒng)擬采用在計算機上編制最小二乘法曲線擬合程序對狀態(tài)參數(shù)進行擬合，且繪制風機狀態(tài)曲線。工況設定以后，重復上述信號采集、處理過程，直至檢測全部工況的試驗數(shù)據(jù)，最后運用最小二乘法擬合試驗數(shù)據(jù)，繪制風機狀態(tài)曲線，生成試驗報告 [33]。 步進電機的控制 [3