【正文】 AD 模塊的接線 經(jīng)變送器輸出的電壓或電流信號為標準信號 . 一般電壓 0～ 5V 電流 4～ 2。在水泵試驗中，試驗回路正確與否對試驗能否正常和順利地完成起著決定性的作用。 監(jiān)控模塊 監(jiān)控模塊就是對系統(tǒng)各個部分的狀態(tài)進行監(jiān)控。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分為兩部分：模擬量信號 采集和數(shù)字量信號采集。本系統(tǒng)通過對來自對來自數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)的計算、分析和處理，又 D/A 或 I/O 模塊向系統(tǒng)中的各個控制器件和電控開關發(fā)出控制信號，實時調(diào)整系統(tǒng)的狀態(tài)和參數(shù)，使系統(tǒng)嚴格按照要求自動完成試驗項目的操作。 通訊模塊 通訊模塊的基本功能是要保證試驗過程中試驗數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和準確性，這樣才能既發(fā)揮 PLC 控制精度高和抗干擾能力強的特點，又能充分利用工控機良 好的數(shù)據(jù)分析安徽理工大學 畢業(yè)設計 38 和處理能力；系統(tǒng)采用了 RS232 通訊模塊來保證數(shù)據(jù)傳輸通道的正常運行。 附件的選取 FX2N4A/D 作為模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。主要由 CPU、存儲器和輸入、輸出設備組成。 %FS 負載電阻： 250 Ω 環(huán)境溫度：－ 25～ 75℃ 溫度影響系數(shù)：δ≤ %/℃ 安裝方式：螺紋連接 實物圖如下： 安徽理工大學 畢業(yè)設計 35 水泵效率的 計算 水泵效率是指水泵的有效功率與軸功率之比值，用符號印表示。該產(chǎn)品具有精度高、功耗低、穩(wěn)定性好的 特點，作為新一代測溫儀表已廣泛用于石油、化工、冶金 、輕工、造紙、紡織、食品、制藥、電力、國防等領 域，實現(xiàn)對液體、氣體、蒸汽等的溫度測量和控制。 溫度傳感器 根據(jù)實驗的條件及其他傳感器的工作要求，本次試驗選用上海龍瑞斯電子公司生產(chǎn)的型號為 3140WB2A80B1L1000 的溫度傳感器。 實物如圖 48 所示 主要技術參數(shù) : 1 工作電壓 :5— 24V 2 測量范圍 :0— 20KHz 3 測速齒輪形式 :模數(shù) 2— 4(漸開線齒輪 ) 安徽理工大學 畢業(yè)設計 34 4 輸出信號 :方波 ,其峰值等于工作電壓幅度 ,與轉(zhuǎn)速無關 ,最大輸出電流 20mA 5 工作溫度 :30+1300C 6 螺紋規(guī)格 :Φ 16 傳感器 (M16x1) (2) 測量方法 對于轉(zhuǎn)速的測量 ,我們設計采用了 T 法則 .因為即使用在變速情況下 ,我們的變速范圍在 60%100%的電動機額定轉(zhuǎn)速 ,也即約為 30— ,確認脈沖 的個數(shù) ,然后根據(jù)脈沖的多少除以時間 ,求得轉(zhuǎn)速 . 在使用數(shù)字量輸出式霍爾傳感器時 ,可能出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速誤差 ,是由采集數(shù)據(jù)時開始和結束時采集間隔造成的 .因為 ,程序進入采樣 ,是由第一個下降沿來觸發(fā)的 ,在尋找第一個下降沿時 ,可能會出現(xiàn)最大一個采樣間隔的時間滯后 .同樣 ,在所需采樣完成時 ,也是計算最后脈沖的下降沿 ,這時也有可能產(chǎn)生最大一個采巖間隔的時間滯后 .這些時間滯后會給尖酸帶來誤差 ,并且這一誤差隨采樣頻率的增大而減小 .按2020S/s 采樣頻率計算 .100 個周期在 50Hz 轉(zhuǎn)速情況下誤差為 ， ， 在這一程 序的設置中此誤差約為 ,因此對于 B 級測量儀表誤差為177。 其中 ， n 為 N 型半導體的電子濃度 ,即單位體積中的電子數(shù) 。 電 壓傳感器是將電壓轉(zhuǎn)化為標準的直流電壓 (05V),其主要技術指標如下 : 表 42 WBV412S1 的電壓傳感 器 精度等級 測量電壓 隔離耐壓 輸入頻響 供電電壓 輸入電流 輸出電流 0380V ,1分鐘 25Hz5kHz +12V 0120％標稱輸入 05mA . 接線采用端子連接方式 ,二線制電壓輸出 ,連接方式如圖 45 所示 .輸出信號經(jīng)調(diào)理通過單片機模擬通道進入計算機進行處理 . 安徽理工大學 畢業(yè)設計 30 信號調(diào)理板端子電壓量傳感器端子 圖 45 電壓傳感器接線 電機轉(zhuǎn)速的測量 轉(zhuǎn)速 n:轉(zhuǎn)速是指泵軸 (葉輪 )每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù) ,常用轉(zhuǎn) /分鐘 (r/min)為單位表示 .水泵的額定轉(zhuǎn)速 ,一般為 485,970,1450,2900 轉(zhuǎn) /分鐘 .水泵的額定轉(zhuǎn)速、實際達到的轉(zhuǎn)速的高低對泵的出水量、揚程、軸功率都有直接影響 .這是水泵性能中一個很重要的指標 .水泵轉(zhuǎn)速改變后 ,出水量、揚程和軸功率都隨之改變 . 轉(zhuǎn)速的測量有多種測量設備 ,可以分為光電式 ,感應式 ,磁電式等 .在對水泵電動機轉(zhuǎn)速測量過程中 ,我們分析比較了 ○1紅外光電傳感器測量法 ○2感應線圈測量法 ○3霍爾傳感器測量法 第一種方法即紅外光電傳感器測量法 :在用這種方法時 ,又是測量的轉(zhuǎn)速并不準確 ,主要是由于環(huán)境干擾 ,紙片邊沿抖動以及傳感器的感應問題 .采用紅外光電傳感器測轉(zhuǎn)速必須用較高精度的傳感器和采取抗干擾措施 .由于我們試驗室條件有限 ,使用的傳感器精度較低 ,存在干擾因素而且不容易去除 ,作為轉(zhuǎn)速測量 ,特別是較高轉(zhuǎn)速的測量 ,并安徽理工大學 畢業(yè)設計 31 不是很理想的方法 . 第二種方法即感應線圈測量法 :這種方法也有一定的局限性 ,主要在于需要測量的轉(zhuǎn)自電流頻太低 ,一般情況下在 1Hz 左右 ,其感應出來的電流十分微弱 ,以至于如果線圈不是感應能力足夠強 ,會 出現(xiàn)被噪聲淹沒的現(xiàn)象 .即使是不被淹沒 ,也需要很多倍數(shù)的放大 ,這樣又使得噪聲信號同比放大 ,將其淹沒 ,因此在放大的同時 ,還不得不采用低同濾波 ,對噪聲抑制 ,提高信噪比 .并且由于電路本身也會出現(xiàn)噪聲 ,在這么高的放大情況下 ,調(diào)節(jié)十分困難 .從以上分析可以看出 ,使用感應線圈來測量轉(zhuǎn)速時對屏蔽和抗干擾的要求比較高 ,需要多次試驗來達到最佳狀態(tài) . 本系統(tǒng)采用的磁電式數(shù)字量霍爾傳感器測量轉(zhuǎn)速 .在傳感器內(nèi)用稀土磁鋼給霍爾器件建立初始磁場 ,當鐵磁齒經(jīng)過霍爾期間前方時 ,引起該磁場發(fā)生變化 ,霍爾期間檢測到這一變化 ,并轉(zhuǎn)換成一個交變信號 ,傳感器內(nèi)置電路對該信號進行放大 ,整形 ,輸出良好的矩形脈沖信號 ,測量頻率范圍更寬 ,輸出信號更精確穩(wěn)定 ,已在工業(yè) ,汽車 ,航空等領域中得到廣泛的應用 .每一轉(zhuǎn)速產(chǎn)生一次脈沖 ,通過脈沖計數(shù)測得轉(zhuǎn)速 .由于在使用環(huán)境中 ,其磁場的影響很小 ,周圍并沒有很大的磁場的變化 ,并且霍爾傳感器輸出的是數(shù)字量 ,只有達到七開門磁場強度 ,其輸出才會放生變化 ,這就保證了良好的抗干擾性能 ,在惡劣的環(huán)境中也不容易產(chǎn)生脈沖錯誤 .而且霍爾傳感器的接線簡單 ,比使用以上兩種方法簡單 ,故本系統(tǒng)采用了第三種測量方法即霍爾傳感器測速法 。 %,因此 ,我們采用 WB交流電量隔離傳感器測量 .這種傳感器采用特制的隔離模塊 ,對于電網(wǎng)和電路中的交流電壓和電流進行測量 . 本次測試選用型號為 WBI414S1 的電流傳感器。 %,在最大測量總誤差中 ,軸功率的測試誤差允許范圍為 :B級試驗為177。 安徽理工大學 畢業(yè)設計 28 電動機效率應從電動機特性 (Pel~η g)曲線上查得 .由于η g 隨負荷變化不大通?？梢杂深~定功率的效率代替 . (2) 軸功率測量的電流電壓變送器的選擇 為例達到對水泵性能參數(shù)的 B級試驗精度要求 ,我們在參照 國家標準 GB321689有關水泵軸功率測試儀表所允許系統(tǒng)誤差范圍 :B級試驗為177。 利用惠斯通電橋法是先壓力信號向電信號的線性變換 ,傳感器輸出 為 420mA的標準傳感信號 ,而且穩(wěn)定性較好 ,零點與滿量程均可精度校核 ,測量范圍為 010MPa,過載能力可達2倍滿量程壓力 。變送 器應直接安裝在測量點，但強腐蝕性的或過熱的介質(zhì)不應與變送器接觸，需另定購防腐型及高溫型變送器。 ? 壓力變送器應盡量安裝在溫度梯度和溫度波動小的地方，同時還要避免振動和沖擊。 %FS ? 工作溫度 ： 25～ 80℃ ? 環(huán)境溫度影響： %FS/10K 安徽理工大學 畢業(yè)設計 26 ? 過壓極限：標定壓力值的 2倍 二、外形結構及安裝方式 ? 下圖是壓力變送器的外形尺寸示意圖 。 %,所以我們首選了 上海龍瑞斯電子廠生產(chǎn)的 型號參數(shù)為 7011GPT9NM10A80B1F 的壓力變送器。在測量結果的最大總誤差限中 ,泵揚程測量值允許范圍 :B 級為177。 %,而 C 級試驗 ,允許的系統(tǒng)誤差范圍為177。 開在水管邊緣上的取壓孔用圓柱形孔直徑應為 36mm 或等于 ，取兩者之小值，并且孔深至少應是孔直徑的 倍，孔應無毛刺和凹凸不平處，并垂直于管的 內(nèi)壁；孔緣應以半徑 r≤ d/4 進行倒圓或至少有小的倒角。 這樣可以減少因非對稱流或旋渦流所引起的誤差。對于平均流速 C C1 是通過測量水泵的流量和水泵進出口處的管道幾何尺寸通過如下公式進行計算 : 式中 S S2水泵進出口的截面面積 (米 2) (2)截面選擇與取壓孔設置： (a)測量截面的選擇： 測量的位置應盡可能靠近泵的入口法蘭和出口法蘭處。 %,C 級為177。 %。當液體流速相當大 ,且在變送器許可的測量范圍內(nèi)時 ,變送器電磁阻力矩 ,機械摩擦阻力矩 ,粘滯阻尼矩均可忽略不計 ,這時渦輪流量計輸出的脈沖信號與流量可近似為線性關系 ,既有 w=ξ ,由單位時間的脈沖信號和雷擊脈沖信號不難折算出流量變送器的瞬時流量和累積流量 . 流量系數(shù)ξ (次 /米 3)是渦輪流量計的重要特征參數(shù) ,須由制造廠家提供 .由于變送器是通過磁電裝置將角速度 w 轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù) ,即脈沖數(shù) N/L,所以ξ也稱流量系數(shù) .取測量范圍內(nèi)流量系數(shù)的平均值作為儀表常數(shù) .則流量總量 Q與脈沖總數(shù) N的計算關系式為 : (2)流量測量結果按規(guī)定轉(zhuǎn)速的換算 在流量測量中 ,若電機的轉(zhuǎn)速與規(guī)定轉(zhuǎn)速不符 ,此時所得到的水泵流量值 Q 也應換算為一規(guī)定轉(zhuǎn)速基準的 流量值 Q0假如實測電機轉(zhuǎn)速與規(guī)定轉(zhuǎn)速間的差異在 120%范圍內(nèi) ,則流量值 Q0可用下式換算而得 : (3)流量測量的渦輪流量計選擇 為了達到對測試試驗裝置的 B級試驗精度這一要求 ,我們參照 GB/T321491中渦輪流量計的不確定度實用估算和取壓方法 ,參照國標 GB/T321689 規(guī)定流量測量儀表的允許安徽理工大學 畢業(yè)設計 23 系統(tǒng)誤差范圍 :B 級為177。 結構上 ,渦輪流量計主要由渦輪 ,支承 ,永久磁鐵 ,感應線圈 ,殼體 ,導流器組成 ,如圖 41所示 圖 41 渦輪流量計結構圖 1渦輪 2支撐 3永久磁鋼 4感應線圈 5殼體 6 導流 器 安徽理工大學 畢業(yè)設計 22 圖 42 渦輪流量計流量測試方框圖 如圖 42渦輪流量計測量原理所示 . 渦輪流量計是遵循動量守恒的一種速度式流量儀表 . 當流體沿管道的軸線方向流動并沖擊具有導磁性的渦輪葉片時 ,渦輪便周期性的旋轉(zhuǎn) ,其旋轉(zhuǎn)速度 w 一般隨流量大小的變化而變化 。做水泵的性能測試試驗是為了測量水泵的主要性能參數(shù)值 ,并確定各個性能參數(shù)之間的相互關系 ,試驗范圍應從水泵關閉點 (或稱最小流量點 )開始到紫少高于泵最大流量的15%之間 .檢查泵的揚程 ,功率 ,泵效率及轉(zhuǎn)速等性能參數(shù)值 ,并與該產(chǎn)品的規(guī)定值進行比較 ,判斷是否達到規(guī)定要求 ,確定產(chǎn)品的精度級別 。 實物圖如圖 35，詳 見 CAD圖 。 根據(jù)直管公稱通徑的大小，查詢《機械設計手冊 4》，選用 Z15T16型內(nèi)螺紋暗桿楔式閘閥： Z15T16 型 內(nèi)螺紋暗 桿楔式 閘閥 ,廣泛適用于石油、化工、制藥、電力等行業(yè)．在公稱壓力 ≤l .0MPa 的蒸汽、水、油類等介質(zhì)的管路上，作啟閉用。 選用平面型鋼制管法蘭用石棉橡膠墊片 。 排出管內(nèi)徑 32mm, 外徑 38mm, 壁厚 3mm. 實物圖如下： （ a） （ b） （ 4） 彎管選擇： 表 31 彎管參數(shù) 公稱通徑 (mm) 外徑 (mm) 內(nèi)徑 (mm) 壁厚 (mm) 彎曲半徑 (mm) 結構長度 (mm) 吸入管 50 60 52 4 75 75 排出管 32 42 35 48 48 實物如圖 31所示 （ c） (d) 安徽理工大學 畢業(yè)設計 16 圖 31 法蘭的選擇 法蘭是使管子與管子相連接的零件，連接于管端 。 根據(jù)水泵進出口徑的大小 及實驗要求，選 10 號無縫鋼管，表號 G30。 泵質(zhì)量 41kg； 電機功率 。 軸功率 。 流 量 Q= m3/h。 本章小結 本章通過對水泵性能參數(shù)測試方案