【正文】 地 圖 51 電路并聯一點接地 圖 52 各類地線分開設置 軟件抗干擾 在測控電路上采取抗干擾措施后，干擾問題基本上可以得到解決。電源線和接地線采用較粗的導線，并盡可能使之縮短： (3)各種信號正確接地 地可以看成等電 位體，但由于各種原因，地各點的電位是不等的。對各傳感器電源和步進電機驅動線路板電源，設計了各穩(wěn)壓電路。 干擾信號能對電測裝置發(fā)生影響，必須具備三個因素 :有干擾源產生干擾信號 。 使用注意事項 : (l)打開電源之前，檢查各接線端子是否可靠、正確連接，避免短路、斷路現象。 (2)在“基本參數”模塊，首先要輸入環(huán)境參數，風機兒何參數和試驗臺參數，以供狀態(tài)參數計算與查詢使用，如果用戶忽略此項輸入，系統采用默認值進行試驗。 (4)自動生成試驗報告 :在信號采集與處理之后，用戶可在試驗報告 模塊，得到風機狀態(tài)試驗的全部結果，包括試驗原始數據的顯示，風機有因次及無因次曲線的顯示。 對于一種特定的物理量，采樣頻率到底應選擇多少，必須按香儂 (Shannon)采樣定理來確定，即要求 : Fs≥ 2fmax 其中 fmax是原物理信號的最高頻率。針對這些問題，在采集控制模塊中，一次性輸入對通道 的初始化參數，且作為默認值保存下來，系統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。 檢測信號的計算機處理 硬件系統的設計只是完成了檢測系統的第一步，即被測數據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別的數字信號以及由檢測信號計算出相應的物理信號，還要經過軟件編程。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個數字量 1/0接口、 2個 16位的計數器 (用于記數 /定時 )。常用D/A轉換器的轉換位數 b表示。位數 b:指 A/D轉換器輸出二進制數的位數。 信號的輸入方式。 (3)采樣 /保持器 :取出待測信號在某一瞬時的值 (即實現信號的時間離散化 )，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。 數據采集板 LabVIEw 獲取數據的方法是通過對工 /O 接口設備的驅動完成的。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象。電容式傳感器一般可分為三種形式 :變截面型、變介質介電常數型、變極板間距型。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%。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]。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。 ? 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量守恒方程。 對于各種形式的節(jié)流裝置，流量測量依據的基本理論和方程式都是一樣的，僅僅是其中有些系數不同。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。其控制過程可描述為 :數據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，實現電機轉速的控制。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)展到以提高產品產量、基于虛擬測試的風機狀態(tài)測試系統的設計 8 質量，實現生產過程自動化及環(huán)境保護等為目的，其應用領域 不斷擴大 [41 42]。在微機與數字電路之間為防止兩個系統之間的互相干擾，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。 (l)電源 步進電機的驅動需用 35V及 12V直流電源，故將交流電經轉換得到穩(wěn)定的直流電源 [37 38]。對于三相反應式步進電機，工作方式有三拍和六拍之分。改變輸入脈沖的通電相序，就能控制轉子位移的方向，實現位置的控制。當用戶發(fā)出指令改變風機運轉工況時，計算機通過數據采集卡輸出電壓信號，此電壓信號再經過電路轉換，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，實現風機運轉工況的設定。本系統采用變頻調速基于虛擬測試的風機狀態(tài)測試系統的設計 5 技術來實現風機轉速的調節(jié)。在試驗過程中，皮托管每次所測數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。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 (CASA)。它們的不同主要表現在靈活性方面。 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。例如送風機是從大氣吸入空氣，經管道送入爐膛，應采用排氣試驗裝置。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。 (4)自動繪制風機狀態(tài)曲線?；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。同時，風機生產廠家為了提高產品的競爭能力，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。基于虛擬測試的風機狀態(tài)測試系統的設計 1 第一章 概述 風機使用面廣，種類繁多，遍及國民經濟的各部門，利用風機產生的氣流做介質進行工作，可實現清選、分離、加熱烘干、物料輸送、通風換氣、除塵降溫等多種工作。由此可見，風機狀態(tài)試驗對于成品的檢驗和新產品的設計開發(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。虛擬儀器系統的概念不僅推進了以儀器為基礎的測控系統的改造，同時也影響了以數據采集為主的測試系統構造方法的進化，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。 (5)系統界面友好，操作方便，便于用戶使用。 (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。引風機是抽出爐膛的煙氣使之排入大氣，則應采用進排氣聯合試驗裝置。虛擬儀器的 出現，徹底打破了傳統儀器由廠家定義，用戶無法改變的模式。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所需的附件，而這種靈活性是由供應商定義的傳統儀器上達不到的。密執(zhí)基于虛擬測試的風機狀態(tài)測試系統的設計 4 安工業(yè)大學于 1996 年開發(fā)了柴油機實驗室自動化數據采集與控制系統，這些系統都具有同類系統不可比擬的優(yōu)點。孔板壓差法是在風管的適當位置安裝節(jié)流孔板，氣流經過孔板后，壓力發(fā)生改變，根據孔板前后的壓力差 即可計算出經過風管的體積流量 [29]。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。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據，最后運用最小二乘法擬合試驗數據，繪制風機狀態(tài)曲線，生成試驗報告 [33]。當電脈沖按某一相 序連續(xù)加到步進電機時，轉子以正比于電脈沖頻率的轉速沿某一方向旋轉。三拍是在轉動一個齒距角時換相三次，同理六拍在轉動一個齒距角時換相六次，步進電機的各相繞組以 A、 B、 C表示時，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。其轉換框圖如圖 3 一 4 所示。步進電機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，又要保證電機和功率放大器件的安全運行，還應具有較高的效率、較小的功耗、較低的成本。 圖 34 微機與數字電路板信號隔離 風機轉速調節(jié)裝置的設計 風機狀態(tài)試驗是在一定的轉速下進行的，為滿足不同風機狀態(tài)試驗的需要，本系統設有風機轉速調節(jié)裝置。本系統從自動化控制與節(jié)能出發(fā)，采用變頻調速裝置實現風機轉速的調整。另外兩路數字 I/0口 (17)和 (16)信號用于控制電機的正反轉，當 17口處于高電平時，電動機正轉起動，當 16口處于高電平時，電動機反轉起動。 本系統采用的傳感器包括壓差傳感器、壓力傳感器和扭矩傳感器。為了簡單起見，首先假設流體是不可壓縮的 (密度 P不變化 )、理想的 (流體沒有粘性 )、定常流動 (管道內各點的參數不隨時間變化 )，管道是水平放置的。流束的最小截面 F2由節(jié)流裝置的開 孔面積 F0代替 F2=Uf0 (33) 其中 u為流束的收縮系數。 σ :流量系數，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，是一個實驗確定的系數。對于角接取壓可以采用環(huán)室或加緊環(huán)(單獨鉆孔 )，對于法蘭取壓，則應用取壓法蘭。他不僅可以用來顯示，而且可以經壓差變送器轉換成統一的標準信號 420 mA(或 l一 5V)以便送到單元組合儀表及計算機進行上業(yè)過程控制。 (2)靈敏度高。本系統選用變截面烤口靜壓傳感器，其型號為 :Model268，技術指標如下 : 工作溫度 :一 18~十 65℃ 溫度補償范圍 :+5一 +65’ C 溫漂 土 %FSC 基于虛擬測試的風機狀態(tài)測試系統的設計 12 測量介質 :空 氣或類似的非導電性氣體 輸入電源 :9一 30VDC 輸出電流 :4一 2OmA 量程 :0一 2OOOPa 接線方式為兩線式，傳感器采用 24V 直流電源供電，數據采集卡的模擬輸入通道采集 25OQ精密電阻兩端的電壓信號，此電壓信號進入到計算機中進行處理。在傳感器的彈性體上粘貼有電阻應變計并組成惠斯通電橋。虛擬儀器系統中， I/0接口設備主要是數據采集板。 (4)A/D轉換器 :將輸入的模擬量轉 換為數字量輸出，并完成信號幅值的量化。一般待采集信號的輸入方式有 : 單端輸入 :即信號的其中一個端子接地。放大器增益 :數據采集板對信號的放大倍數。 其狀態(tài)指標如表 3一 4所示。在本系統中，軟件主要完成了信號檢測與數據處理。當然，在系統改變后，可以重新輸入各初始參數。在實際應用中，常取 Fs=(5 一 10) fmax從信號的復雜性和控制性來考慮，采樣周期越短越好，但 由于計算機速度和容量的限制，采樣周期不能太短，所以單純從理論計算來確定采樣周期不盡合理，實際應用時要結合經驗來確定，采樣周期通常與下列因素有關 : 基于虛擬測試的風機狀態(tài)測試系統的設計 15 采用的控制算式和執(zhí)行機構的類型。 (5)歷史查詢 :在歷史查詢模塊，用戶可對以前保存的數據文件及圖形文件進行查詢，也可對試驗結果進行查詢，對于查詢結果可進行打印。 (3)打開“采集與控制設置”模塊，在采集部分輸入各壓差信號、靜壓信號、扭矩信號的輸入通道、輸入電壓范圍和采樣速率，在控制部分輸入 控制變頻調速器和步進電機輸出信號的輸出通道，輸出信號電壓范圍和輸出信號的幅值。電路板的接線端子皆為弱電端子，切勿接高壓電。對干擾信號敏感的接收電路 。 (2)信號屏蔽 導線間的藕合是通道干擾的主要因素之一，導線間的干擾主要有以下幾種方式 : 電容性禍合 :兩回路的電場相互作用的結果。如果測試系統兩點接地，則由于這兩點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對干擾的敏感性，干擾不可能絕對消除。應用算術平均值算法實現了各采集信號的濾波處理，有效地克服了系統的隨機干擾。所以，本著靈活，方便以及實用化的指導思想，并考慮到虛擬儀器在今后所具有的強大的生命力和不可估計的發(fā)展前景，作者在導師的指導下，對虛擬儀器系統設計的理論和實踐做了一些有益的探索和實踐，開發(fā)一套實用且功能齊全的基于虛擬儀器技術的風機狀態(tài)測試系統。 (8) 系統界面友好，操作 方便。 本系統具有較強的通用性，可以廣泛的應用于科研院所及企業(yè)的科研、生產與教學的試驗研究。 (2) 用傳感器技術檢測風機各狀態(tài)參