畢業(yè)論文---基于虛擬儀器的溢流閥性能計算機輔助測試系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　基于虛擬儀器的溢流閥性能計算機輔助</p><p><b>　　測試系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　[摘 要] 在JSP-04E型液壓實驗臺上實現(xiàn)由液壓泵、溢流閥、調(diào)壓閥組成的溢流閥性能測試系統(tǒng)。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)采集卡進行采集，然后由LabVIEW從采集卡將信號采集到程序界面，進行溢流閥靜態(tài)和動態(tài)性能測試

2、，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，用到的采集卡就是研華公司生產(chǎn)的PCL-818L。本次設(shè)計依托 LabVIEW操作平臺組建了流量、壓力測試系統(tǒng)，并在圖形化編程語言 LabVIEW 環(huán)境下編寫了實現(xiàn)信號采集與處理以及曲線擬合的子程序，并給出了詳細的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)上對實驗結(jié)果進行了分析、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

3、能化水平以及溢流閥性能的測試效率和精度。</p><p>　　[關(guān)鍵詞] 虛擬儀器 ; 溢流閥 ; 采集卡; 測試與控制</p><p>　　Based on virtual instrument of relief valve performance</p><p>　　—Test system design</p><p>　　Abstr

4、act: Realization of the hydraulic pump, relief valve and pressure regulator composition of relief valve performance test system in the JSP-04E hydraulic test bench. Sensor gain the pressure and flow signal from hydraulic

5、 loop, by the data acquisition card of Advantech collecting. And from the acquisition card by LabVIEW will signal acquisition to programming interface, for relief valve static and dynamic performance testing. The use of

6、virtual instrument software is LabVIEW, PCI-818L is a a</p><p>　　Keywords: Virtual instrument; Relief valve; Acquisition card; Test and Control</p><p><b>　　目 錄</b></p><p

7、><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究的目的意義1</p><p>　　1.2 虛擬儀器技術(shù)1</p><p>　　1.2.1 虛擬儀器的特點1</p><p>　　1.2.2 虛擬儀器的發(fā)展趨勢3</p><p>　　1.2.3 虛擬儀器的硬件構(gòu)成

8、4</p><p>　　1.2.4 虛擬儀器的軟件平臺6</p><p>　　1.2.5 虛擬儀器的功能7</p><p>　　1.2.6 圖形化編程語言LabVIEW及其應(yīng)用7</p><p>　　1.2.7 LabVIEW開發(fā)環(huán)境使用簡介8</p><p>　　1.2.8 User Libraries簡介

9、16</p><p>　　2 液壓系統(tǒng)及實驗原理概述19</p><p>　　2.1 液壓實驗臺19</p><p>　　2.2 溢流閥21</p><p>　　2.3 溢流閥性能實驗原理23</p><p>　　2.3.1溢流閥靜態(tài)特性實驗23</p><p>　　2.3.2溢流閥

10、動態(tài)特性實驗25</p><p>　　3 系統(tǒng)方案設(shè)計及選擇27</p><p>　　3.1 方案的設(shè)計27</p><p>　　3.1.1 方案127</p><p>　　3.1.2 方案227</p><p>　　3.2 方案的選擇28</p><p>　　4 溢流閥性能測試系統(tǒng)

11、的硬件設(shè)計29</p><p>　　4.1 傳感器的選擇29</p><p>　　4.1.1 壓力傳感器29</p><p>　　4.1.2 流量傳感器30</p><p>　　4.2 數(shù)據(jù)采集卡的選擇32</p><p>　　4.2.1 PCL-818L的介紹32</p><p>

12、　　4.2.2 PCL-818L安裝與測試33</p><p>　　5 溢流閥性能測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計43</p><p>　　5.1 溢流閥性能測試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)43</p><p>　　5.2 信號采集44</p><p>　　5.2.1 壓力信號采集44</p><p>　　5.2.2 流量信號采集45&

13、lt;/p><p>　　5.2.3參數(shù)標定47</p><p>　　5.2.4 信號抗干擾措施48</p><p><b>　　總結(jié)49</b></p><p><b>　　致謝50</b></p><p><b>　　參考文獻51</b><

14、/p><p><b>　　附錄52</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究的目的意義</p><p>　　液壓傳動融合了數(shù)學(xué)、物理、流體力學(xué)、機械設(shè)計、控制工程、電器控制等方面的知識，在生產(chǎn)生活中應(yīng)用相當廣泛。液壓元件在液壓傳動系統(tǒng)中又極其重要，其性

15、能對整個液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性影響很大。所以本題目設(shè)立的目的是通過理論和實踐相結(jié)合，掌握液壓傳動技術(shù)必要的基本概念和基本理論，掌握主要液壓元件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、性能及使用，能進行液壓傳動方面的基本工程計算和系統(tǒng)設(shè)計，通過了解掌握LabVIEW組建系統(tǒng)的方法和編程，將初步對這一全新的虛擬儀器概念有更深刻的認識，用計算機輔助裝置對溢流閥性能進行智能測控，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識的能力，為畢業(yè)后從事相關(guān)領(lǐng)域的工作打下良好的基礎(chǔ)。</p

16、><p>　　1.2 虛擬儀器技術(shù)</p><p>　　1986年美國國家儀器公司(NI national instruments)首先提出了虛擬儀器的概念。所謂虛擬儀器(VI Virtual Instrument)是指通過應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜嬎銠C與功能化模塊結(jié)合起來，用戶可以利用計算機強大的數(shù)據(jù)處理、存儲、圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立圖形化界面的虛擬儀器軟面板，完成對儀器的控制、數(shù)據(jù)分析、存儲和

17、顯示，改變傳統(tǒng)儀器的使用方式，提高儀器的功能和使用效率，大幅度降低儀器的價格，且使用戶可以根據(jù)自己的需要定義儀器的功能。</p><p>　　1.2.1 虛擬儀器的特點</p><p>　　與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器打破了傳統(tǒng)儀器的“萬能”功能概念，充分利用計算機技術(shù)強調(diào)“軟件就是儀器”的新概念，軟件在某種程度上可以完成傳統(tǒng)儀器不可能實現(xiàn)的硬件測試功能儀器或系統(tǒng)的功能、規(guī)?？梢杂捎脩糇约憾x

18、，虛擬儀器的開放性和功能軟件的模塊化，使得組建系統(tǒng)變得更加靈活、簡單。虛擬儀器是建立在當今世界最新的計算機和數(shù)據(jù)采集技術(shù)基礎(chǔ)上的，技術(shù)更新很快。虛擬儀器具有以下性能優(yōu)點:</p><p>　　1) 軟件是虛擬儀器的核心。虛擬儀器的硬件確立后，它的功能主要是通過軟件來實現(xiàn)的，所以美國國家儀器公司就曾提出一個著名的口號軟件就是儀器。</p><p>　　2) 虛擬儀器的性價比高。一方面，虛擬儀

19、器能同時對多個參數(shù)進行實時高效的)測　量，而且，用戶也可以隨時根據(jù)需要調(diào)整虛擬儀器的功能，大大縮短了儀器在改變測量對象時的更新周期。另一方面，采用虛擬儀器還可以減少測試系統(tǒng)的硬件環(huán)節(jié)，從而降低系統(tǒng)的開發(fā)成本和維護成本，因此，使用虛擬儀器比傳統(tǒng)儀器更經(jīng)濟。</p><p>　　3) 虛擬儀器的出現(xiàn)，縮短了儀器廠商與用戶之間的距離。虛擬儀器使得用戶能夠根據(jù)白己的需要定義儀器的功能，利用虛擬儀器，用戶可以組建更好的測試

20、系統(tǒng)，并且更容易增強系統(tǒng)的功能。由于機能提供遠勝于儀器內(nèi)部的處理能力，因此，借助于一臺通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或板幻，用戶就可以通過軟件構(gòu)造幾乎任意功能的儀器。</p><p>　　4) 虛擬儀器具有良好的人機界面。在虛擬儀器中，測控操作是通過計算機屏幕上的、與傳統(tǒng)儀器面板相似的友好圖形界面來實現(xiàn)的。</p><p>　　5) 虛擬儀器具有和其它設(shè)備互聯(lián)的能力。如和總線或現(xiàn)場總線等的接口能力，此外

21、，還可以將虛擬儀器接入網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)對現(xiàn)場生產(chǎn)的監(jiān)控和管理。</p><p>　　6) 虛擬儀器的硬、軟件都具有開放性、模塊化子可重復(fù)使用及互換性等特點。因此，用戶可以根據(jù)自己的需要靈活組合，大大提高了使用效率，減少了投資。</p><p>　　虛擬儀器將通用的計算機與功能化模塊硬件結(jié)合起來，用戶可以通過圖形界面來操作，就像在操作自己定義、自己設(shè)計的一臺單個儀器一樣，從而完成對被測試量的采集

22、分析、判斷、顯示、數(shù)據(jù)存儲等。它的基本構(gòu)成包括計算機、虛擬儀器軟件及硬件接口模塊。與傳統(tǒng)儀器一樣，虛擬儀器同樣可以劃分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理和結(jié)果輸出這三大功能模塊，它們之間最主要的區(qū)別在于：</p><p>　　1）虛擬儀器的功能由用戶使用時自己定義，而傳統(tǒng)的儀器功能由廠商事先定義好的。因此，傳統(tǒng)儀器系統(tǒng)是封閉的、固定的，而虛擬儀器的功能是開放的、靈活的，其功能隨著計算機技術(shù)的進步而不斷發(fā)展。</p&g

23、t;<p>　　2) 虛擬儀器對信號的分析、顯示、存儲、打印和其它管理，是由計算機來集中處理，具有強大的信號處理能力。由于充分利用了計算機技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)的傳輸、交換等性能，使得系統(tǒng)更加靈活、簡單。</p><p>　　3）虛擬儀器強調(diào)“軟件就是儀器”的概念，軟件在儀器中充當了重要角色，在提高儀器性能或需要構(gòu)造新的儀器功能時，可由用戶自己改變軟件來實現(xiàn)，而不必重新購買新的儀器，這是虛擬儀器與傳統(tǒng)儀

24、器最本質(zhì)的區(qū)別。</p><p>　　4）虛擬儀器的開放性和功能軟件的模塊化，使資源可重復(fù)利用，功能易于擴展，管理規(guī)范，使用簡便，軟件與硬件生產(chǎn)、維護和開發(fā)的費用降低。</p><p>　　5）虛擬儀器的接口具有通用性、開放性，容易將現(xiàn)有設(shè)備儀器聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)遠程控制，實現(xiàn)大規(guī)模自動化。</p><p>　　與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智能化程序、處理能力、性能價格比、可

25、操作性等方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為：</p><p>　　1）智能化程度高，處理能力強。虛擬儀器的處理能力和智能化程度主要取決于儀器軟件水平。用戶完全可以根據(jù)實際應(yīng)用需求，將先進的信號處理算法、人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)應(yīng)用于儀器設(shè)計與集成，從而將智能儀器水平提高到一個新的層次。</p><p>　　2）復(fù)用性強，系統(tǒng)費用低。應(yīng)用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構(gòu)造多種不同功能的測試

26、分析儀器，就像一個高速數(shù)字采樣器，可設(shè)計出數(shù)字示波器、邏輯分析儀、計數(shù)器等多種儀器。這樣形成的測試儀器系統(tǒng)功能更靈活、系統(tǒng)費用更低。通過與計算機網(wǎng)絡(luò)連接，還可實現(xiàn)虛擬儀器的分布式共享，更好地發(fā)揮儀器的使用價值。</p><p>　　3）可操作性強。虛擬儀器面板可由用戶定義，針對不同應(yīng)用可以設(shè)計不同的操作顯示界面。使用計算機的多媒體處理能力可以使儀器操作變得更加直觀、簡便、易于理解，測量結(jié)果可以直接進入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或

27、通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。測量結(jié)果還可打印，顯示所需的報表或曲線，這些都使得儀器的可操作性大大提高。</p><p>　　當然，虛擬儀器的特點還不止這些，作為新型儀器，還有許多傳統(tǒng)儀器無法比擬的地方。這使得虛擬儀器的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。</p><p>　　1.2.2 虛擬儀器的發(fā)展趨勢</p><p>　　虛擬儀器技術(shù)經(jīng)過十兒年的發(fā)展，標準化、模塊化、軟件化、網(wǎng)絡(luò)化的開放式體系

28、結(jié)構(gòu)將成為未來虛擬儀器重要發(fā)展方向。為了更方便用戶使用，各儀器制造商和各儀器標準化組織，都不斷致力于對硬件和軟件的標準化。VXI技術(shù)的開放式體系結(jié)構(gòu)和模塊化的自動測試技術(shù)，使之成為未來虛擬儀器理想硬件。以PC機，特別是以工控PC為中心的體系結(jié)構(gòu)，以其板卡的高性價比和豐富的軟件而將被廣泛應(yīng)用。USB，由于其簡單、快速、價格便宜，將在未來的虛擬儀器中得到廣泛應(yīng)用。VXI即插即用系統(tǒng)聯(lián)盟為實現(xiàn)接口獨立，將VISA標準定為編程接口。可互換虛擬儀

29、器基金會(Interchangeable Virtual Instrument Foundation)提出了一種新的虛擬儀器驅(qū)動技術(shù)，即IVI規(guī)范，比VPP(VXI Plug & Play)規(guī)范又邁進了一步，使測試界二程師能夠建立與測試系統(tǒng)無關(guān)的高性能硬件設(shè)備，使儀器驅(qū)動程序成為儀器測試系統(tǒng)中的標準部件。</p><p>　　隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，新的虛擬儀器軟件開發(fā)工具不斷涌現(xiàn)，并朝著可視化編程方向發(fā)展，

30、軟件在虛擬儀器系統(tǒng)中的地位和作用越來越大。ActiveX，COM，DCOM，C/S模型、Internet等組件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，使用戶能夠通過Internet實現(xiàn)遠距離控制，將信息和多維空間相連，使遠距離監(jiān)測和控制變得更加容易，虛擬儀器正朝向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。</p><p>　　1.2.3 虛擬儀器的硬件構(gòu)成</p><p>　　目前較為常用的虛擬儀器系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)系統(tǒng)、通

31、用接口總線(GPIB)儀器系統(tǒng)、VXI儀器系統(tǒng)以及三者間的任意組合。</p><p>　　1) 數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)</p><p>　　一個典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡、計算機四部分組成圖一。工作時先把由傳感器變換來的電信號，輸入儀器的信號調(diào)理電路，經(jīng)調(diào)理電路進行放大整形，然后再經(jīng)數(shù)據(jù)采集電路存人內(nèi)存。整個過程由軟件控制，采集到的數(shù)據(jù)由軟件進行分析和處理。一個好的數(shù)據(jù)采

32、集產(chǎn)品不僅應(yīng)具備良好性能和高可靠性，還應(yīng)提供高性能的驅(qū)動程序和簡單易用的高層語言接口，使用戶能較快速地建立可靠的應(yīng)用系統(tǒng)。</p><p>　　近年來，由于多層電路板、可編程儀器放大器、即插即用、系統(tǒng)定時控制器、多數(shù)據(jù)采集片實時系統(tǒng)集成總線、高速數(shù)據(jù)采集的雙緩沖區(qū)以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)高速傳送的中斷、DMA等技術(shù)的應(yīng)用，使得最新的數(shù)據(jù)采集板卡能保證儀器的高準確度與可靠性。</p><p>　　圖1.

33、1 數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)硬件組成示意圖</p><p>　　2) DPIB儀器系統(tǒng)</p><p>　　串口 RS232只能用作單臺儀器與計算機的連接，GPIB(General Instrumentation Bus)是儀器系統(tǒng)互連總線規(guī)范。技術(shù)可以說是虛擬儀器技術(shù)發(fā)展的前期階段。GPIB技術(shù)的出現(xiàn)，使電子測量由獨立的手工操作的單臺儀器向組成大規(guī)模自動測試系統(tǒng)的方向邁進。</p>

34、<p>　　一個典型的GPIB測量系統(tǒng)由一臺PC機、一塊GPIB接口板卡和若干臺GPIB儀器通過標準GPIB電纜連接而成。</p><p>　　利用GPIB技術(shù)，可以用計算機實現(xiàn)對儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人操作方式，排除人為因素造成的測試測量誤差，提高測試測量可靠性和效率。利用技術(shù)，還可以很方便地擴展傳統(tǒng)儀器的功能，因為儀器是同計算機連接在一起的，在計算機這邊增加各種不同的分析處理算法，充分發(fā)掘現(xiàn)有

35、儀器的潛力。</p><p>　　3) VXI儀器系統(tǒng)</p><p>　　VXI(VME Extension for instrumentation)總線是一種高速計算機總線。VME Bus即:IEEE-P1014總線標準總線在儀器領(lǐng)域的擴展，虛擬儀器系統(tǒng)中最引人注目的應(yīng)用是基于VXI總線平臺技術(shù)的自動測試儀器系統(tǒng)。VXI總線平臺彌補了PC平臺無統(tǒng)一插卡物理結(jié)構(gòu)、機箱結(jié)構(gòu)不利于散熱和插卡

36、接觸可靠性差等缺陷，在VME總線的基礎(chǔ)上，從電磁干擾(EMI)、冷卻通風(fēng)、功率耗散等方面考慮，增大了模塊的間距及模塊間的通信規(guī)程、配置、存儲器定位和指令等，為模塊式電子儀器提供了一個開放式結(jié)構(gòu)，成為模塊式測試系統(tǒng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)。VXI儀器系統(tǒng)以SCPI為儀器程控語言，綜合了GPIB儀器和DAQ板的精華。將儀器與儀器、儀器與計算機更緊密地聯(lián)系在一起。VXI的標準開放結(jié)構(gòu)、即插即用(Plug & Play)和虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)VI

37、SA允許用戶在組建系統(tǒng)時根據(jù)自己的實際情況自由選擇儀器模塊，而不必局限于一家廠商的產(chǎn)品，從而使系統(tǒng)得到優(yōu)化。</p><p>　　另外，VXI總線還提供了在機架層疊式的測試系統(tǒng)中不可能存在的、具有觸發(fā)和同步能力的32位高速計算機總線。運用VXI技術(shù)可以方便地實現(xiàn)多功能、多參數(shù)的自動測試，為實現(xiàn)虛擬儀器提供了一個較好的硬件平臺，代表著今后儀器系統(tǒng)的發(fā)展方向。日前全世界有300多個工廠生產(chǎn)與VXI相關(guān)的多種類型設(shè)備。

38、已比較廣泛地應(yīng)用于飛機測試、汽車工業(yè)、導(dǎo)航與航空電子設(shè)備、通信與其它電子系統(tǒng)。</p><p>　　4) PXI 總線標準</p><p>　　PXI(PCI Extension for Instrumentation)是在儀器領(lǐng)域的擴展。制定PXI規(guī)范的目的是為了將PC的性能價格比優(yōu)勢與PCI總線面向儀器領(lǐng)域的必要擴展結(jié)合起來，形成一種更好的虛擬儀器測試平臺。</p>&l

39、t;p>　　PXI是在PCI內(nèi)核技術(shù)上增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的。PXI總線符合工業(yè)標準，在機械、電氣和軟件特性方面充分發(fā)揮了總線的全部優(yōu)點。PXI增加了用于多板同步的觸發(fā)總線和參考時鐘、精確定時的星型觸發(fā)總線、相鄰模塊間高速通信的局部總線等，以此來滿足試驗和測量用戶的要求。由于它基于PCI總線，因此設(shè)備成本低、運行速度快、體積更緊湊，有良好的兼容性和可擴展性。PXI系統(tǒng)的價格高于DAQ系統(tǒng)，低于GPIB和VXI系統(tǒng)，又具有

40、良好的性能，是組建模塊化儀器系統(tǒng)的良好選擇。</p><p>　　1.2.4 虛擬儀器的軟件平臺</p><p>　　虛擬儀器軟件開發(fā)平臺直接決定了虛擬儀器可實現(xiàn)的功能，開發(fā)方式，易用性和可擴充性。</p><p>　　（a）LabVIEW的啟動</p><p><b>　?。╞）創(chuàng)建VI</b></p>

41、<p>　　圖1.2 LabVIEW的打開</p><p>　　虛擬儀器的開發(fā)軟件通常可以分為通用軟件和專用軟件。通用軟件就是我們常見的高級匯編語言，比如Visual C++，VB，Delphi，java等。使用通用軟件進行開發(fā)具有較高的自由度，可以定義出具有獨特個性的虛擬儀器，但是開發(fā)周期往往比較一長，開發(fā)難度比較人。而專用軟件一般是指專業(yè)的圖形化編程軟件，比如NI公司的LabVIEW、LabVIEW

42、/CVI或者HP公司的VEE等。它們都向開發(fā)者提供了友好圖形化開發(fā)界面，并且提供了大量的控件和儀器驅(qū)動程序可使用。開發(fā)者甚至可以并不了解某種具體的開發(fā)語言就可以開發(fā)出一些簡單的虛擬儀器。相對而言，使用專用軟件開發(fā)虛擬儀器系統(tǒng)編程容易，開發(fā)周期短。</p><p>　　LabVIEW不僅為測試、測量以及過程控制領(lǐng)域提供了大量儀器面板對象，而且用戶還可以方便地將現(xiàn)有的控制對象改成適合自己工作領(lǐng)域的控制對象。LabVI

43、EW基于數(shù)據(jù)流編譯型圖形編程環(huán)境，解決了其它按解釋方式工作的圖形編程環(huán)境速度慢的問題。LabVIEW提供了功能強大的函數(shù)庫，從低層的I/O接口控制子程序，到大量的儀器驅(qū)動程序，從基本的數(shù)學(xué)函數(shù)、字符串處理函數(shù)到高級的分析庫，均可供用戶直接調(diào)用。此外，LabVIEW還支持Windows95/98NT,Macintosh，HP等操作系統(tǒng)平臺，在不同平臺上開發(fā)的應(yīng)用程序可直接進行移植提供了DLL接口和CIN接口，使用戶在LabVIEW平臺上能

44、調(diào)用其他軟件平臺編譯的模塊;提供對OLE的支持。</p><p>　　正是由于LabVIEW的眾多優(yōu)點，使得它已經(jīng)成為在數(shù)據(jù)采集、檢測、數(shù)據(jù)分析等方面領(lǐng)先的開發(fā)平臺，在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　1.2.5 虛擬儀器的功能</p><p>　　不管是傳統(tǒng)的還是虛擬的儀器，它們的功能都是相同的：采集數(shù)據(jù)，對采集來的數(shù)據(jù)進行分析處理，然后顯示處理的結(jié)果

45、。它們之間的不同主要體現(xiàn)在靈活性方面。虛擬儀器由用戶自己定義，這意味著你可以自由地組合計算機平臺、硬件、軟件、以及各種應(yīng)用系統(tǒng)所需要的附件。這一創(chuàng)新，使得用戶能夠根據(jù)自己的需要定義儀器功能，而不像傳統(tǒng)儀器那樣，受到儀器廠商的限制。</p><p>　　虛擬儀器包括硬件和軟件兩個基本要素。硬件的主要功能是獲取真實世界中的被測信號，可分為兩類：一類是滿足一般科學(xué)研究與工程領(lǐng)域測試任務(wù)要求的虛擬儀器。最簡單的是基于PC

46、總線的插卡式儀器，也包括帶GPIB接口和串行接口的儀器；另一類是用于高可靠性的關(guān)鍵任務(wù)，如航空、航天、國防等應(yīng)用的高端VXI儀器。虛擬儀器系統(tǒng)將不同功能、不同特點的硬件構(gòu)成為一個新的儀器系統(tǒng)，由計算機統(tǒng)一管理、統(tǒng)一操作。軟件的功能在于定義了儀器的功能。虛擬儀器最重要、最核心的技術(shù)是虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境。作為面向儀器的軟件環(huán)境應(yīng)具備以下特點：一是針對測試工程師而非專業(yè)程序員，編程必須簡單，易于理解和修改；二是具有強大的人機交互界面設(shè)計功能

47、，容易實現(xiàn)模擬儀器面板；三是具有強大的數(shù)據(jù)分析能力和數(shù)據(jù)可視化分析功能，提供豐富的儀器總線接口硬件驅(qū)動程序。在一定配置的計算機和儀器硬件確定之后，軟件成為了構(gòu)造和使用虛擬儀器的關(guān)鍵。虛擬儀器的主要開發(fā)環(huán)境有BASIC、C(C＋＋)、VB、VC、Delphi、Labview、Labwindows/CAI等。其中BASIC和C語言等都是基于文本的傳統(tǒng)編程語言，而Labview、Labwindows</p><p>　

48、　1.2.6 圖形化編程語言LabVIEW及其應(yīng)用</p><p>　　LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是NI推出的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，它們能夠以直觀簡便的編程方式、眾多的源碼級的設(shè)備驅(qū)動程序、多種多樣的分析和表達功能支持，為用戶快捷地構(gòu)筑自己在實際生產(chǎn)中所需要的儀器系統(tǒng)創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。LabVIEW采用圖形化編程語言--G

49、語言，產(chǎn)生的程序是框圖的形式，易學(xué)易用，特別適合硬件工程師、實驗室技術(shù)人員、生產(chǎn)線工藝技術(shù)人員的學(xué)習(xí)和使用，可在很短的時間內(nèi)掌握并應(yīng)用到實踐中去。特別是對于熟悉儀器結(jié)構(gòu)和硬件電路的硬件工程師、現(xiàn)場工程技術(shù)人員及測試技術(shù)人員來說，編程就像設(shè)計電路圖一樣。因此，硬件工程師、現(xiàn)場工程技術(shù)人員及測試技術(shù)人員們學(xué)習(xí)LabVIEW駕輕就熟，在很短的時間內(nèi)就能夠?qū)W會并應(yīng)用LabVIEW。也不必去記憶那眼花繚亂的文本式程序代碼。</p>

50、<p>　　像C或C++等其它計算機高級語言一樣，LabVIEW也是一種通用編程系統(tǒng)，具有各種各樣、功能強大的函數(shù)庫，包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串行儀器控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲，甚至還有目前十分熱門的網(wǎng)絡(luò)功能。LabVIEW也有完善的仿真、調(diào)試工具，如設(shè)置斷點、單步等。LabVIEW的動態(tài)連續(xù)跟蹤方式，可以連續(xù)、動態(tài)地觀察程序中的數(shù)據(jù)及其變化情況，比其它語言的開發(fā)環(huán)境更方便、更有效。而且LabVIEW與其它計算機語言相

51、比，有一個特別重要的不同點：其它計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼行，而LabVIEW采用圖形化編程語言--G語言。</p><p>　　LabVIEW程序又稱為虛擬儀器，它的表現(xiàn)形式和功能類似于實際的儀器；但LabVIEW程序很容易改變設(shè)置和功能。因此，LabVIEW特別適用于實驗室多品種小批量的生產(chǎn)線等需要經(jīng)常改變儀器和設(shè)備的參數(shù)和功能的場合，及對信號進行分析研究、傳輸?shù)葓龊稀?lt;/p>&

52、lt;p>　　由于LabVIEW能夠為用戶提供簡明、直觀、易用的圖形編程方式，能夠?qū)⒎爆崗?fù)雜的語言編程簡化成為以菜單提示方式選擇功能，并且用線條將各種功能連接起來，十分省時簡便。與傳統(tǒng)的編程語言比較，LabVIEW圖形編程方式能夠節(jié)省85％以上的程序開發(fā)時間，其運行速度卻幾乎不受影響，體現(xiàn)出了極高的效率。使用虛擬儀器產(chǎn)品，用戶可以根據(jù)實際生產(chǎn)需要重新構(gòu)筑新的儀器系統(tǒng)。例如，用戶可以將原有的帶有RS232接口的儀器、VXI總線儀器以

53、及GPIB儀器通過計算機，聯(lián)接在一起，組成各種各樣新的儀器系統(tǒng)，由計算機進行統(tǒng)一管理和操作。</p><p>　　1.2.7 LabVIEW開發(fā)環(huán)境使用簡介</p><p>　　LabVIEW開發(fā)環(huán)境分為三部分：前面板（Front Panel）、程序框圖（Block Diagram）、圖標和連接端口（Icon and Connector Pane）。前面板和程序框圖如圖1.3所示。<

54、/p><p><b>　?。╝）前面板</b></p><p><b>　?。╞）前面板</b></p><p>　　圖1.3 前面板和程序框圖例子</p><p>　　前面板是由控件構(gòu)成的圖形化用戶界面，用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量。在前面板中，輸入量控件被稱為控制件（Control），輸出量控件被稱

55、為顯示件（Indicator），它們通過各種圖標如按鈕、旋鈕、開關(guān)、圖表等形式出現(xiàn)在前面板上。每個控件在程序框圖中以端口圖標的形式出現(xiàn)。如圖1.3（a）中所示，名為“STOP”的按鈕為控制件，名為“Sine”的Waveform Graph波形圖顯示框為顯示件。程序框圖由節(jié)點（Node）、端口（Terminal）和連線（Wire）組成，它利用圖形語言對前面板上的控制對象即輸入量和輸出量進行控制。節(jié)點是實現(xiàn)函數(shù)功能的基本單元，在程序運行時完

56、成一定的操作；端口是程序框圖中傳遞數(shù)據(jù)的起點和終點；連線是程序框圖中各個對象之間傳遞數(shù)據(jù)的通道，定義了程序框圖內(nèi)數(shù)據(jù)流動的方向，控制圖形語言程序執(zhí)行的順序。如圖1.3（b）中所示，Simulate Signal函數(shù)和外層While循環(huán)框為節(jié)點，Waveform Graph波形顯示框和STOP按鈕為端口，Simulate Signal函數(shù)和Waveform Graph波形顯示框之間有連線相接。圖1.3中程序的功能是在前面板上</p&

57、gt;<p>　　圖標和連接端口用于把LabVIEW程序定義為一個子程序，從而實現(xiàn)模塊化編程，圖標是子程序在其它程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點表現(xiàn)形式，連接端口則表示節(jié)點數(shù)據(jù)的輸入、輸出口。圖標和連接端口可以讓用戶把VI程序變成一個對象(VI子程序)，然后在其他程序中像子程序一樣地調(diào)用它。圖標表示在其他程序中被調(diào)用的子程序，而接線端口則表示圖標的輸入/輸出口，就像子程序的參數(shù)端口對應(yīng)著VI程序前面板控件和指示器的數(shù)值。</p

58、><p>　　LabVIEW具有三個可移動的圖形化工具模板：工具模板（Tools Palette）、函數(shù)模板（Functions Palette）和控件模板（Controls Palette），如圖1.4所示，這三個模板集中反映了該軟件的功能與特征。</p><p>　?。╝）工具模版 （b）函數(shù)模版</p><p>

59、;<b>　　（c）控件模版</b></p><p>　　圖1.4 工具模板、函數(shù)模板和控件模板</p><p>　　工具模板提供用于圖形操作的各種工具，比如定位、標注、斷點、連線、文字注釋等；函數(shù)模板提供一些基本的數(shù)學(xué)函數(shù)和其他功能函數(shù)；控件模板提供前面板編輯所需的圖像圖標和一些特殊的圖形。這三個模板是LabVIEW編程的主要工具。</p><p

60、>　　（1）工具圖標有如下幾種：</p><p>　　表1.1 工具圖標</p><p>　?。?）控制模版包括如下所示的一些子模板。子模板中包括的對象，我們在功能中用文字簡要介紹。</p><p>　　表1.2 控制模版圖標</p><p>　?。?）功能模板是創(chuàng)建流程圖程序的工具。該模板上的每一個頂層圖標都表示一個子模板。若功能

61、模板不出現(xiàn)，則可以用Windows菜單下的Show Functions Palette功能打開它，也可以在流程圖程序窗口的空白處點擊鼠標右鍵以彈出功能模板。功能模板如右圖所示，其子模塊如下所示。（個別不常用的子模塊未包含）</p><p><b>　　表1.3 子模塊</b></p><p>　　LabVIEW中的數(shù)據(jù)類型決定了數(shù)據(jù)空間的大小和操作方式，編程中常用的

62、數(shù)據(jù)類型如表1.4所示。</p><p>　　表1-4 編程常用數(shù)據(jù)類型</p><p>　　LabVIEW中控制程序運行的結(jié)構(gòu)在本質(zhì)上是一種節(jié)點，放置在程序框圖中，外形一般是一個大小可調(diào)的邊框。當結(jié)構(gòu)與其它節(jié)點的連線有數(shù)據(jù)傳遞過來時，結(jié)構(gòu)框內(nèi)的程序代碼或者反復(fù)執(zhí)行，或者有條件執(zhí)行，或者按一定順序執(zhí)行。</p><p>　　編程中常用到6種結(jié)構(gòu)：For循環(huán)、Whi

63、le循環(huán)、Case結(jié)構(gòu)、順序結(jié)構(gòu)（分平展型順序結(jié)構(gòu)和層疊型順序結(jié)構(gòu)）、公式節(jié)點和事件結(jié)構(gòu)。</p><p>　　LabVIEW的結(jié)構(gòu)如圖1.5所示。</p><p>　　(a)For循環(huán)結(jié)構(gòu) (b) While循環(huán)結(jié)構(gòu)</p><p>　　(c) Case結(jié)構(gòu) (d) 平展型順序結(jié)構(gòu)

64、</p><p>　　(e) 層疊型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (f) 公式節(jié)點結(jié)構(gòu) </p><p>　　圖1.5 LabVIEW常用結(jié)構(gòu)</p><p>　　For循環(huán)控制一段程序代碼執(zhí)行一定的次數(shù)。While循環(huán)控制程序反復(fù)執(zhí)行一段代碼，直到某個條件發(fā)生為止。Case結(jié)構(gòu)包含多個子框圖，每個字框

65、圖的一段程序代碼對應(yīng)一個Case選項，程序運行時選擇其中一段執(zhí)行。順序結(jié)構(gòu)按照子框圖的排列次序執(zhí)行框內(nèi)的程序。公式節(jié)點結(jié)構(gòu)執(zhí)行框內(nèi)的程序語句和數(shù)學(xué)公式，簡化了圖形化代碼。事件結(jié)構(gòu)使得前面板的操作和程序框圖同步執(zhí)行，節(jié)省了CPU時間，提高運行效率。</p><p>　　1.2.8 User Libraries簡介</p><p>　　研華公司提供的對板卡操作的庫函數(shù)，如下圖所示</p&

66、gt;<p>　　圖1.6 LabVIEW 庫函數(shù)</p><p>　　點擊 彈出User Libraries</p><p>　　圖1.7 User Libraries</p><p>　　在User Libraries 中選擇ADVANCE。在ADVANCE 函數(shù)庫中包括以下函數(shù)：Device Manager，AI，AO，……</p>

67、<p>　　圖1.8 ADVANCE、Device Manager 和adSlowAI</p><p>　　這次用到的User Libraries控件：</p><p>　　DeviceClose——打開設(shè)備函數(shù)</p><p>　　AIVoltageIn——采集電壓函數(shù)</p><p>　　DeviceOpen——關(guān)閉設(shè)備函數(shù)&

68、lt;/p><p>　　AIConfg——設(shè)置通道和增益</p><p>　　2 液壓系統(tǒng)及實驗原理概述</p><p><b>　　2.1 液壓實驗臺</b></p><p>　　JSP-04E液壓實驗臺是普通高等學(xué)校常用的液壓實驗設(shè)備，主要用于定量葉片泵工作特性實驗、先導(dǎo)式溢流閥性能實驗及節(jié)流調(diào)速回路性能實驗等實驗項目。

69、該液壓實驗臺主要包括：由液壓泵、溢流閥、節(jié)流閥等液壓元件組成的液壓泵性能實驗液壓系統(tǒng)；由液壓泵、溢流閥、調(diào)壓閥組成的溢流閥的性能實驗液壓系統(tǒng)；由執(zhí)行元件和加載元件等組成的節(jié)流調(diào)速回路性能實驗液壓系統(tǒng)。</p><p>　　液壓基本回路實驗：包括典型的壓力控制回路實驗，方向控制回路實驗，差動快速回路實驗，雙泵供油回路實驗及多缸順序動作回路實驗。</p><p>　　液壓泵站是實驗臺的動力源，

70、采用了雙聯(lián)葉片泵，兩泵既可獨立工作，也可同時工作，每個泵的壓油口均設(shè)置了一個溢流閥作為安全閥，用來限制系統(tǒng)最高壓力。泵站布置在實驗臺的下部，采用了旁置式的設(shè)計方案，考慮到泵站維修的方便性，在泵的吸油口與油箱連接的管路上設(shè)置了截止閥。</p><p>　　液壓元件模塊，是為了便于組成各種油路，除流量計之外，其他液壓閥都做成模塊式，閥的進出口均采用快換插頭。模塊鋼板為矩形，板上有鎖緊裝置，可方便固定在實驗臺框架上或拆

71、下，為擴展實驗范圍，部分液壓控制閥有手動閥和伺服閥兩種。</p><p>　　主體實驗平臺是實驗過程的實驗平臺，它提供了實驗過程中所需的進油接口和回（卸）油接口及實驗電氣控制接口等。液壓缸組件是為實驗回路的執(zhí)行元件，該組件由兩個液壓缸組成，它們對頂安裝。</p><p>　　實驗室整體框架由角鐵鐵板槽鋼焊接構(gòu)成，中間空格處可安裝固定若干組液壓元件模塊由滾輪支持，可移動可固定，便于擺放操作。

72、</p><p>　　(1) 實驗臺可完成以下常規(guī)液壓傳動課程實驗項目：</p><p>　　1) 調(diào)速回路：包括(進口、出口、旁路)節(jié)流調(diào)速回路實驗。</p><p>　　2) 壓力實驗：包括壓力形成實驗，壓力調(diào)節(jié)和多級調(diào)壓回路實驗，減壓回路實驗，卸載回路實驗，保壓回路實驗，釋壓回路實驗。</p><p>　　3) 快速運動和速度轉(zhuǎn)換回路

73、實驗：差動回路實驗，雙泵供油快速回路實驗，行程閥控制速度轉(zhuǎn)換回路，兩個調(diào)速閥的速度轉(zhuǎn)換回路。</p><p><b>　　4) 鎖緊回路。</b></p><p>　　5) 多缸動作回路：包括雙缸順序動作實驗，調(diào)速同步回路。</p><p>　　6) 回路特性實驗：如節(jié)流調(diào)速回路機械，功率特性。</p><p>　　此外

74、，還可以供科研人員進行科研實驗，方便搭接各種創(chuàng)新性實驗。</p><p>　　圖2.1 快速組合式全功能液壓教學(xué)實驗平臺</p><p>　　(2) 結(jié)構(gòu)及基本參數(shù)</p><p>　　插件板：整塊板可以使帶有快速鎖裝置的元件隨意插入。</p><p>　　流量量桶：開關(guān)打開可以顯示回油情況，關(guān)閉時可以測量流量大小（配用電秒表）</p

75、><p>　　油箱：供泵、馬達實驗用。</p><p>　　連接底板：該底板是與各元件相連接，板上裝有各種閥和快進接頭體，板側(cè)面帶有兩個連接鎖，可以隨意插入到插件板上并能自動鎖緊。</p><p>　　外型尺寸：（1400+1100）Ｘ700Ｘ1880</p><p>　　額定壓力：6.3Mpa,最高壓力18Mpa（備用）</p>

76、<p>　　額定流量：3.6Ｘ2L/min</p><p>　　額定功率：1.1Ｘ2KW（雙泵雙電機系統(tǒng)）</p><p>　　電源電壓：380VAC</p><p>　　控制電壓：24VDC</p><p><b>　　2.2 溢流閥</b></p><p>　　溢流閥的主要作用是對液

77、壓系統(tǒng)定壓或進行安全保護。幾乎在所有的液壓系統(tǒng)中都需要用到它，其性能好壞對整個液壓系統(tǒng)的正常工作有很大影響。</p><p>　　常用的溢流閥按其結(jié)構(gòu)形式和基本動作方式可歸結(jié)為直動式和先導(dǎo)式兩種。</p><p><b>　　(1)直動式溢流閥</b></p><p>　　直動式溢流閥是依靠系統(tǒng)中的壓力油直接作用在閥芯上與彈簧力等相平衡，以控制

78、閥芯的啟閉動作，圖2-2(a)所示是一種低壓直動式溢流閥，P是進油口，T是回油口，進口壓力油經(jīng)閥芯4中間的阻尼孔g作用在閥芯的底部端面上，當進油壓力較小時，閥芯在彈簧2的作用下處于下端位置，將P和T兩油口隔開。當油壓力升高，在閥芯下端所產(chǎn)生的作用力超過彈簧的壓緊力F。此時閥芯上升，閥口被打開，將多余的油液排回油箱，閥芯上的阻尼孔g用來對閥芯的動作產(chǎn)生阻尼，以提高閥的工作平衡性，調(diào)整螺帽1可以改變彈簧的壓緊力，這樣也就調(diào)整了溢流閥進口處的

79、油液壓力P。</p><p>　　(a)結(jié)構(gòu)圖 (b)符號圖</p><p>　　圖2.2 低壓直動式溢流閥</p><p>　　1.螺帽 2.調(diào)壓彈簧 3.上蓋 4.閥芯 5.閥體</p><p><b>　　(2)先導(dǎo)式溢流閥</b></p><p&g

80、t;　　圖2-3所示為先導(dǎo)式溢流閥的結(jié)構(gòu)示意圖，在圖中壓力油從P口進入，通過阻尼孔3后作用在導(dǎo)閥4上，當進油口壓力較低，導(dǎo)閥上的液壓作用力不足以克服導(dǎo)閥右邊的彈簧5的作用力時，導(dǎo)閥關(guān)閉，沒有油液流過阻尼孔，所以主閥芯2兩端壓力相等，在較軟的主閥彈簧1作用下主閥芯2處于最下端位置，溢流閥閥口P和T隔斷，沒有溢流。當進油口壓力升高到作用在導(dǎo)閥上的液壓力大于導(dǎo)閥彈簧作用力時，導(dǎo)閥打開，壓力油就可通過阻尼孔、經(jīng)導(dǎo)閥流回油箱，由于阻尼孔的作用，使

81、主閥芯上端的液壓力P2小于下端壓力P1，當這個壓力差作用在面積為AB的主閥芯上的力等于或超過主閥彈簧力Fs，軸向穩(wěn)態(tài)液動力Fbs、摩擦力Ff和主閥芯自重G時，主閥芯開啟，油液從P口流入，經(jīng)主閥閥口由 T流回油箱，實現(xiàn)溢流，即有：</p><p>　　Δp=p1-p2≥Fs+Fbs+G±Ff/AB (2-1)</p><p>　　(a)

82、結(jié)構(gòu)圖 (b)符號圖</p><p>　　圖2.3 先導(dǎo)式溢流閥</p><p>　　1.主閥彈簧 2.主閥芯 3.阻尼孔 4.導(dǎo)閥閥芯 5.導(dǎo)閥彈簧</p><p>　　由式(2-1)可知，由于油液通過阻尼孔而產(chǎn)生的P1與P2之間的壓差值不太大，所以主閥芯只需一個小剛度的軟彈簧即可；而作用在導(dǎo)閥4上的液壓力P2與其導(dǎo)閥閥

83、芯面積的乘積即為導(dǎo)閥彈簧5的調(diào)壓彈簧力，由于導(dǎo)閥閥芯一般為錐閥，受壓面積較小，所以用一個剛度不太大的彈簧即可調(diào)整較高的開啟壓力P2，用螺釘調(diào)節(jié)導(dǎo)閥彈簧的預(yù)緊力，就可調(diào)節(jié)溢流閥的溢流壓力。</p><p>　　先導(dǎo)式溢流閥有一個遠程控制口K，如果將K口用油管接到另一個遠程調(diào)壓閥(遠程調(diào)壓閥的結(jié)構(gòu)和溢流閥的先導(dǎo)控制部分一樣)，調(diào)節(jié)遠程調(diào)壓閥的彈簧力，即可調(diào)節(jié)溢流閥主閥芯上端的液壓力，從而對溢流閥的溢流壓力實現(xiàn)遠程調(diào)壓

84、。但是，遠程調(diào)壓閥所能調(diào)節(jié)的最高壓力不得超過溢流閥本身導(dǎo)閥的調(diào)整壓力。當遠程控制口K通過二位二通閥接通油箱時，主閥芯上端的壓力接近于零，主閥芯上移到最高位置，閥口開得很大。由于主閥彈簧較軟，這時溢流閥P口處壓力很低，系統(tǒng)的油液在低壓下通過溢流閥流回油箱，實現(xiàn)卸荷。</p><p>　　2.3 溢流閥性能實驗原理</p><p>　　本測控系統(tǒng)是為組合式全功能液壓教學(xué)實驗平臺專門設(shè)計開發(fā)的，

85、該液壓實驗臺的用途主要是液壓實驗教學(xué)中的相關(guān)液壓實驗，該實驗臺的這些用途就決定了所開發(fā)的測試系統(tǒng)必須既要有很強的針對性又要具有很高的通用性。本測試系統(tǒng)主要包括溢流閥靜態(tài)特性實驗、溢流閥動態(tài)特性實驗等。</p><p>　　溢流閥性能實驗主要包括溢流閥動態(tài)特性實驗。靜態(tài)特性主要包括調(diào)壓范圍及壓力穩(wěn)定性、卸荷壓力及壓力損失、啟閉特性等。其中啟閉特性是溢流閥靜態(tài)特性中兩個非常重要的指標，這個在后面將會詳細論述在此就不再

86、贅述。動態(tài)特性是指溢流量突然變化時，溢流閥所控制的壓力隨時間變化的過渡過程品質(zhì)，這個特性又分為溢流閥卸荷動態(tài)特性、溢流閥增荷動態(tài)特性兩類。</p><p>　　2.3.1溢流閥靜態(tài)特性實驗</p><p>　　溢流閥靜態(tài)特性是指溢流閥穩(wěn)定工作時的靜態(tài)特性。包括靜態(tài)特性中的調(diào)壓范圍及壓力的穩(wěn)定性，卸荷壓力損失和啟閉特性三項，其中主要研究啟閉特性。溢流閥靜態(tài)性能實驗液壓系統(tǒng)原理圖如圖2.4所示

87、。</p><p>　　圖2.4 溢流閥靜態(tài)性能實驗液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　在靜態(tài)性能試驗中要用到流量傳感器，而本次所選的是LWGY—6型渦輪式流量傳感器。要使它能正常的運轉(zhuǎn)則必須要保證有足夠多液體流過，然而通過溢流閥后的溢流量往往比較小，此時不能使渦輪正常運轉(zhuǎn)，那么傳感器也就無法感應(yīng)到相應(yīng)的信號，即此時數(shù)據(jù)采集卡也就采集不到相應(yīng)的信號。為了克服這個缺陷與不足，在此采用半自動式

88、測量方法。</p><p>　　具體方法如下：首先在JSP-04E液壓實驗臺上搭接好回路，待檢查保證無誤后開啟液壓泵同時將傳感器調(diào)至自動擋，將被試閥在其額定的調(diào)壓范圍內(nèi)調(diào)至某一個確定的值，在本實驗中將其設(shè)定為4MP。由于本試驗臺自身提供的有量筒，借助這個工具采用手動的方法來完成流量的測量。其流量最終用體積和時間來計算即Q= V/T。使其溢流掉的流量流回量筒（量筒上標有相應(yīng)的刻度），調(diào)節(jié)溢流閥上的旋鈕使其溢流量慢慢

89、的由小變大，在這個過程當中每改變一次流量的大小，記錄每次溢流相同體積所需的時間，這樣由小到大依次記錄一組數(shù)據(jù)，而后再按照同樣的方法由大到小再記錄一組數(shù)據(jù)。</p><p>　　溢流閥靜態(tài)特性實驗所需測試的三項特性及其具體要求如下:</p><p>　　(1) 調(diào)壓范圍及壓力穩(wěn)定性</p><p>　　1) 調(diào)壓范圍：應(yīng)能達到規(guī)定的調(diào)節(jié)范圍，并且壓力上升與下降應(yīng)平穩(wěn)，

90、不得有尖叫聲。</p><p>　　2) 至調(diào)壓范圍最高值時的壓力振擺(在穩(wěn)定狀態(tài)下調(diào)定壓力的波動值)：是表示調(diào)壓穩(wěn)定的主要指標，此時壓力表不準裝阻尼，壓力振擺應(yīng)不超過規(guī)定值。在實驗過程中，當調(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，然后運算兩個數(shù)值之差就可以得到壓力振擺。</p><p>　　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。</

91、p><p>　　在實驗過程中，當調(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。</p><p>　　(2) 卸荷壓力及壓力損失</p><p>　　1)卸荷壓力：被測閥的遠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。

92、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)。</p><p>　　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，壓力損失可以直接采集到。</p><p><b>　　(3) 啟閉特性</b></p><p>　　1) 開啟壓力：被測閥調(diào)至調(diào)

93、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。</p><p>　　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。</p><p>　　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

94、特性曲線。</p><p>　　溢流閥的啟閉特性曲線如圖2.5所示。</p><p>　　圖2.5 溢流閥的啟閉特性曲線</p><p>　　2.3.2溢流閥動態(tài)特性實驗</p><p>　　(1) 溢流閥卸荷動態(tài)特性實驗：</p><p>　　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

95、化的過渡過程品質(zhì)，通常用三項指標衡量。這三個指標為:壓力回升時間、卸荷時間、壓力超調(diào)量。</p><p>　　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2.4所示。</p><p>　　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

96、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。</p><p>　　(2) 溢流閥增荷動態(tài)特性實驗</p><p>　　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。<

97、/p><p>　　3 系統(tǒng)方案設(shè)計及選擇</p><p><b>　　3.1 方案的設(shè)計</b></p><p>　　本次設(shè)計需在JSP-04E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)上進行溢流閥靜態(tài)和動態(tài)性能分析

98、。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)。</p><p><b>　　3.1.1 方案1</b></p><p>　　采用VISUAL BASIC（簡稱VB）編程來實現(xiàn)，根據(jù)溢流

99、閥測試系統(tǒng)的組成及其測試原理，整個計算機自動控制系統(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。</p><p><b>　　3.1.2 方案

100、2</b></p><p>　　采用研華公司生產(chǎn)的PCI-818L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。</p><p>　　LabVIEW（Laboratory

101、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，視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485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、ActiveX等軟件標準的庫函數(shù)。這是一個功能強大且靈活的軟件。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

102、都生動有趣。</p><p><b>　　3.2 方案的選擇</b></p><p>　　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；lab

103、view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)。 </p><

104、p>　　通過比較，選擇方案2為本次畢業(yè)設(shè)計的最終方案。</p><p>　　4 溢流閥性能測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　　4.1 傳感器的選擇 </p><p>　　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4.1所示。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

105、整個測試系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。</p><p><b>　　被測量輸出量</b></p><p><b>　　非電量電量</b></p><p>　　圖4.1 傳感器組成示意圖</p><p>　　傳感器的主要性能指標為：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

106、精度和工作狀況選擇其性能指標。一般不必要所有的指標都為最優(yōu)，應(yīng)在保證主要性能指標滿足要求的前提下，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。</p><p>　　4.1.1 壓力傳感器</p><p>　　本系統(tǒng)使用中國航天科技集團公司第七零一研究所生產(chǎn)的AK－4型壓力傳感器。</p><p>　　(1)用途：適用于各種動靜態(tài)，氣、液體介質(zhì)的

107、壓力測量控制。</p><p><b>　　(2)特點：</b></p><p>　　1)具有零點、靈敏度調(diào)整功能，標準電壓、電流信號輸出</p><p>　　2)精度高，性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)緊湊、安裝使用方便</p><p>　　3)根據(jù)用戶要求可提供各種螺紋接口</p><p>　　4)AK-4

108、a:普通型鋁外殼</p><p>　　AK-4b:不銹鋼外殼</p><p>　　AK-4c:密封型，全O圈密封，隔潮；全不銹鋼結(jié)構(gòu)，防腐</p><p>　　AK-4F:數(shù)顯壓力變送器，直接顯示壓力數(shù)值，并具有變送功能</p><p>　　(3)主要技術(shù)指標:</p><p>　　測量額定壓力在0～10MPa范圍內(nèi)，