【導(dǎo)讀】（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。學(xué)校給定的課題中選定這一課題。工作效率的提高和工作質(zhì)量的保證。出廠的風(fēng)機(jī)性能能否達(dá)到樣本數(shù)。度低、手段落后等缺點(diǎn)。向自動(dòng)化測(cè)試轉(zhuǎn)變。計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)試儀器技術(shù)的結(jié)合，使人類研發(fā)。出了一種新的測(cè)試儀器—虛擬儀器。件LabVIEW構(gòu)建風(fēng)機(jī)性能遠(yuǎn)程測(cè)試系統(tǒng)的方案。②熟練風(fēng)機(jī)性能測(cè)試的原理和方法、風(fēng)機(jī)性能曲線的繪制原理。④掌握虛擬測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程和總體結(jié)構(gòu)。風(fēng)機(jī)技術(shù)生產(chǎn)和研究的主要環(huán)節(jié)是風(fēng)機(jī)性能檢測(cè)的試驗(yàn)。目前，現(xiàn)代風(fēng)機(jī)性能測(cè)試正從人工測(cè)試向自動(dòng)化測(cè)試。種可以利用計(jì)算機(jī)資源，并由用戶設(shè)計(jì)其功能的具有一系列虛擬面板的儀器系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，本文提出了利用NI公司開(kāi)發(fā)軟。本文主要分為三部分。第一部分介紹了虛擬儀器的特點(diǎn)、組成、概念以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)技。要求對(duì)傳感器、風(fēng)機(jī)工作環(huán)境、旋轉(zhuǎn)擋板和數(shù)據(jù)采集卡等進(jìn)行了選型，設(shè)計(jì)了信號(hào)調(diào)理電路；系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行討論和研究。

　　

【正文】 軟件在虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用，但仍離不開(kāi)硬件設(shè)備，對(duì)數(shù)據(jù)的輸入輸出，系統(tǒng)硬件設(shè)備組成部分是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的基礎(chǔ)。針對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)， 本文采用 PCDAQ 測(cè)試系統(tǒng)，本 PCDAQ 測(cè)試系統(tǒng)的硬件主要包括風(fēng)機(jī)及配套附件、流量調(diào)節(jié)裝置、步進(jìn)電機(jī)傳感器 、 數(shù)據(jù)采集卡 、 信號(hào)調(diào)理電路和通用計(jì)算機(jī)（ PC 機(jī)）等，主要完 成風(fēng)機(jī)工況的調(diào)節(jié)和風(fēng)機(jī)各性能參數(shù)的采集等工作。虛擬測(cè)試系統(tǒng)的硬件組成如圖 所示。 大氣溫度、濕度、壓力 鍵盤 圖 虛擬測(cè)試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 在該系統(tǒng)中，試驗(yàn)的 結(jié)構(gòu) 參數(shù)、 環(huán)境 參數(shù)以及一些初始參數(shù)由用戶設(shè)置并保存以待查看和調(diào)用。各個(gè)傳感器檢測(cè)各路試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)理電路后由 DAQ 卡傳入到計(jì)算機(jī)中，系統(tǒng)軟件對(duì)各采集信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，將其作為風(fēng)機(jī)性能參數(shù)保存下來(lái)。當(dāng)用戶發(fā)出指令改變風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況時(shí)，由工況調(diào)節(jié)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。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)性能曲線。 風(fēng)機(jī)工況調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì) 風(fēng)機(jī)性能試驗(yàn)是在一定轉(zhuǎn)速下改變風(fēng)機(jī)工況，即在改變風(fēng)管中氣流流量的情況下進(jìn)行的，是通過(guò)測(cè)量出多個(gè)工況點(diǎn)的參數(shù)而繪制 出風(fēng)機(jī)的性能曲線。本系統(tǒng)采用自行設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)擋板裝置，在風(fēng)機(jī)進(jìn)口處安裝圓形擋板，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)圓形擋板旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)管進(jìn)口大小的變化，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)工況的調(diào)節(jié)。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為實(shí)現(xiàn)風(fēng)管進(jìn)口氣流流量的調(diào)節(jié)，即風(fēng)機(jī)工況的調(diào)節(jié)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)一旋轉(zhuǎn)擋板裝置。旋轉(zhuǎn)擋板的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 所示。在風(fēng)管進(jìn)口處安裝一圓形擋板，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)減速器帶動(dòng)圓形擋板的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)擋板與風(fēng)管進(jìn)口處孔隙的變化，即實(shí)現(xiàn)流量的變化。 風(fēng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái) 溫度傳感器 壓力傳感器 壓差變送器 扭矩傳感器 轉(zhuǎn)速傳感器 信號(hào)調(diào)理 DAQ卡 PC 機(jī) 打印 風(fēng)機(jī) 流量調(diào)節(jié) 減速器 步進(jìn)電機(jī) 電路板 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 1 減速器 2 風(fēng)管 3 圓形擋板 4 聯(lián)軸器 5 步進(jìn)電機(jī) 圖 旋轉(zhuǎn)擋板的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 風(fēng)機(jī)工況 調(diào)節(jié)的過(guò)程：風(fēng)機(jī)的工作流程如圖 所示，由 DAQ 卡上的脈沖輸出口輸出脈沖信號(hào)加于數(shù)字電路板，控制步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度、正反轉(zhuǎn)及步進(jìn)速度；數(shù)字電路板用于脈沖分配和步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng) ；將減速器加于步進(jìn)電機(jī)與旋轉(zhuǎn)擋板之間，用于防止風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中由于風(fēng)力過(guò)大使擋板產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)編程，控制脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)，當(dāng)用戶發(fā)出指令改變風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況時(shí)， PC 機(jī)通過(guò) DAQ 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)擋板的轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)由工況 1 到工況10 的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)了流量的調(diào)節(jié)，其旋轉(zhuǎn)擋板在各工況下的轉(zhuǎn)動(dòng)情況如圖 所示。 圖 旋轉(zhuǎn)擋板的工作流程 圖 圓形擋板各工況下的轉(zhuǎn)動(dòng)位置 步進(jìn)電機(jī)的控制 以上風(fēng)機(jī)工況的調(diào)節(jié)是利用圓形擋板旋轉(zhuǎn)不同的角度而實(shí)現(xiàn)氣流流量的調(diào)節(jié)，而擋板的旋轉(zhuǎn)角度是由步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制的。當(dāng)系統(tǒng)將一個(gè)電脈沖信號(hào)加到步進(jìn)電機(jī)定子繞組時(shí)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步；當(dāng)電脈沖按某一相序加到電機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)就等于電脈沖的個(gè)數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械位移的大??；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)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)。因此，改變電脈沖的頻率大小和通PC機(jī) DAQ 卡 電路板 步進(jìn)電機(jī) 減速器 旋轉(zhuǎn)擋板 電源 控制電路 驅(qū)動(dòng)電路 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 電相序，就可控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。 步進(jìn)電機(jī)的選擇 由于本系統(tǒng)是通過(guò)改變擋板的旋轉(zhuǎn)角度來(lái)實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)的，所以精度要求不是很高。步進(jìn)電機(jī)的選擇一般由步距角、靜力矩及電流三大要素來(lái)決定 [11,12]。步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是步距角固定，目前步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有 0. 36176。/0. 72176。（五相電機(jī)）、 0. 9176。/1. 8176。（二、四相電機(jī) ）、 1. 5176。/3 176。（三相電機(jī)），由于精度要求不高，本系統(tǒng)選用 1. 5176。的步進(jìn)電機(jī)。本流量調(diào)節(jié)裝置中負(fù)載為減速器和旋轉(zhuǎn)擋板，轉(zhuǎn)矩在 ~10Nm 之間。根據(jù)實(shí)際要求，選擇電流為 的電機(jī)。電機(jī)的工作方式有三拍和六拍，由其頻率特性知道六拍的頻率特性好過(guò)三拍的。綜合各方面因素，本系統(tǒng)選用三相六拍反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其型號(hào)為 75BF003，其參數(shù)如表 41 所示。 表 41 步進(jìn)電機(jī)的參數(shù) 相數(shù) 步距角 電壓 電流 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 3 176。 30V 系統(tǒng)測(cè)試的 內(nèi)容與方法 靜壓的測(cè)量 測(cè)量風(fēng)機(jī)的靜壓，一般是在風(fēng)管的橫截面上垂直開(kāi)設(shè)靜壓孔，本文采用 DD/2 取壓法 （此取壓法本文暫不做具體介紹） ，上游取壓管位于距節(jié)流件前端面 1D177。 處，下游取壓管中心位于距節(jié)流件前端面 D/2177。 處。由于流體的慣性很大，常用的 “氣動(dòng)測(cè)壓 ”方法不能測(cè)量隨著時(shí)間快速變化的壓力值。在電機(jī)啟動(dòng)、加力時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生壓力值變化很大的壓力，這是一種非周期變化的壓力。只能依靠壓力傳感器才有可能測(cè)量這些壓力。 流量的測(cè)量 在流量測(cè)量領(lǐng)域里，差壓式流量計(jì)的使用一 直居首位。差壓式流量計(jì)是利用伯努利方程原理來(lái)測(cè)量流量的儀表。差壓式流量計(jì)通常由能將流體流量轉(zhuǎn)換成差壓信號(hào)的節(jié)流裝置和測(cè)量差壓并顯示流量的差壓計(jì)（差壓變送器）組成。它包括節(jié)流式流量計(jì)、均速管流量計(jì)等，其中，節(jié)流式流量是一類系列化和標(biāo)準(zhǔn)化、種類繁多、應(yīng)用極廣的流量?jī)x表 [13]。它的節(jié)流裝置已標(biāo)準(zhǔn)化，如標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、文丘里管等。 測(cè)量原理 節(jié)流裝置是一種放置在流體管道內(nèi)，使流體造成局部收縮的一種部件，如收縮噴嘴，孔板與文丘利管等，當(dāng)流體流過(guò)節(jié)流裝置時(shí)，伴隨著流束的收縮，流體的平均速度增大 ，靜壓不斷下降，在最小截面處，速度最高，壓力最低，且流體體積流量和壓力差的平方根成正比。 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。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。能量守恒方程即理想流體的伯努力方程式 [14]： gvrpgvrp 22222211 ????? （ ） 其中 ： p1和 p2和分別為截面 F1(II)和 F2(IIII)上的靜壓力 ； vl和 v2’為截面 F1和 F2處的平全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 均流 ； r 為流體的重度 ； g 為重力加速度。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 2211 VFVF ? () 式 ()即為不可壓縮流體的質(zhì)量守恒方程。流束的最小截面 F2 由節(jié)流裝置的開(kāi) 孔面積 00 UfF? () 其中 u 為流束的收縮系數(shù)。它的大小和節(jié)流裝置的形式有關(guān)。將式 ()代入 ()有 1021 *FFvv ??? () 令10FFm? 為溫度為 t1 時(shí)，開(kāi)孔面積和管道截面積之比 ?? 21 mvv ? （ ）代入（ ）式得 ?????? ??????? 21222 21 1 pprgmv ? （ ） 在推導(dǎo)式 ()中，壓力 ?1p 和 ?2p 均取 F1和 F2處流束的平均壓力，而在實(shí)際 測(cè)量中，經(jīng)常取節(jié)流裝置前后端面處的壓力即 p1和 p2。其次，在推導(dǎo)方程中，沒(méi)有考慮流體的摩擦 ， 為此引入系數(shù) ξ 對(duì) v2進(jìn)行修正，這樣 ? ?212222 21 1 pprgmvv ?????? ??? () 被測(cè)流體流過(guò)節(jié)流裝置的體積流量為 ? ?212202022 21 pprgmFFvFvQ ?????? ???? () 令221 m?????? ， 稱為流量系數(shù)，代入（ ）得 ? ?210 2 PPrgFQ ??? （ ） 式 49 為不可壓縮流體流過(guò)節(jié)流裝置的體積流量方程式。式中各字母代表物理量如下所示 ： F0： 節(jié)流裝置的工作開(kāi)孔面積。 g= 米 /秒 ： 重力加速度。 R： 不可壓縮流體的重度。 ? P=p1一 P2： 節(jié)流裝置前后的壓力差。 ? ： 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全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 關(guān)，是一個(gè)實(shí)驗(yàn)確定的系數(shù)。 當(dāng)測(cè)量氣體和蒸汽的流量時(shí)，流體流過(guò)節(jié)流裝置，伴隨壓力的變化，介質(zhì)的重度將發(fā)生變化，因此不可壓縮的假設(shè)不成立，這時(shí)，可以從可壓縮流體的泊努力方程 (能量 )方程和質(zhì)量守恒方程，利用推導(dǎo)不可壓縮流體流量方程類似的方法求出可壓縮流體的流量方程式。 在推導(dǎo)過(guò)程中引入可壓縮介質(zhì)的膨脹系數(shù) ξ，則可壓縮流體的流量方程可表示為 ： ? ?210 2 pprgFQ ???? () 所以在本測(cè)試系統(tǒng)中，通過(guò)壓差變送器測(cè)量出節(jié)流孔板兩端的壓差，即可根據(jù)式 ()計(jì)算出流量的數(shù)值。 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 目前，對(duì)不同的節(jié)流裝置其取壓方式不同。即取壓孔在節(jié)流裝置前后的位置不同，即使在同一位置上，為 了達(dá)到壓力均衡，也采用不同的方法。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，每種節(jié)流元件的取壓方式有明確規(guī)定。對(duì)孔板裝置，目前國(guó)際上通常采用的取壓方式有五種 ： 角接取壓法、理論取壓法、徑距取壓法、法蘭取壓法，并將它規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)孔板的取壓方法。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。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。其中用于法蘭取壓的取壓法蘭由帶取壓孔的兩個(gè)法蘭組成?？讖?b，實(shí)際尺寸為 6~12 毫米。取壓孔軸線距離節(jié)流件前后端面為 毫米。節(jié)流裝置的測(cè)量精度，除其 本身的加工精度、取壓方式及取壓裝置之外，它還與流徑的流束擾動(dòng)情況有關(guān)，因此通常要求節(jié)流裝置前后都應(yīng)有分別為 10 倍于管道直徑和 5 倍于管道直徑的直管段，他們主要起整流作用，消除管內(nèi)水力部件對(duì)流束造成的擾動(dòng)，使測(cè)量可靠。 檢測(cè)裝置 由以上論述看出，通過(guò)孔板的流體的流量與孔板兩端的壓力差的平方根成正比。本試驗(yàn)裝置中，此壓差信號(hào)由壓差式變送器測(cè)量。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（ 70~80%）。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) 4~20 mA(或 l~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。差壓式節(jié)流裝置的特點(diǎn)是 ： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，適應(yīng)能力強(qiáng)，幾乎能測(cè)量各種工作狀態(tài) (包括高溫、高壓 )下的流量。 本系統(tǒng)采用壓差變送器 BC69，其技術(shù)指標(biāo)如表 42 所示。 表 42 壓差傳感器的技術(shù)指標(biāo) 量程 供電 輸出 精度 允許過(guò)載 0~5000Pa 24VDC 0~5V +()%FS 300%FS 變送器接線方式為四芯航空插頭，三線制輸出。壓差變送器采用 24v 直流電源供電，輸出信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集板的模擬輸入通道進(jìn) 入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。 力傳感器用來(lái)測(cè)量管道的靜壓。壓力傳感器的種類繁多，本系統(tǒng)采用電容式微壓傳感器，其特點(diǎn)如下 ： 扭矩的測(cè)量 扭矩的測(cè)量用于計(jì)算風(fēng)機(jī)的軸功率和效率。電機(jī)轉(zhuǎn)矩測(cè)量設(shè)備和測(cè)試方法種類很多，就一全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 般中小型電機(jī)來(lái)說(shuō)，有機(jī)械測(cè)功機(jī)、