【導(dǎo)讀】傳感器從液壓回路中獲取壓力、流量信號，再由研華的數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行。試，從而得出系統(tǒng)所需的測試值。主要用到的虛擬儀器軟件就是LabVIEW，用到的采集?？ň褪茄腥A公司生產(chǎn)的PCL-818L。本次設(shè)計依托LabVIEW操作平臺組建了流量、壓力。并在此基礎(chǔ)上對實驗結(jié)果進(jìn)行了分析、討論。虛擬儀器在溢流閥性能測試上的開。發(fā)應(yīng)用，提高了實驗過程的自動化和智能化水平以及溢流閥性能的測試效率和精度。

　　

【正文】 之差就可以得到壓力振擺。 3) 至調(diào)壓范圍最高值時壓力偏移值：一分鐘內(nèi)應(yīng)不超過規(guī)定值。 在實驗過程中，當(dāng)調(diào)壓至調(diào)壓范圍最高值時，采集一組壓力數(shù)值，取出其中的最大值和最小值，計算出平均值，然后分別運(yùn)算最大值與平均值以及最小值與平均值之差，這兩個差值中較大的一個即為壓力偏移。 (2) 卸荷壓力及壓力損失 1)卸荷壓力：被測閥的遠(yuǎn)程控制口與油箱直通，閥處在卸荷狀態(tài)，此時通過實驗流量下的壓力損失稱為卸荷壓力。卸荷壓力應(yīng)不超過規(guī)定值。實驗中可用二位二通電 磁閥，是被測閥處于卸荷狀態(tài)。 2)壓力損失 :被測閥的調(diào)壓手輪至全開位置，在實驗流量下被測閥進(jìn)出油口的壓力差即為壓力損失，其值應(yīng)不超過規(guī)定值。在測控系統(tǒng)中，壓力損失可以直xxx 第 25 頁 共 52 頁 接采集到。 (3) 啟閉特性 1) 開啟壓力：被測閥調(diào)至調(diào)壓范圍最高值，且系統(tǒng)供油量為實驗流量時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力逐漸升壓，當(dāng)通過被測閥的溢流量為實驗流量 1%時的系統(tǒng)壓力成為被測閥的開啟壓力。 2) 閉合壓力：被測閥調(diào)至調(diào)壓范圍最高值，且系統(tǒng)供油量為實驗流量時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力逐漸降壓，當(dāng)通過被測閥的溢流量為實驗流量 1%的系統(tǒng)壓力值被稱為被測閥的閉合 壓力。 3) 根據(jù)測試開啟壓力與閉合壓力的數(shù)據(jù)，擬合出被測閥的啟閉特性曲線。 溢流閥的啟閉特性曲線如圖 。 圖 溢流閥的啟閉特性曲線 溢流閥動態(tài)特性實驗 (1) 溢流閥卸荷動態(tài)特性實驗： 溢流閥卸荷動態(tài)特性是指溢流量突然有減小的變化時，溢流閥所控制的壓力隨時間變化的過渡過程品質(zhì)，通常用三項指標(biāo)衡量。這三個指標(biāo)為 :壓力回升時間、卸荷時間、壓力超調(diào)量。 溢流閥卸荷動態(tài)特性實驗的液壓系統(tǒng)可以直接用溢流閥靜態(tài)特性實驗的液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)原理圖如圖 。 在溢流閥卸荷動態(tài)特性實驗過程 中，是通過對回路中一個電磁閥的控制，達(dá)到液壓回路中溢流量的突然的變化，而且這些突然的變化就是實驗需要采集的數(shù)據(jù)。因此，溢流閥卸荷動態(tài)特性實驗測控系統(tǒng)的主要模塊有電磁閥的控制模塊，在電磁閥動作前后的壓力的實時采集、顯示模塊，讀取數(shù)據(jù)模塊，打印模塊等。 xxx 第 26 頁 共 52 頁 (2) 溢流閥增荷動態(tài)特性實驗 溢流閥增荷動態(tài)特性實驗跟溢流閥卸荷動態(tài)特性實驗很相似，只是他們的狀態(tài)正好相反，卸荷是指溢流量突然減小，增荷則是指溢流量突然增加，因此，兩個實驗所用的液壓系統(tǒng)是同一個，僅是在測控程序上有些不同。 xxx 第 27 頁 共 52 頁 3 系統(tǒng)方案設(shè)計及選擇 方 案的設(shè)計 本次設(shè)計 需在 JSP04E 型液壓實驗臺 上搭建 由液壓泵、溢流閥、調(diào)壓閥組成的溢流閥性能測試系統(tǒng) ， 在圖形化編程語言 LabVIEW 環(huán)境下編寫 溢流閥 性能實驗 的 測試與控制過程的虛擬前面板及程序框圖，并在此基礎(chǔ)上 進(jìn)行 溢流閥靜態(tài)和動態(tài)性能分析 。 以往的實驗都是采用人工測量，繁瑣的手工操作，抽象的實驗過程，低的測試精度等方面的問題，已不能適應(yīng)現(xiàn)代新技術(shù)發(fā)展的需要，也不能滿足培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維的高科技人才的要求， 目前國內(nèi)各高校都在努力開發(fā)基于虛擬儀器的開放性 溢流閥性能測試系統(tǒng) 。 方案 1 采用 VISUAL BASIC（簡稱 VB）編程來實現(xiàn)，根據(jù) 溢流閥測試 系統(tǒng) 的 組成及其測試原理，整個計算機(jī)自動控制系統(tǒng)軟件由以下幾個大模塊組成 :初始化模塊、菜單模塊、測控和實時顯示模塊、數(shù)據(jù)采集及處理軟件模塊、執(zhí)行元件驅(qū)動模塊和文件管理模塊 .系統(tǒng)軟件初始化后，由菜單模塊將其余模塊聯(lián)系起來，其中，測控和實時顯示是整個 系統(tǒng)的核心部分，它包括鍵盤輸人操作、 A/D采樣、數(shù)據(jù)處理、 D/A 輸出、曲線顯示以及控制執(zhí)行元件 驅(qū)動信號等內(nèi)容 。 方案 2 采 用 研華 公司生產(chǎn)的 PCI818L 數(shù)據(jù)采集卡。利用 LabVIEW 編程 以實現(xiàn)相關(guān)的測試功 能。它具有測試精度高，測量速度快、操作方便、功能齊全等優(yōu)點，而且 LabVIEW 打破了以前比如像 C 語言、 C++、 VB 等編程方面存在的一些弊端， 它是一種全新的圖形化的編程語言，其編程更具人性化，更直觀明了。 LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering）是一種圖形化的編程語 言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制 軟件。 LabVIEW集成了與滿足 GPIB、 VXI、 RS232和 RS485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部 功能。 它還內(nèi)置了便于應(yīng)用 TCP/IP、xxx 第 28 頁 共 52 頁 ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。這是一個功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用 過程都生動有趣。 方案的選擇 上述兩種方案均可實現(xiàn)本次設(shè)計要求， VB 程序相比于 LabVIEW 不便于修改，雖然實現(xiàn)了數(shù)據(jù)顯示和可視化界面，但是編程相當(dāng)繁瑣，并且學(xué)習(xí)編程時間耗費過多，原有的程序在快速組合式全功能液壓教學(xué)實驗平臺上 對溢流閥 測量只能測靜態(tài)，對于動態(tài)的測量卻無法實現(xiàn)，而且測量誤差很大，精度不高； labview 編程既可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯 示和可視化界面，而且圖形化編程使得學(xué)習(xí)和修改變得簡單易行，精度要 VB要高的多。所以方案 2 依托 LabVIEW 代替了繁瑣的、抽象的 VB語言，與計算機(jī)實現(xiàn)有效連接。利用 LABVIEW 虛擬儀器開發(fā)平臺編制開發(fā)實驗流程控制軟件、數(shù)據(jù)處理軟件和實驗報告處理軟件，通過系統(tǒng)和程序的調(diào)試，使之更有效地完成液壓傳動課程所要求的設(shè)計性、創(chuàng)造性、綜合性，同時為一些研究性實驗提供更為人性化的服務(wù)。 通過比較，選擇方案 2 為本次畢業(yè)設(shè)計的最終方案。 xxx 第 29 頁 共 52 頁 4 溢流閥性能測試系統(tǒng) 的硬件設(shè)計 傳感器的選擇 傳感器作為信息采集系統(tǒng) 的前端單元，傳感器的作用非常重要。通常傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和信號調(diào)節(jié)電路三部分組成，其組成如圖 。傳感器是構(gòu)成測試系統(tǒng)最重要的硬件之一，其規(guī)格性能好壞對整個測試系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。 被測量 輸出量 非電量 電量 圖 傳感器組成示意圖 傳感器的主要性能指標(biāo)為：線性度、靈敏度、遲滯度、重復(fù)性與分辨率。因此，在選擇傳感器時，應(yīng)根據(jù)測試精度和工作狀況選擇其性能指標(biāo)。一般不必要所有的指標(biāo)都為最優(yōu)，應(yīng)在保證主要性能指標(biāo)滿足要求的前提下，優(yōu)先選用性能價格比合理的傳感器。下面將簡單介紹本次所涉 及的傳感器。 壓力傳感器 本系統(tǒng) 使 用中國航天科技集團(tuán)公司第七零一研究所生產(chǎn)的 AK－ 4 型壓力傳感器。 (1)用途：適用于各種動靜態(tài)，氣、液體介質(zhì)的壓力測量控制。 (2)特點： 1)具有零點、靈敏度調(diào)整功能，標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流信號輸出 2)精度高，性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)緊湊、安裝使用方便 3)根據(jù)用戶要求可提供各種螺紋接口 4)AK4a:普通型鋁外殼 AK4b:不銹鋼外殼 AK4c:密封型，全 O 圈密封，隔潮；全不銹鋼結(jié)構(gòu)，防腐 AK4F:數(shù)顯壓力變送器，直接顯示壓力數(shù)值，并具有變送功能 通道選擇 轉(zhuǎn)換元件 信號調(diào)節(jié) 輔助電源 xxx 第 30 頁 共 52 頁 (3)主要技 術(shù)指標(biāo) : 測量額定壓力在 0～ 10MPa 范圍內(nèi)，準(zhǔn)確度等級為 級，其具體參數(shù)如表 所示。 表 AK— 4壓力傳感器參數(shù)表 靜態(tài)性能參數(shù) 參數(shù)名稱 參數(shù)值 參數(shù)名稱 參數(shù)值 回程誤差 0． 05% 線性誤差 177。 % 重復(fù)性誤差 ％ 基本誤差 177。 % 滿量程輸出值 YF,S= 工作直線方程（最小二乘直線 YLS=a＋ bp） 參數(shù)名稱 參數(shù)值 參數(shù)名稱 參數(shù)值 參考零位 a＝－ 輸出靈敏度 b=工作溫度范圍 － 10～＋ 60℃ 電源電壓 工作介質(zhì) 蓖麻油 環(huán)境溫度 21℃ 環(huán)境濕度 34％ RH 流量傳感器 本系統(tǒng)采用天津儀表集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的 LWGY 型 渦輪 流量傳感器，精度高、體積小、安裝方便、工作可靠，適用于低粘度、一般腐蝕性的有機(jī)和無機(jī)液體介質(zhì)的流量和總量的測量。 (1)用途： LWGY 渦輪流量傳感器與顯示儀表配套組成渦輪流量計。傳感器具有精度高，重復(fù)性好，壽命長操作簡單等特點?？蓮V泛應(yīng)用于石油，化工，冶金，造紙等行業(yè)測量液體的體積瞬時流量和體積總量。 (2)特點： 1) 壓 力損失小，葉輪具有防腐功能。 2) 有較高抗電磁干擾和抗震動能力，性能可靠工作壽命長。 3) 采用先進(jìn)的超低功耗單片微機(jī)技術(shù)，整機(jī)功能強(qiáng)，功耗低，性能優(yōu)越。xxx 第 31 頁 共 52 頁 具有非線性精度補(bǔ)償功能的智能流量顯示器。修正公式精度優(yōu)于 177。% 。 4) 儀表系數(shù)可由按鍵在線設(shè)置，并可顯示在 LCD 屏上， LCD 屏直觀清晰，可靠性高。 5) 采用 EEPROM 對累積流量、儀表系數(shù)進(jìn)行掉電保護(hù)。保護(hù)時間大于 10年。 (3)主要技術(shù)指標(biāo)： 1)流量范圍： ~ m3 /h 2) 儀表系數(shù)： 1/L 3) 基本誤差：177。 % 4) 線 性 度：177。 % 5) 重 復(fù) 性：177。 % 6) 檢定介質(zhì)： 液體 7) 準(zhǔn)確度： 級、 級； (4) 使用條件： 1) 環(huán)境溫度 20℃ ～ 50℃ 。 2) 相對溫度： 5%～ 95%。 3) 被測介質(zhì)溫度： 20℃ ～ 120℃ 4) 大氣壓力： 86Kpa～ 106Kpa。 5) 防爆等級： ibⅡ BT4. 6) 信號傳輸距離：傳感器至顯示器的距離 1000m。 由于本次所選用的溢流閥的型號為 Y—D6B，其額定流量為 10MP，為了保證整個液壓系統(tǒng)能安全平穩(wěn)的運(yùn)行和工作，在此應(yīng)選擇合適的與之相匹配的液壓泵。結(jié)合我校的實際情況以及目前液壓實驗室狀況，另外又考慮到經(jīng)濟(jì)等各方面的原因。和指導(dǎo)老師商議后從實驗室現(xiàn)有的液壓泵當(dāng)中選擇了一款能基本上滿足和已選定溢流閥相匹配的泵。 本測控系統(tǒng)選用的各種傳感器及其相關(guān)參數(shù)如表 2— 1所示 : 表 2— 1 測控系統(tǒng)選用的傳感器及其相關(guān)參數(shù) 傳感器名稱 傳感器型號 測量范圍 電源電壓 輸出電壓 壓力傳感器 AK— 4 0~10MPa 24V 0~5VDC 流量傳感器 LWGY— 6 ~ /h 24V 12VDC xxx 第 32 頁 共 52 頁 數(shù)據(jù)采集卡的選擇 數(shù)據(jù)采集卡是測控系統(tǒng)中最重要的硬件，它不但要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，而且要負(fù)責(zé)相關(guān)實驗設(shè)備以及液壓回路的控制。數(shù)據(jù)采集卡的選擇主要看其采樣率(A/D 轉(zhuǎn)換的速率 )、分辨率、通道數(shù)、同步采樣、模擬輸入輸出、數(shù)字輸入輸出、觸發(fā)等相關(guān)的指標(biāo)。在本液壓實驗臺測控系統(tǒng)中，需要用到模擬輸入，數(shù)字輸入輸出等功能，還考慮到以后對測控系統(tǒng)的擴(kuò)展，經(jīng)過對多個公司生產(chǎn)的多款采集卡的比較篩選，又參考了實驗室的現(xiàn)有數(shù) 據(jù)采集設(shè)備結(jié)合我?，F(xiàn)在的實際情況，和指導(dǎo)老師商議后最終選用了 研華設(shè)計的 PCL818 采集卡 。 PCL818L的介紹 （ 1）概述 PCL818L 是 PCL818 系列中的入門級板卡。該卡可以提供要求低價位的用戶使用。除了采樣速率為 40KHz、以及只能接受雙極性輸入外，其他功能與PCL818HG/HD 完全相同，這樣您就可以無需更改硬件和軟件，就可以將應(yīng)用升級到高性能的數(shù)據(jù)采集卡上。 （ 2）自動通道增益 /掃描 PCL818 系列有一個自動通道增益 /掃描電路。該電路能替代軟件，控制采樣期間多路開關(guān)的 切換?？ㄉ系?SRAM 存儲了不同通道的增益值。這種組合能夠讓您對每個通道使用不同的增益，并使用 DMA數(shù)據(jù)傳輸功能來完成多通道的高速采樣（速度可達(dá) 100KHz）。 （ 3）板卡 ID 板卡 PCL818 系列板上有一個 DIP 功能開關(guān)用來設(shè)置板卡 ID。當(dāng)系統(tǒng)使用多個 PCL818 系列板卡時，這個功能是非常有用的，我們可以很容易的在硬件組態(tài)、軟件編程是區(qū)分和連接某個板卡。 （ 4）共有特點 1） 16 路單端或 8 路 差分 模擬量輸入 2） 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，可達(dá)到 100KHz 的采樣速率，帶 DMA 的自動通道 /增益掃描。 3） 每個輸入 通道的增益可編程，乘 、 4 或 8 4） 板上帶有一個 1K的采樣 FIFO（先入先出）緩沖器和可編程中斷 5） 軟件可選擇模擬量輸入范圍（ VDC） xxx 第 33 頁 共 52 頁 雙極性：177。 ,177。 ,177。 ,177。 5V,177。 10V 單極性： 0～ ， 0～ ， 0～ 5V， 0～ 10V （ 5）一般特性 PCL818L： 1） 功耗： +5V@210mA(典型 ),500mA(最大 ) +12v@20mA(典型 ),100mA(最大 ) 12v@20mA(典型 ),40mA(最大 ) 2） I/O 端口： 16 個連續(xù)字節(jié) 3） A/D、 D/A 端口： DB37 4） 尺寸 :155m