【正文】 出設(shè)定，一般雕刻機 4 5軸不用，所以不用打開，如有需要可以選擇打開！ 渦輪流量計標(biāo)定裝 置及測量電路設(shè)計 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)定使能所有電機使能接在一起，使能一般用的少，接這個要注意自己的驅(qū)動器低電平使能還是高電平使能！不同的使能電平對應(yīng)設(shè)置不同低電平使能時 應(yīng)該勾選，反之不夠選！ 渦輪流量計標(biāo)定裝置及測量電路設(shè)計 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，接下來在桌面上打開 然后選擇 Plasma 點 OK 即可進(jìn)入操作界面如圖 6— 15： 圖 6— 15 操作界面 渦輪流量計標(biāo)定裝 置及測量電路設(shè)計 38隨后點擊鍵盤上的 Tab 鍵即可出現(xiàn)如圖 6— 16 所示的操作圖： 圖 6— 16 啟動界面 此時點擊圖 6— 16右側(cè)的 X— 電動機就會以調(diào)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。 HYQD— 100兩項混合式步進(jìn)電機驅(qū)動器 圖 6— 17 HYQD— 100 兩項混合式步進(jìn)電機驅(qū)動器 (一）簡介： THB7128 是一款專業(yè)的兩相步進(jìn)電機驅(qū)動芯片。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現(xiàn)高性能、多細(xì)分、大電流的驅(qū)動電路。適合驅(qū)動 4 57 型兩相、四相混合式步進(jìn)電機。在低成本、低振動、小噪聲、高速度的設(shè)計中應(yīng)用效果較佳。 渦輪流量計標(biāo)定裝置及測量電路設(shè)計 39 （二）特色 （ 1）采用的是 7128 單芯片兩相正弦細(xì)分步進(jìn)電機驅(qū)動 (2)直接采用單脈沖和方向信號譯碼控制模式（ 3）雙全橋 MOSFET 驅(qū)動，低導(dǎo)通電阻 Ron 為 歐（ 4）可實現(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)動器無法正常工作，甚至是損壞。 為保證驅(qū)動器的正常工作，請選用優(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)不同檔位對應(yīng)不同大小的電流。（順時針調(diào)減小，逆時針增大）如圖 6— 13： 圖 6— 18 電流調(diào)節(jié)使用可調(diào)電阻圖 渦輪流量計標(biāo)定裝 置及測量電路設(shè)計 40 （ 3）關(guān)于電機的正反轉(zhuǎn)問題： 如果發(fā)現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)動方向與自己預(yù)想的方向不一致時，只需要把其中一相的兩根線互換接入即可。 （ 4）關(guān)于輸入信號接線： 輸入信號接口有兩種接法：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)動器內(nèi)部光藕 提供 8 到 15mA 的驅(qū)動電流。脈沖輸入信號通過 CP— 接入，方向信號通過 DIR— 接入，使能信號通過 EN— 接入（ EN— 為高電平時脫機）。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）：脈沖輸入信號通過 CP+接入，方向信號通過 DIR+接入，使能信號通過 EN+接入（ EN+為低電平時脫機）。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)于電機接線： 渦輪流量計標(biāo)定裝置及測量電路設(shè)計 41 可接兩相 4 線、 6 線、 8 線電機。如圖 6— 21： 圖 6— 21 電機接線圖 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。 接線時請斷開電源，電機接線需注意不要錯相，相內(nèi)相間短路，以免損壞驅(qū)動器。 電動機 本裝置所選用的電動機如圖 6— 22 所示： 圖 6— 22 電動機 裝置組裝效果圖 渦輪流量計標(biāo)定裝 置及測量電路設(shè)計 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)置電動機的轉(zhuǎn)速，從而以不同的轉(zhuǎn)速驅(qū)動渦輪從而達(dá)到所需的效果。 渦輪流量計標(biāo)定裝置及測量電路設(shè)計 43 7 裝置不確定度分析 文章應(yīng)該分析試驗存在的各類誤差，以提高小量程流量計的精度。其中包括有 1）動態(tài)誤差 ： 主要為起止水柱沖力差 ； 起止水柱長度差 ； 2） 由于計時的開始和結(jié)束兩時刻必產(chǎn)生不同的滯后時間 , 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 , 將對測量結(jié)果生隨機誤差。 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，且流量流動穩(wěn)定，則能保持在測量過程中，開始測量時產(chǎn)生 的流量動態(tài)沖量至整個測量過程結(jié)束所產(chǎn)生的動態(tài)沖量始終保持一致，則對實驗稱重的過程基本不產(chǎn)生誤差影響。另一方面，傳統(tǒng)測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，在動態(tài)質(zhì)量法的測量過程中，也是同樣保持了測量前后入水液注高度始終保持一致，則對實驗基本不產(chǎn)生誤差?；诖耍疚幕窘鉀Q了傳統(tǒng)測量動態(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，采用對計時器進(jìn)行直接檢定，并分析其不確定度的方法。按使用情況連接計時器和標(biāo)準(zhǔn)計時器，使二者同步進(jìn)行啟、停計 時。以裝置使用的最短測量時間為時間間隔，啟、停計時器，讀取標(biāo)準(zhǔn)計時器的數(shù)值差和計時器的數(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類相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度： 渦輪流量計標(biāo)定裝 置及測量電路設(shè)計 44? ?%100112112m i n1 ????????????????????ntttuniiA （ ） B類相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度： %1002m in1 ???ttuB （ ） 在使用量限內(nèi)取 10個均勻分布點 (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點第 i次檢定差值： ?? ??? ni imnm 11 （ ） 第 j 點單次測量 A類相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度： ? ?%1 0 011211202 ?????????????????????nmmRmuniijjA （ ） 第 j 點 B 類相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度： ? ? %1002 0B 2j ???? Rm mu j （ ） A類相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度： ? ?m ax2A2 jAuu ? （ ） B類相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度： ? ?m ax2B2 jBuu ? （ ） 渦輪流量計標(biāo)定裝置及測量電路設(shè)計 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 （ ） 渦輪流量計標(biāo)定裝 置及測量電路設(shè)計 46 8 總結(jié) 本文主要完成了以下 工作： 1． 基于對微小液體流量的測量，本文設(shè)計了切向渦輪流量計。切向渦輪流量計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)計了切向渦輪 以及其中的傳感器后的測量信號轉(zhuǎn)換電路還有驅(qū)動渦輪轉(zhuǎn)動的步進(jìn)電機的安裝。切向渦輪 主要由殼體、蓋子、軸、軸承和葉輪組成 。傳感器后的測量信號轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計則包括電路仿真和 PCB 設(shè)計，驅(qū)動渦輪的步進(jìn)電機則包括并口卡、電動機、電動機驅(qū)動控制器。 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)量法和動態(tài)測量法測量裝置的優(yōu)缺點，最終確定并選擇了動態(tài)質(zhì)量法測量裝置。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、試驗精度高等優(yōu)點。 3． 對本文采用的動態(tài)質(zhì)量法標(biāo)定裝置做了合理可行的改進(jìn)。主要對穩(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；再是改進(jìn)了該裝置，使其可以調(diào)節(jié)高度，在測量過程中可以簡單方便有效快速的實現(xiàn)控制流量的變化。對稱重容器，本文提出了兩種改進(jìn)方案，一種是采用多級擋板，逐級減小流體下落時的沖量；另一種是采用雙套量杯，可以有效測量，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 能保持流量相對穩(wěn)定，則可在實驗過程中控制水頭不變，從而保證測量過程中沖量始終保持一致及測量過程中避免了多收集一段液柱，對實驗測量基本不帶來誤差。從而有效解決了傳統(tǒng)稱重容器都不可避免的動態(tài)沖量所帶來的誤差，及實驗多收集了一段液柱的問題。最后是改進(jìn)了測量裝置，放棄了傳統(tǒng)的杠桿式天平，而是采用了測量精度更高，操作更簡單方便的電子天平。以上對試驗系統(tǒng)的改進(jìn)在很大程度上減小的測量誤差，對高精度的測量帶來很大的好處。 4． 根據(jù)設(shè)計的切向渦輪流量計，對液體流量進(jìn)行標(biāo)定。根據(jù)試驗測量原理，用動態(tài)質(zhì)量法可求出流經(jīng)流量計的質(zhì)量流 量，然后根據(jù)切向渦輪流量計傳感器可測得在該質(zhì)量流量下的葉輪的轉(zhuǎn)速，從而根據(jù)多次實驗數(shù)據(jù)，對流量計進(jìn)行標(biāo)定，最終完成流量計的設(shè)計。 5． 根據(jù)所設(shè)計的傳感器后的信號調(diào)理電路，可將由于渦輪轉(zhuǎn)動感應(yīng)出的正弦波，轉(zhuǎn)變?yōu)橐子谧R別的方波信號，從而電腦可識別。而這一過程需要經(jīng)過軟件的仿真電路測渦輪流量計標(biāo)定裝置及測量電路設(shè)計 47 試，以及 PCB設(shè)計。步進(jìn)電機驅(qū)動裝置驅(qū)動渦輪，從而更加有利于本課題的研究。 6． 對整個試驗過程進(jìn)行了誤差分析，包括有計時器誤差、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。 渦輪流量計標(biāo)定裝 置及測量電路設(shè)計 48參考文獻(xiàn) [1] 孫恒 ,陳作?！稒C械原理》 .北京 .高等教 育出版社 .2021 [2] 濮良貴 ,紀(jì)名鋼《機械設(shè)計》 .北京 .高等教育出版社 .2021 [3] 航空材料手冊編委會《中國航空材料手冊》 .中國標(biāo)準(zhǔn)出版社 . 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