【正文】 地 圖 51 電路并聯(lián)一點(diǎn)接地 圖 52 各類(lèi)地線(xiàn)分開(kāi)設(shè)置 軟件抗干擾 在測(cè)控電路上采取抗干擾措施后，干擾問(wèn)題基本上可以得到解決。電源線(xiàn)和接地線(xiàn)采用較粗的導(dǎo)線(xiàn)，并盡可能使之縮短： (3)各種信號(hào)正確接地 地可以看成等電 位體，但由于各種原因，地各點(diǎn)的電位是不等的。對(duì)各傳感器電源和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)線(xiàn)路板電源，設(shè)計(jì)了各穩(wěn)壓電路。 干擾信號(hào)能對(duì)電測(cè)裝置發(fā)生影響，必須具備三個(gè)因素 :有干擾源產(chǎn)生干擾信號(hào) 。 使用注意事項(xiàng) : (l)打開(kāi)電源之前，檢查各接線(xiàn)端子是否可靠、正確連接，避免短路、斷路現(xiàn)象。 (2)在“基本參數(shù)”模塊，首先要輸入環(huán)境參數(shù)，風(fēng)機(jī)兒何參數(shù)和試驗(yàn)臺(tái)參數(shù)，以供狀態(tài)參數(shù)計(jì)算與查詢(xún)使用，如果用戶(hù)忽略此項(xiàng)輸入，系統(tǒng)采用默認(rèn)值進(jìn)行試驗(yàn)。 (4)自動(dòng)生成試驗(yàn)報(bào)告 :在信號(hào)采集與處理之后，用戶(hù)可在試驗(yàn)報(bào)告 模塊，得到風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗(yàn)的全部結(jié)果，包括試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)的顯示，風(fēng)機(jī)有因次及無(wú)因次曲線(xiàn)的顯示。 對(duì)于一種特定的物理量，采樣頻率到底應(yīng)選擇多少，必須按香儂 (Shannon)采樣定理來(lái)確定，即要求 : Fs≥ 2fmax 其中 fmax是原物理信號(hào)的最高頻率。針對(duì)這些問(wèn)題，在采集控制模塊中，一次性輸入對(duì)通道 的初始化參數(shù)，且作為默認(rèn)值保存下來(lái)，系統(tǒng)每次運(yùn)行都按照此設(shè)置進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，避免了每次測(cè)試時(shí)必須重復(fù)輸入的麻煩。 檢測(cè)信號(hào)的計(jì)算機(jī)處理 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)只是完成了檢測(cè)系統(tǒng)的第一步，即被測(cè)數(shù)據(jù)的物理信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)變，要將各電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩?hù)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)以及由檢測(cè)信號(hào)計(jì)算出相應(yīng)的物理信號(hào)，還要經(jīng)過(guò)軟件編程。他有 8個(gè)模擬量輸入通道 (對(duì)差分輸入，有 4對(duì)模擬輸入通道 )、 2個(gè)模擬量輸出通道， 16個(gè)數(shù)字量 1/0接口、 2個(gè) 16位的計(jì)數(shù)器 (用于記數(shù) /定時(shí) )。常用D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位數(shù) b表示。位數(shù) b:指 A/D轉(zhuǎn)換器輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。 信號(hào)的輸入方式。 (3)采樣 /保持器 :取出待測(cè)信號(hào)在某一瞬時(shí)的值 (即實(shí)現(xiàn)信號(hào)的時(shí)間離散化 )，并在 A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中保持信號(hào)不變，如果被測(cè)信號(hào)變化很緩慢，也可以不用采樣 /保持器。 數(shù)據(jù)采集板 LabVIEw 獲取數(shù)據(jù)的方法是通過(guò)對(duì)工 /O 接口設(shè)備的驅(qū)動(dòng)完成的。所謂應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體 (電阻絲 )的電阻值隨應(yīng)變 (伸長(zhǎng)或縮短 )而發(fā)生改變的一種物理現(xiàn)象。電容式傳感器一般可分為三種形式 :變截面型、變介質(zhì)介電常數(shù)型、變極板間距型。金屬應(yīng)變絲的極限一般為 l%，而半導(dǎo)體應(yīng)變片可達(dá) 20%，電容傳感器相對(duì)變化量大于 100%。壓差式流量傳感器是目前工業(yè)上技術(shù)最成熟、使用最多的一種，其使用量約占全部流量測(cè)量?jī)x表的 （ 70一 80%） [56]。而在我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定可以采用角接取壓和法蘭取壓兩種方式。 ? P=p1一 P2::節(jié)流裝置前后的壓力差。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(zhì)量守恒方程。 對(duì)于各種形式的節(jié)流裝置，流量測(cè)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。如果把計(jì)算機(jī)比做人的“大腦”，那么電子傳感器則酷似人的“五官”，不過(guò)對(duì)傳感器的要求要比人的五官高得多，他還要把人無(wú)法或難于感知的量測(cè)量出來(lái)，象電磁場(chǎng)、紅外光、紫外光、高溫、高壓、無(wú)嗅無(wú)味氣體、巨毒物等，并能放大、處理、傳輸、存儲(chǔ)、顯示、或作必要的控制輸出。其控制過(guò)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(hào)，用于控制變頻調(diào)速器輸出的電壓頻率 (O 一5OHz)，即控 制交流電動(dòng)機(jī)電源頻率，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。近年來(lái)，隨著變頻技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，變須器在風(fēng)機(jī)上的應(yīng)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(cè)試的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化及環(huán)境保護(hù)等為目的，其應(yīng)用領(lǐng)域 不斷擴(kuò)大 [41 42]。在微機(jī)與數(shù)字電路之間為防止兩個(gè)系統(tǒng)之間的互相干擾，需加上光耦隔離電路，計(jì)算機(jī)及步進(jìn)電機(jī)之間的光耦隔離電路如圖 3一 4所示。功率放大器直接與步進(jìn)電機(jī)各相繞組連接，它接受來(lái)自推動(dòng)級(jí)的信號(hào)，控制著步進(jìn)電機(jī)各相繞組的導(dǎo)通或截止，同時(shí)也控制著繞組的最 高電壓和最大電流。 (l)電源 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需用 35V及 12V直流電源，故將交流電經(jīng)轉(zhuǎn)換得到穩(wěn)定的直流電源 [37 38]。對(duì)于三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，工作方式有三拍和六拍之分。改變輸入脈沖的通電相序，就能控制轉(zhuǎn)子位移的方向，實(shí)現(xiàn)位置的控制。當(dāng)用戶(hù)發(fā)出指令改變風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況時(shí)，計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡輸出電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)再經(jīng)過(guò)電路轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)使其轉(zhuǎn)過(guò)設(shè)定的角度，控制旋轉(zhuǎn)擋板在風(fēng)管出口的位置，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況的設(shè)定。本系統(tǒng)采用變頻調(diào)速基于虛擬測(cè)試的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。在試驗(yàn)過(guò)程中，皮托管每次所測(cè)數(shù)值只是皮托管所在位置的壓力值，要想測(cè)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(cè)量后取其平均值，此種方法存在測(cè)量過(guò)程復(fù)雜，測(cè)量精度不高等缺點(diǎn)。美國(guó) Goldsmith種子公司于 1997 年利用虛擬儀器開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)化秧苗分析系統(tǒng) (CASA)。它們的不同主要表現(xiàn)在靈活性方面。 虛擬儀器首先由美國(guó)國(guó)家儀器公司 (National Instruments Corporation 簡(jiǎn)稱(chēng) NI)于 1986 提出。例如送風(fēng)機(jī)是從大氣吸入空氣，經(jīng)管道送入爐膛，應(yīng)采用排氣試驗(yàn)裝置。氣體從集流器 l 進(jìn)入吸風(fēng)管道 2，再流入葉輪 3，在管道進(jìn)口處裝有調(diào)節(jié)風(fēng)量用的錐形節(jié)流門(mén) 4，并在吸風(fēng)管道中放置測(cè)量流量用的畢托管 5和靜壓測(cè)管 6。 (4)自動(dòng)繪制風(fēng)機(jī)狀態(tài)曲線(xiàn)?；谟?jì)算機(jī)技術(shù)的虛擬儀器以不可逆轉(zhuǎn)的力量推動(dòng)著測(cè)控技術(shù)的革命。同時(shí)，風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家為了提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，在努力改進(jìn)氣動(dòng)設(shè)計(jì)，提高機(jī)械加工的同時(shí)，也對(duì)風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗(yàn)的研究和開(kāi)發(fā)給予了高度的重視?；谔摂M測(cè)試的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 第一章 概述 風(fēng)機(jī)使用面廣，種類(lèi)繁多，遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各部門(mén)，利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流做介質(zhì)進(jìn)行工作，可實(shí)現(xiàn)清選、分離、加熱烘干、物料輸送、通風(fēng)換氣、除塵降溫等多種工作。由此可見(jiàn)，風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗(yàn)對(duì)于成品的檢驗(yàn)和新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)都至關(guān)重要，特別是對(duì)于大型、特型風(fēng)機(jī)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(yàn)尤為重要。虛擬儀器系統(tǒng)的概念不僅推進(jìn)了以?xún)x器為基礎(chǔ)的測(cè)控系統(tǒng)的改造，同時(shí)也影響了以數(shù)據(jù)采集為主的測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)造方法的進(jìn)化，過(guò)去獨(dú)立分散、互不相干的許多領(lǐng)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(shù)方法和技術(shù)規(guī)范。 (5)系統(tǒng)界面友好，操作方便，便于用戶(hù)使用。 (2) 排氣試驗(yàn) :這種布置形式只在風(fēng)機(jī)出口設(shè)置管道，如圖 2一 2 所示。引風(fēng)機(jī)是抽出爐膛的煙氣使之排入大氣，則應(yīng)采用進(jìn)排氣聯(lián)合試驗(yàn)裝置。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(hù)無(wú)法改變的模式。虛擬儀器由用戶(hù)自己定義，這就意味著我們可以自由組合計(jì)算機(jī)平臺(tái)、硬件、軟件以及各種完成應(yīng)用系統(tǒng)所需的附件，而這種靈活性是由供應(yīng)商定義的傳統(tǒng)儀器上達(dá)不到的。密執(zhí)基于虛擬測(cè)試的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 安工業(yè)大學(xué)于 1996 年開(kāi)發(fā)了柴油機(jī)實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都具有同類(lèi)系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)?？装鍓翰罘ㄊ窃陲L(fēng)管的適當(dāng)位置安裝節(jié)流孔板，氣流經(jīng)過(guò)孔板后，壓力發(fā)生改變，根據(jù)孔板前后的壓力差 即可計(jì)算出經(jīng)過(guò)風(fēng)管的體積流量 [29]。在計(jì)算機(jī)與電機(jī)之間安裝變頻調(diào)速器，通過(guò)變頻調(diào)速改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，即調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。工況設(shè)定以后，重復(fù)上述信號(hào)采集、處理過(guò)程，直至檢測(cè)全部工況的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，最后運(yùn)用最小二乘法擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制風(fēng)機(jī)狀態(tài)曲線(xiàn)，生成試驗(yàn)報(bào)告 [33]。當(dāng)電脈沖按某一相 序連續(xù)加到步進(jìn)電機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子以正比于電脈沖頻率的轉(zhuǎn)速沿某一方向旋轉(zhuǎn)。三拍是在轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距角時(shí)換相三次，同理六拍在轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距角時(shí)換相六次，步進(jìn)電機(jī)的各相繞組以 A、 B、 C表示時(shí)，各種工作方式的換相情況如下 :單三拍 A一 B一 C— A雙三拍 AB— BC一 CA一 AB。其轉(zhuǎn)換框圖如圖 3 一 4 所示。步進(jìn)電機(jī)的功率放大器既要向繞組提供足夠的電壓、電流及正確的波形，又要保證電機(jī)和功率放大器件的安全運(yùn)行，還應(yīng)具有較高的效率、較小的功耗、較低的成本。 圖 34 微機(jī)與數(shù)字電路板信號(hào)隔離 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì) 風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗(yàn)是在一定的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行的，為滿(mǎn)足不同風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗(yàn)的需要，本系統(tǒng)設(shè)有風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置。本系統(tǒng)從自動(dòng)化控制與節(jié)能出發(fā)，采用變頻調(diào)速裝置實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整。另外兩路數(shù)字 I/0口 (17)和 (16)信號(hào)用于控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，當(dāng) 17口處于高電平時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)起動(dòng)，當(dāng) 16口處于高電平時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)起動(dòng)。 本系統(tǒng)采用的傳感器包括壓差傳感器、壓力傳感器和扭矩傳感器。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，首先假設(shè)流體是不可壓縮的 (密度 P不變化 )、理想的 (流體沒(méi)有粘性 )、定常流動(dòng) (管道內(nèi)各點(diǎn)的參數(shù)不隨時(shí)間變化 )，管道是水平放置的。流束的最小截面 F2由節(jié)流裝置的開(kāi) 孔面積 F0代替 F2=Uf0 (33) 其中 u為流束的收縮系數(shù)。 σ :流量系數(shù)，它和節(jié)流裝置的面積比 m及流體的粘性，重度，取壓方式等多種因素有關(guān)，是一個(gè)實(shí)驗(yàn)確定的系數(shù)。對(duì)于角接取壓可以采用環(huán)室或加緊環(huán)(單獨(dú)鉆孔 )，對(duì)于法蘭取壓，則應(yīng)用取壓法蘭。他不僅可以用來(lái)顯示，而且可以經(jīng)壓差變送器轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 420 mA(或 l一 5V)以便送到單元組合儀表及計(jì)算機(jī)進(jìn)行上業(yè)過(guò)程控制。 (2)靈敏度高。本系統(tǒng)選用變截面烤口靜壓傳感器，其型號(hào)為 :Model268，技術(shù)指標(biāo)如下 : 工作溫度 :一 18~十 65℃ 溫度補(bǔ)償范圍 :+5一 +65’ C 溫漂 土 %FSC 基于虛擬測(cè)試的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 測(cè)量介質(zhì) :空 氣或類(lèi)似的非導(dǎo)電性氣體 輸入電源 :9一 30VDC 輸出電流 :4一 2OmA 量程 :0一 2OOOPa 接線(xiàn)方式為兩線(xiàn)式，傳感器采用 24V 直流電源供電，數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入通道采集 25OQ精密電阻兩端的電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)進(jìn)入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。在傳感器的彈性體上粘貼有電阻應(yīng)變計(jì)并組成惠斯通電橋。虛擬儀器系統(tǒng)中， I/0接口設(shè)備主要是數(shù)據(jù)采集板。 (4)A/D轉(zhuǎn)換器 :將輸入的模擬量轉(zhuǎn) 換為數(shù)字量輸出，并完成信號(hào)幅值的量化。一般待采集信號(hào)的輸入方式有 : 單端輸入 :即信號(hào)的其中一個(gè)端子接地。放大器增益 :數(shù)據(jù)采集板對(duì)信號(hào)的放大倍數(shù)。 其狀態(tài)指標(biāo)如表 3一 4所示。在本系統(tǒng)中，軟件主要完成了信號(hào)檢測(cè)與數(shù)據(jù)處理。當(dāng)然，在系統(tǒng)改變后，可以重新輸入各初始參數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，常取 Fs=(5 一 10) fmax從信號(hào)的復(fù)雜性和控制性來(lái)考慮，采樣周期越短越好，但 由于計(jì)算機(jī)速度和容量的限制，采樣周期不能太短，所以單純從理論計(jì)算來(lái)確定采樣周期不盡合理，實(shí)際應(yīng)用時(shí)要結(jié)合經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定，采樣周期通常與下列因素有關(guān) : 基于虛擬測(cè)試的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 采用的控制算式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類(lèi)型。 (5)歷史查詢(xún) :在歷史查詢(xún)模塊，用戶(hù)可對(duì)以前保存的數(shù)據(jù)文件及圖形文件進(jìn)行查詢(xún)，也可對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行查詢(xún)，對(duì)于查詢(xún)結(jié)果可進(jìn)行打印。 (3)打開(kāi)“采集與控制設(shè)置”模塊，在采集部分輸入各壓差信號(hào)、靜壓信號(hào)、扭矩信號(hào)的輸入通道、輸入電壓范圍和采樣速率，在控制部分輸入 控制變頻調(diào)速器和步進(jìn)電機(jī)輸出信號(hào)的輸出通道，輸出信號(hào)電壓范圍和輸出信號(hào)的幅值。電路板的接線(xiàn)端子皆為弱電端子，切勿接高壓電。對(duì)干擾信號(hào)敏感的接收電路 。 (2)信號(hào)屏蔽 導(dǎo)線(xiàn)間的藕合是通道干擾的主要因素之一，導(dǎo)線(xiàn)間的干擾主要有以下幾種方式 : 電容性禍合 :兩回路的電場(chǎng)相互作用的結(jié)果。如果測(cè)試系統(tǒng)兩點(diǎn)接地，則由于這兩點(diǎn)的地電位差而引起干擾。但原則上講，任何抗干擾措施都只能削弱干擾源的影響或降低系統(tǒng)對(duì)干擾的敏感性，干擾不可能絕對(duì)消除。應(yīng)用算術(shù)平均值算法實(shí)現(xiàn)了各采集信號(hào)的濾波處理，有效地克服了系統(tǒng)的隨機(jī)干擾。所以，本著靈活，方便以及實(shí)用化的指導(dǎo)思想，并考慮到虛擬儀器在今后所具有的強(qiáng)大的生命力和不可估計(jì)的發(fā)展前景，作者在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，對(duì)虛擬儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論和實(shí)踐做了一些有益的探索和實(shí)踐，開(kāi)發(fā)一套實(shí)用且功能齊全的基于虛擬儀器技術(shù)的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)。 (8) 系統(tǒng)界面友好，操作 方便。 本系統(tǒng)具有較強(qiáng)的通用性，可以廣泛的應(yīng)用于科研院所及企業(yè)的科研、生產(chǎn)與教學(xué)的試驗(yàn)研究。 (2) 用傳感器技術(shù)檢測(cè)風(fēng)機(jī)各狀態(tài)參