【正文】 能均不相同，設(shè)測量序列為試 q(1)q(2)， q(3)，?? q(n)，則干擾形成的隨機誤差序列為 : e(k)=q(k)Q (k=1,2,3?? n) （ 53） 對上式兩邊求和得： （ 54） 對上式兩邊同除以 n得 : （ 55） 由誤差正態(tài)分布的抵償特性可知，當(dāng)測量次數(shù)為 n ∞ ，即誤差的算術(shù)平均值趨于零， （ 56） 根據(jù)式（ 55）可知，當(dāng) n ∞時，得下式 （ 57） 上式表明，當(dāng)測量次數(shù) n無限增大時 ,測量值的算術(shù)平均值與真值無限接近。而且，檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性難 以保證。 (6) 軟件采用 LabVIEw虛擬儀器開發(fā)平臺，采用模塊化設(shè)計方法實現(xiàn)了采集信號的實時顯示、控制信號的準(zhǔn)確輸出及測試報告的自動生成。 [77] 申軍 .微型機應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾方法的探討 (C).中國自動化學(xué)會第十一屆青年學(xué)術(shù)年會論文集， 1996 [78] 張松春 電子設(shè)備抗干擾技術(shù)及其應(yīng)用 [M].北京 :機械工業(yè)出版社， 1989. [79] 常健生 .檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù) [M].北京 :機械工業(yè)出版社， 1981. [80] 董英斌 .微型機控制接口抗干擾設(shè)計 [J].計算機時代， 1985. [81] 商斌雄 .工業(yè) 數(shù)字裝置的抗干擾「 M].北京 :電子工業(yè)出版社， 1988. [82] 劉海 .在流量測量中估算真值數(shù)字濾波器設(shè)計 [J].電子測量技術(shù)， 2021(9). [83] 潘地林，許云龍 .離心式通風(fēng)機的最佳曲線及其應(yīng)用 [J].流體機械， 2021， 28(10). 。 (4) 設(shè)計了旋轉(zhuǎn)擋板裝置并用步進電機控制其旋轉(zhuǎn)角度，實現(xiàn)了風(fēng)機運行的自動控制。 基于虛擬測試的風(fēng)機狀態(tài)測試系統(tǒng)的設(shè)計 21 結(jié)束語 風(fēng)機狀態(tài)測試是一項指揮協(xié)調(diào)較困難，技術(shù)性強又較繁雜的工作。 (2)采用均值技術(shù) 電路1 電路3 電路2 信號地線（低電平電路） 電源線（干擾地線） 保護地線（機殼機架） 基于虛擬測試的風(fēng)機狀態(tài)測試系統(tǒng)的設(shè)計 20 本系統(tǒng)采用一種算術(shù)平均值原理實現(xiàn)的數(shù)字濾波器來剔除試驗數(shù)據(jù)的誤差 [82]。通常測控系統(tǒng)中至少有三條分開的地線 :一條是低電平電路的信號地線 :一條是設(shè)備外殼、機架、機箱、屏蔽層的金屬地線 (保護地線 )。在各電源輸入端與接地端之間分別并聯(lián)去藕電容： 硬件抗干擾 [79 80 81] (1)抑制電壓的波動 工業(yè)電網(wǎng)的過壓或欠壓常常達到額定電壓的士 15%，且持續(xù)時間長。大功率用電設(shè)備的起停 。 (6)最后在“試驗報告”模塊，通過點擊菜單，可查看風(fēng)機狀態(tài)試驗的原始數(shù)據(jù)、風(fēng)機有因次狀態(tài)曲線和風(fēng)機無因次狀態(tài)曲線，并可選擇打印或保存。 軟件使用說明 本軟件使用簡單，其基本操作過程如圖 4一 3所示。其結(jié)構(gòu)框圖如圖 41 所示，信號分析程序流程圖如圖 42 所示， 圖 42 信號流程圖 此軟件系統(tǒng)可向用戶提供較為齊全的功能，具體包括 : (1)信號的自動檢測 :用戶在配置完試驗的 基本參數(shù)后 (或采用系統(tǒng)默認(rèn)值 )，在主控臺上，用鼠標(biāo)點擊“試驗”按扭，則系統(tǒng)自動對各試驗參數(shù)進行檢測，且將各路檢測值分別以圖形和數(shù)字的方式顯示出來，同時也可對信號進行保存，以備將來查看。當(dāng)對象具有純滯后和容量滯后時，最好是采樣周期接近對象的時間常數(shù)。等效時間采樣的方法是預(yù)先設(shè)定采樣點數(shù)， 當(dāng)采樣點數(shù)達到此預(yù)先設(shè)定值時，采樣信號才被數(shù)字化。 (1)數(shù)據(jù)通道的初始化 :由于系統(tǒng)的硬件資源比較多，在進行信號檢測之前應(yīng)首先對數(shù)據(jù)采集板上的數(shù)據(jù)通道進行初始化。通常編制軟件時，可以采用兩種編制方法，一種是傳統(tǒng)的方法，采用高級語言，如 :Visual C++， Visual Basic， Delphi等編寫儀器的軟件，另一種是采用現(xiàn)在流行的圖形化編程方法，如 NI公司的 LabVIEW 、 Labwindows/CVI或 HP 公司的 VEE等 . 任何一臺儀器或系統(tǒng)可概括為有三大功能模塊組成：信號的采集 ,數(shù)據(jù)的處理，結(jié)果的輸出與表達。 對一些功能豐富的數(shù)據(jù)采集板，還有定時八己數(shù)等其他功能。精度 :一般用量化誤差表示。采樣速率 :指在單位時間內(nèi)數(shù)據(jù)采集板對模擬信號的采集次數(shù)，是數(shù)據(jù)采集板的重要指標(biāo)。信號的輸入范圍 (量程 )。數(shù)據(jù)采集板的狀態(tài)指標(biāo)主要有 : (l)模擬信號的輸入部分 : 數(shù)據(jù)采集板 DAQ(Data Acquisition)[59]一般由以下幾部分組成 : (1)多路開關(guān) :將各路信號輪流切換到放大器的輸入端，實現(xiàn)多參數(shù)多路信號的分 時采集。所以用 TS 一 22 智能扭矩側(cè)試儀將 mV信號轉(zhuǎn)換成 O一 5V的電壓信號。電阻應(yīng)變式扭矩傳 感器 [58]是利用應(yīng)變片將扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)變 (通過某種裝置轉(zhuǎn)變成正應(yīng)變 )轉(zhuǎn)換成電量而進行測量的。電容式傳感器極間相互吸引力非常微小，又不存在摩擦，故其自熱效應(yīng)極微，可保證電齊式傳感器具有較高的精度。壓差變送器采用 24v直流電源供電，輸出信號通過數(shù)據(jù)采集板的模擬輸入通道進入到計算機中進行處理。節(jié)流裝置的測量精度，除其本身的加工精度、取壓方式及取壓裝置之外，它還與流徑的流束擾動情況有關(guān)，因此通常要求節(jié)流裝置前后都應(yīng)有分別為 10倍于管道直徑和 5倍于管道直徑的直管段，他們主要起整流作用，消除管內(nèi)水力部件對流束造成的擾動，使測量可靠。即取壓孔在節(jié)流裝置前后的位置不同，即使在同一位置上，為了達到壓力均衡，也采用不同的方法。式中各字母代表物理量如下所示 : F0:節(jié)流裝置的工作開孔面積。vl 和 vZ’為截面 F1和 F2 處的平均流速 。本系統(tǒng)中流量測量部分主要包括節(jié)流裝置與測壓裝置。 電源 電動機 R S T U V W N P1 P PR. R1 S1 . PX. 圖 36 變頻調(diào)速器主回路端子接線圖 表 37 控制回路各端子連接圖 5 2 STF STR 表 32 主回路各端子說明 端子記號 端子名稱 說明 R S T 交流電源輸入 連接工頻電源 U V W 變頻器輸出 接三相異步點動機 電源 繼電器 數(shù)據(jù)采集卡 計算機 風(fēng)機 熔斷器 交流接觸器 變頻調(diào)速器 電動機 數(shù)據(jù)采集卡 基于虛擬測試的風(fēng)機狀態(tài)測試系統(tǒng)的設(shè)計 9 端子記號 端子名稱 說明 5 頻率設(shè)定公共端 頻率設(shè)定信號和模擬輸出端子的公共端 2 頻率設(shè) 定電壓 輸入 0一 SVDC(或 0一 10V)時， SV(10V) 對應(yīng)于最大輸出頻率。 [44] 變頻調(diào)速器的工作方式有三種，即 PU操作模式、外部與 PU聯(lián)合操作模式和外部操作模式 [45]。目前，許多風(fēng)機用戶和設(shè)計單位都在積極使用變頻調(diào)速 [40]。 (4)數(shù)字電路與計算機的接口 在測控應(yīng)用中的微機主機，其邏輯電路是按 TTL電平工作的，而本系統(tǒng)中數(shù)字電路所用器件為 CMOS 器件。利用數(shù)據(jù)采集卡的頻率信號輸出口，輸出所需頻率的脈沖信號，控制步進電機的旋轉(zhuǎn)速度。其參數(shù)如表 3一 1所示。步進電機的一個顯著特點是步距角固定，本系統(tǒng)選用步距角為 。 步進電機的控制 [34 35 36] 步進電機是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動機。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?qū)顟B(tài)參數(shù)進行擬合，且繪制風(fēng)機狀態(tài)曲線。本系統(tǒng)采用在電機與風(fēng)機轉(zhuǎn)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。 風(fēng)機轉(zhuǎn)速的控制 : 風(fēng)機狀態(tài)曲線的繪制 。 從 90 年代中期以來，國內(nèi)的哈爾濱工業(yè)人學(xué)、重慶大學(xué)、西安交通大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、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(shè)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。[13‘ 14]。 虛擬儀器技術(shù)及其應(yīng)用 虛擬儀器技術(shù)是日益發(fā)展的計算機技術(shù)、儀器技術(shù)密切結(jié)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(shù)革命的產(chǎn)物。經(jīng)葉輪 3流入排風(fēng)管道 4，然后排出，在出口裝一錐形節(jié)流門5調(diào)節(jié)風(fēng)量。風(fēng)室式試驗裝置由流量測試管路、風(fēng)室、輔助通風(fēng)機、流量調(diào)節(jié)器和整流器等組成，根據(jù)腔室與通風(fēng)機進口和出口的連接方式不同，分為進氣風(fēng)室和出氣風(fēng)室兩種試驗裝置 。 (1)自動采集風(fēng)機狀態(tài)試驗數(shù)據(jù)，且各項參數(shù)指標(biāo)達到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn) [7]。有的測試系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，不能作為通用系統(tǒng)得以推廣。由于風(fēng)機理論至今仍欠完善，所以風(fēng)機狀態(tài)參數(shù)的獲取主要依賴于狀態(tài)試驗。為了正確選擇、使用風(fēng)機 [1]，必須了解這些參數(shù)間的相互關(guān)系。近年來，我國少數(shù)單位在通風(fēng)機測試技術(shù)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(wù) 。 [5‘ 6] 所以，為提高風(fēng)機狀態(tài)試驗測試系統(tǒng)的狀態(tài)，并考慮到風(fēng)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(fēng)機狀態(tài)試驗臺的基礎(chǔ)上利用計算機技術(shù)、電子技術(shù)、儀器技術(shù)的結(jié)合 (即虛擬儀器 )，設(shè)計一種具有如下特點的計算機輔助風(fēng) 機狀態(tài)自動測試與分析系統(tǒng)。 風(fēng)機狀態(tài)參數(shù) [8‘ 9] 風(fēng)機狀態(tài)試驗裝置分為風(fēng)室式和風(fēng)管式兩類。 氣體由集流器 1 進入吸風(fēng)管 2。所以，如何使這四部分功能自動實現(xiàn)是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器的比較如表 2 一 l 所示 。所以應(yīng)用最現(xiàn)代化的手段，最新的技術(shù)，構(gòu) 建簡潔、實用、可靠、完備和高狀態(tài) /價格比的應(yīng)用系統(tǒng)是必不可少的。由風(fēng)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(fēng)機狀態(tài)參數(shù)的測量 。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(jié)果較為準(zhǔn)確。 （ 3）風(fēng)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。硬件設(shè)計主要完成了風(fēng)機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，風(fēng)機個實驗數(shù)據(jù)的采集等工作。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(diào)節(jié) (改變圓形擋板的旋轉(zhuǎn)角度 )，所以對精度要求不高。綜合各方面的因素，本系統(tǒng)選用了三相六拍式 反應(yīng)式步進電機，所選型號為 75BFO03。 圖 34直流電源轉(zhuǎn)換框圖 (2)步進電機的控制部分 步進電機的正反轉(zhuǎn)控制利用數(shù)據(jù)采集卜數(shù)字 I/0功能，當(dāng)數(shù)字 I/O口輸出正 電壓時，步進電機正轉(zhuǎn)，當(dāng)數(shù)字 1/0口輸出零信號時，步進電機反轉(zhuǎn)。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(qū)動，三極管采用 PH2222，它具有能量轉(zhuǎn)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。近年來，隨著電力、電子器件和控制技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速器價格不 斷下降，可靠性不斷增加，模塊化的設(shè)計使變頻調(diào)速器的容量幾乎不受限制。變頻調(diào)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(jié)，驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動。 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。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(yīng)關(guān)系，可育接指示流量。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 。其次，在推導(dǎo)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。 [55] 目前，對不同的節(jié)流裝 置其