【正文】 出設(shè)定，一般雕刻機(jī) 4 5軸不用，所以不用打開，如有需要可以選擇打開！ 渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝 置及測(cè)量電路設(shè)計(jì) 36 圖 6— 12 輸入設(shè)置，主要設(shè)置限位開關(guān)，急停等！ 圖 6— 13 輸出設(shè)定 圖 6— 13 表示輸出設(shè)定，設(shè)定使能所有電機(jī)使能接在一起，使能一般用的少，接這個(gè)要注意自己的驅(qū)動(dòng)器低電平使能還是高電平使能！不同的使能電平對(duì)應(yīng)設(shè)置不同低電平使能時(shí) 應(yīng)該勾選，反之不夠選！ 渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì) 37 設(shè)定主軸開關(guān)，使用繼電器控制開或者關(guān)！ G 代碼 開繼電器（ OFF 與COM 連通）， M5 關(guān)繼電器（ ON 與 COM 連通）！ 圖 6— 14 主軸設(shè)定 當(dāng)按照上述操作調(diào)試好軟件的基本屬性時(shí)，接下來在桌面上打開 然后選擇 Plasma 點(diǎn) OK 即可進(jìn)入操作界面如圖 6— 15： 圖 6— 15 操作界面 渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝 置及測(cè)量電路設(shè)計(jì) 38隨后點(diǎn)擊鍵盤上的 Tab 鍵即可出現(xiàn)如圖 6— 16 所示的操作圖： 圖 6— 16 啟動(dòng)界面 此時(shí)點(diǎn)擊圖 6— 16右側(cè)的 X— 電動(dòng)機(jī)就會(huì)以調(diào)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。 HYQD— 100兩項(xiàng)混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 圖 6— 17 HYQD— 100 兩項(xiàng)混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 (一）簡介： THB7128 是一款專業(yè)的兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。它內(nèi)部集成了細(xì)分、電流調(diào)節(jié)、CMOS 功率放大等電路，配合簡單的外圍電路即可實(shí)現(xiàn)高性能、多細(xì)分、大電流的驅(qū)動(dòng)電路。適合驅(qū)動(dòng) 4 57 型兩相、四相混合式步進(jìn)電機(jī)。在低成本、低振動(dòng)、小噪聲、高速度的設(shè)計(jì)中應(yīng)用效果較佳。 渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì) 39 （二）特色 （ 1）采用的是 7128 單芯片兩相正弦細(xì)分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) (2)直接采用單脈沖和方向信號(hào)譯碼控制模式（ 3）雙全橋 MOSFET 驅(qū)動(dòng)，低導(dǎo)通電阻 Ron 為 歐（ 4）可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控 制（ 5）通過 3 位選擇 8 檔細(xì)分控制（ 1/ 1/ 1/ 1/1 1/3 1/61/128）（ 6）最高耐壓 40VDC（ 7）高輸出電流（ Iout=3A),輸出電流方便可調(diào)（ 8）芯片內(nèi)部有過熱保護(hù)（ TSD）和過流檢測(cè)電路（ 9）采用底部大散熱片，散熱快。（ 10）采用高速光耦，使得性能更穩(wěn)定，速度更快。 （三）使用指南 （ 1） 關(guān)于電源： VCC 連接直流電源正（注意： 10VVCC32V). 如果超出范圍，可能造成驅(qū)動(dòng)器無法正常工作，甚至是損壞。 為保證驅(qū)動(dòng)器的正常工作，請(qǐng)選用優(yōu)質(zhì)的電源，推薦 32VDC 功率 100W 以上的電源。 （ 2）關(guān)于電流的輸出： 電流調(diào)節(jié)使用可調(diào)電阻，根據(jù)不同檔位對(duì)應(yīng)不同大小的電流。（順時(shí)針調(diào)減小，逆時(shí)針增大）如圖 6— 13： 圖 6— 18 電流調(diào)節(jié)使用可調(diào)電阻圖 渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝 置及測(cè)量電路設(shè)計(jì) 40 （ 3）關(guān)于電機(jī)的正反轉(zhuǎn)問題： 如果發(fā)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與自己預(yù)想的方向不一致時(shí)，只需要把其中一相的兩根線互換接入即可。 （ 4）關(guān)于輸入信號(hào)接線： 輸入信號(hào)接口有兩種接法：共陽極接法或共陰極接法。 共陽極接法：分別將 CP+、 DIR+、 EN+連接到控制 系統(tǒng)的電源上，如果此電源是 +5V則可直接接入，如果此電源大于 +5V，則須外部另加限流電阻 R,保證給驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部光藕 提供 8 到 15mA 的驅(qū)動(dòng)電流。脈沖輸入信號(hào)通過 CP— 接入，方向信號(hào)通過 DIR— 接入，使能信號(hào)通過 EN— 接入（ EN— 為高電平時(shí)脫機(jī)）。如圖 6— 19： 圖 6— 19 共陽極接法 共陰極接法：分別將 CP、 DIR、 EN連接到控制系統(tǒng)的地端（ SGND，與電源地隔離）：脈沖輸入信號(hào)通過 CP+接入，方向信號(hào)通過 DIR+接入，使能信號(hào)通過 EN+接入（ EN+為低電平時(shí)脫機(jī)）。若需限流電阻，限流電阻 R 的接法取值與共陽極接法相同。如圖 6— 20： 圖 6— 20 共陰極接法 （ 5）關(guān)于電機(jī)接線： 渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì) 41 可接兩相 4 線、 6 線、 8 線電機(jī)。如圖 6— 21： 圖 6— 21 電機(jī)接線圖 四線直接接入；六線不接中間抽頭，將兩頭的接起來即可（中間抽頭可根據(jù)阻值確定）；八線可采用并聯(lián)或串聯(lián)接法，并聯(lián)為大電流接法。 接線時(shí)請(qǐng)斷開電源，電機(jī)接線需注意不要錯(cuò)相，相內(nèi)相間短路，以免損壞驅(qū)動(dòng)器。 電動(dòng)機(jī) 本裝置所選用的電動(dòng)機(jī)如圖 6— 22 所示： 圖 6— 22 電動(dòng)機(jī) 裝置組裝效果圖 渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝 置及測(cè)量電路設(shè)計(jì) 42 圖 6— 23 裝置組裝效果圖 如圖 6— 23 所示，因連接并口卡的并口線比較老版在現(xiàn)在的電腦中很難找到其對(duì)應(yīng)的接口，所以購買了一條并口轉(zhuǎn) USB 的線將其接電腦的并口轉(zhuǎn)為廣泛應(yīng)用的 USB 口，即可輕松的連接至電腦上。之后只需將上述裝置連接至電腦，就可調(diào)節(jié)和設(shè)置電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而以不同的轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)渦輪從而達(dá)到所需的效果。 渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì) 43 7 裝置不確定度分析 文章應(yīng)該分析試驗(yàn)存在的各類誤差，以提高小量程流量計(jì)的精度。其中包括有 1）動(dòng)態(tài)誤差 ： 主要為起止水柱沖力差 ； 起止水柱長度差 ； 2） 由于計(jì)時(shí)的開始和結(jié)束兩時(shí)刻必產(chǎn)生不同的滯后時(shí)間 , 形成慣性誤差。 3）秤的慣性誤差和不穩(wěn)定性誤差。 4）秤的性能不穩(wěn)定和流速的不穩(wěn)定 , 將對(duì)測(cè)量結(jié)果生隨機(jī)誤差。 5）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 6）擴(kuò)展不確定度等。 本文采用的是雙套量杯稱重容器，只要能保持流入液面的水頭高度一定，且流量流動(dòng)穩(wěn)定，則能保持在測(cè)量過程中，開始測(cè)量時(shí)產(chǎn)生 的流量動(dòng)態(tài)沖量至整個(gè)測(cè)量過程結(jié)束所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)沖量始終保持一致，則對(duì)實(shí)驗(yàn)稱重的過程基本不產(chǎn)生誤差影響。另一方面，傳統(tǒng)測(cè)量方法中還存在多收集一段液柱的問題，本文采用的雙套量杯和保持入水頭高度一定的裝置，在動(dòng)態(tài)質(zhì)量法的測(cè)量過程中，也是同樣保持了測(cè)量前后入水液注高度始終保持一致，則對(duì)實(shí)驗(yàn)基本不產(chǎn)生誤差?；诖耍疚幕窘鉀Q了傳統(tǒng)測(cè)量動(dòng)態(tài)誤差較大的問題。 現(xiàn)行的液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程中，采用對(duì)計(jì)時(shí)器進(jìn)行直接檢定，并分析其不確定度的方法。按使用情況連接計(jì)時(shí)器和標(biāo)準(zhǔn)計(jì)時(shí)器，使二者同步進(jìn)行啟、停計(jì) 時(shí)。以裝置使用的最短測(cè)量時(shí)間為時(shí)間間隔，啟、停計(jì)時(shí)器，讀取標(biāo)準(zhǔn)計(jì)時(shí)器的數(shù)值差和計(jì)時(shí)器的數(shù)值差，完成 1次檢定。重復(fù)進(jìn)行 n(n≥ 10)次檢定。 第 i次差值 0ttt ii ??? （ ） 平均值： ?? ??? ni itn 11t （ ） A類相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度： 渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝 置及測(cè)量電路設(shè)計(jì) 44? ?%100112112m i n1 ????????????????????ntttuniiA （ ） B類相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度： %1002m in1 ???ttuB （ ） 在使用量限內(nèi)取 10個(gè)均勻分布點(diǎn) (j=l， 2， ?， m； m≥ 10)。用標(biāo)準(zhǔn)砝碼從 j=l逐步加載到 j=m，完成一次檢定；再從 j=m逐步卸載到 j=l，完成第二次檢定。分別記錄各點(diǎn)的加載及卸載質(zhì)量和電子秤的讀數(shù)。重復(fù)進(jìn)行 n(n≥ 10)次檢定。 負(fù)載為 0m Rj ? 的第 j點(diǎn)第 i次檢定差值： ?? ??? ni imnm 11 （ ） 第 j 點(diǎn)單次測(cè)量 A類相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度： ? ?%1 0 011211202 ?????????????????????nmmRmuniijjA （ ） 第 j 點(diǎn) B 類相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度： ? ? %1002 0B 2j ???? Rm mu j （ ） A類相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度： ? ?m ax2A2 jAuu ? （ ） B類相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度： ? ?m ax2B2 jBuu ? （ ） 渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì) 45 質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為： ? ? % 2123222124232221 ???????? BBBAAAAr uuuuuuu （ ） 質(zhì)量法液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的擴(kuò)展不確定度為： ? ?2% ??? kkuU r （ ） 渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝 置及測(cè)量電路設(shè)計(jì) 46 8 總結(jié) 本文主要完成了以下 工作： 1． 基于對(duì)微小液體流量的測(cè)量，本文設(shè)計(jì)了切向渦輪流量計(jì)。切向渦輪流量計(jì)主要包括切向渦輪流量傳感器和數(shù)字顯示儀表，本文主要設(shè)計(jì)了切向渦輪 以及其中的傳感器后的測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換電路還有驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)的安裝。切向渦輪 主要由殼體、蓋子、軸、軸承和葉輪組成 。傳感器后的測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)則包括電路仿真和 PCB 設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)渦輪的步進(jìn)電機(jī)則包括并口卡、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器。 2． 根據(jù)傳統(tǒng)的液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，本文分析了靜態(tài)質(zhì)量法和動(dòng)態(tài)測(cè)量法測(cè)量裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定并選擇了動(dòng)態(tài)質(zhì)量法測(cè)量裝置。采用該系統(tǒng)，能達(dá)到結(jié) 構(gòu)簡單、操作方便、連續(xù)性強(qiáng)、試驗(yàn)精度高等優(yōu)點(diǎn)。 3． 對(duì)本文采用的動(dòng)態(tài)質(zhì)量法標(biāo)定裝置做了合理可行的改進(jìn)。主要對(duì)穩(wěn)壓溢流堰、稱重容器和稱重儀器進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母难b與選用。對(duì)穩(wěn)壓溢流堰，采用添加隔板的辦法，可使溢流液體循環(huán)到液體源中，可減少能源的浪費(fèi)；再是改進(jìn)了該裝置，使其可以調(diào)節(jié)高度，在測(cè)量過程中可以簡單方便有效快速的實(shí)現(xiàn)控制流量的變化。對(duì)稱重容器，本文提出了兩種改進(jìn)方案，一種是采用多級(jí)擋板，逐級(jí)減小流體下落時(shí)的沖量；另一種是采用雙套量杯，可以有效測(cè)量，基本沒有沖量引起的誤差。本文選用了第二種方案，雙套量杯裝置。只要 能保持流量相對(duì)穩(wěn)定，則可在實(shí)驗(yàn)過程中控制水頭不變，從而保證測(cè)量過程中沖量始終保持一致及測(cè)量過程中避免了多收集一段液柱，對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量基本不帶來誤差。從而有效解決了傳統(tǒng)稱重容器都不可避免的動(dòng)態(tài)沖量所帶來的誤差，及實(shí)驗(yàn)多收集了一段液柱的問題。最后是改進(jìn)了測(cè)量裝置，放棄了傳統(tǒng)的杠桿式天平，而是采用了測(cè)量精度更高，操作更簡單方便的電子天平。以上對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)的改進(jìn)在很大程度上減小的測(cè)量誤差，對(duì)高精度的測(cè)量帶來很大的好處。 4． 根據(jù)設(shè)計(jì)的切向渦輪流量計(jì)，對(duì)液體流量進(jìn)行標(biāo)定。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)量原理，用動(dòng)態(tài)質(zhì)量法可求出流經(jīng)流量計(jì)的質(zhì)量流 量，然后根據(jù)切向渦輪流量計(jì)傳感器可測(cè)得在該質(zhì)量流量下的葉輪的轉(zhuǎn)速，從而根據(jù)多次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，最終完成流量計(jì)的設(shè)計(jì)。 5． 根據(jù)所設(shè)計(jì)的傳感器后的信號(hào)調(diào)理電路，可將由于渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)感應(yīng)出的正弦波，轉(zhuǎn)變?yōu)橐子谧R(shí)別的方波信號(hào)，從而電腦可識(shí)別。而這一過程需要經(jīng)過軟件的仿真電路測(cè)渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝置及測(cè)量電路設(shè)計(jì) 47 試，以及 PCB設(shè)計(jì)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)渦輪，從而更加有利于本課題的研究。 6． 對(duì)整個(gè)試驗(yàn)過程進(jìn)行了誤差分析，包括有計(jì)時(shí)器誤差、電子天平不確定度、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度、擴(kuò)展不確定度等方面的誤差。 渦輪流量計(jì)標(biāo)定裝 置及測(cè)量電路設(shè)計(jì) 48參考文獻(xiàn) [1] 孫恒 ,陳作?！稒C(jī)械原理》 .北京 .高等教 育出版社 .2021 [2] 濮良貴 ,紀(jì)名鋼《機(jī)械設(shè)計(jì)》 .北京 .高等教育出版社 .2021 [3] 航空材料手冊(cè)編委會(huì)《中國航空材料手冊(cè)》 .中國標(biāo)準(zhǔn)出版社 . [4] 劉常滿，《熱工檢測(cè)技術(shù)》 .北京：中國計(jì)量出版社， [5] 航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)總編委會(huì)《航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》 .航空工業(yè)出版 社 . [6] 蔡昌武，應(yīng)啟戛《新型流量檢測(cè)儀表》 .化學(xué)工業(yè)出版社 [7] （《淺談我國流量測(cè)量研究的現(xiàn)