機械畢業(yè)設(shè)計（論文）-基于labview的風(fēng)機性能遠程測試系統(tǒng)的研究【全套圖紙】

1、<p><b>　　編號</b></p><p><b>　　無錫太湖學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p>　　題目： 基于LabVIEW的風(fēng)機性能 </p><p>　　遠程測試系統(tǒng)的研究 <

2、;/p><p>　　信機 系 機械工程及自動化 專業(yè)</p><p>　　學(xué) 號： 　　　　　　　</p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 　 （職稱：高工 ） </p><p>　　（職稱： ）</p><p>　　201

3、3年5月25日</p><p>　　無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p><b>　　誠 信 承 諾 書</b></p><p>　　全套圖紙，加153893706</p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于LabVIEW的風(fēng)機性能遠程測試系統(tǒng)的研究是本人在導(dǎo)

4、師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。</p><p>　　班 級： 機械93 </p><p>　　學(xué) 號： 0923109 </p><p>　　作者姓名： </p>

5、;<p>　　2013 年 5 月 25 日</p><p><b>　　無錫太湖學(xué)院</b></p><p>　　信 機　系 　機械工程及自動化 　專業(yè)</p><p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計論 文 任 務(wù) 書</p><p><b>　　一、題目及專題：</b></p>

6、<p>　　1、題目　　基于LabVIEW的風(fēng)機性能遠程測試系統(tǒng)的研究　 　　</p><p>　　2、專題　 </p><p>　　二、課題來源及選題依據(jù)</p><p>　　課題來源：參考一些網(wǎng)絡(luò)資料，文獻資料，與老師商榷，最終從學(xué)校給定的課題中選定這一課

7、題。 </p><p>　　選題依據(jù)：評判風(fēng)機的性能主要反應(yīng)在三方面：產(chǎn)品質(zhì)量的提高、工作效率的提高和工作質(zhì)量的保證。出廠的風(fēng)機性能能否達到樣本數(shù)據(jù)要求，改造后的風(fēng)機是否能達到性能指標都需要進行性能測試。長期以來，我國的風(fēng)機測試技術(shù)比較落后，主要以手動操作試驗過程、手工測量試驗數(shù)據(jù)、手工繪制數(shù)據(jù)曲線為主，存在勞動力大、測量精度低、手段落后等缺點。然后，現(xiàn)代

8、風(fēng)機性能測試正從傳統(tǒng)人工測試向自動化測試轉(zhuǎn)變。計算機技術(shù)與測試儀器技術(shù)的結(jié)合，使人類研發(fā)出了一種新的測試儀器—虛擬儀器。本文正是利用NI公司開發(fā)的軟件LabVIEW構(gòu)建風(fēng)機性能遠程測試系統(tǒng)的方案。此軟件構(gòu)建的系統(tǒng)實現(xiàn)了“所得及所見” 的可視化人機見面 ，采用的模塊化的思想將系統(tǒng)功能分區(qū)，使得遠程測試技術(shù)達到了一個新的高度。 </p><p>　　三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求：</p&

9、gt;<p>　?、?熟悉虛擬測試儀器和傳統(tǒng)測試儀器的構(gòu)成和特點。 </p><p>　　② 熟練風(fēng)機性能測試的原理和方法、風(fēng)機性能曲線的繪制原理。 </p><p>　?、?熟悉采集系統(tǒng)的設(shè)計和采集原理、熟練步進電機的選擇。 </p><p>　?、?掌握虛擬測試系統(tǒng)的設(shè)計流程和總體結(jié)構(gòu)。

10、 </p><p>　?、?熟練使用系統(tǒng)的操作界面和操作流程。 </p><p><b>　　四、接受任務(wù)學(xué)生：</b></p><p>　　機械93 班 　　姓名 </p><p>　　五、開始及完成日期：</p><p>　　自

11、2012年11月12日 至2013年5月25日</p><p>　　六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）：</p><p>　　指導(dǎo)教師　　　　　　　簽名</p><p><b>　　簽名</b></p><p><b>　　簽名</b></p><p><b>　　教研

12、室主任</b></p><p>　　〔學(xué)科組組長研究所所長〕　　　　　　　簽名</p><p>　　系主任 　　　　　　簽名</p><p>　　2012年11月12日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　風(fēng)機技術(shù)生產(chǎn)和研究的主要環(huán)節(jié)是風(fēng)機性能

13、檢測的試驗。隨著風(fēng)機技術(shù)的發(fā)展，人們對風(fēng)機性能檢測試驗的要求也越來越高。目前，現(xiàn)代風(fēng)機性能測試正從人工測試向自動化測試轉(zhuǎn)變。測試儀器和計算機技術(shù)的結(jié)合，孕育了一種新的檢測儀器—虛擬儀器。虛擬儀器是一種可以利用計算機資源，并由用戶設(shè)計其功能的具有一系列虛擬面板的儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)化是實現(xiàn)風(fēng)機性能遠程測試技術(shù)的關(guān)鍵。在此基礎(chǔ)上，本文提出了利用NI公司開發(fā)軟件LabVIEW構(gòu)建風(fēng)機性能遠程測試系統(tǒng)的方案。</p><

14、p>　　本文主要分為三部分。第一部分介紹了虛擬儀器的特點、組成、概念以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并介紹了LabVIEW的特點；第二部分分析風(fēng)機性能試驗基本原理，然后根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求對傳感器、風(fēng)機工作環(huán)境、旋轉(zhuǎn)擋板和數(shù)據(jù)采集卡等進行了選型，設(shè)計了信號調(diào)理電路；第三部分，以LabVIEW作為開發(fā)平臺具體做出風(fēng)機系統(tǒng)的設(shè)計流程并對風(fēng)機性能遠程測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計進行討論和研究。</p><p>　　關(guān)鍵詞：虛擬儀器；遠程測

15、試；風(fēng)機性能；LabVIEW</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Fan performance testing experiment is an indispensible step in the technology study and production of fan. With the development of th

16、e fan technological, its detection technology requirements are also getting higher. At present, modern fan performance testing is transforming from the traditional manual testing to automatic test.With integration of com

17、puter and testing instruments, virtual instrument has emerged as a new testing technology.With integration of computer and testing instruments, vir</p><p>　　The paper is divided into three parts. The first p

18、art introduced the concept of virtual instruments, characteristics, structure and the virtual network equipment-related network technology,and introduces the feature of LabVIEW. Fan performance test in the second part an

19、alysis the basic principle, and then based on the system design requirements of sensor, fan work environment, the rotary baffle and data acquisition card and so on has carried on the selection, design the signal conditio

20、ning circu</p><p>　　Key words:virtual Instrument; remote testing,;fan performance; LabVIEW</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要III</b></p><p>

21、　　AbstractIV</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><b>　　1.1 引言1</b></p><p>　　1.2 研究的目的和意義1</p><p>　　1.3 國內(nèi)外研究狀況1</p><p>　　1.4 本文研究的內(nèi)容和目

22、標2</p><p>　　2 虛擬儀器技術(shù)及相關(guān)知識3</p><p>　　2.1 虛擬儀器簡述3</p><p>　　2.2 虛擬儀器系統(tǒng)的構(gòu)成3</p><p>　　2.2.1 虛擬儀器的硬件3</p><p>　　2.2.2 虛擬儀器的軟件3</p><p>　　2.3 虛擬儀

23、器的特點3</p><p>　　2.4 虛擬儀器的開發(fā)平臺4</p><p>　　2.4.1 面向儀器與測控過程的圖形化開發(fā)平臺—LabVIEW4</p><p>　　2.4.2 LabVIEW 的特點4</p><p>　　2.5 本章小結(jié)5</p><p>　　3 風(fēng)機性能試驗的原理6</p&g

24、t;<p>　　3.1 風(fēng)機性能試驗概述6</p><p>　　3.1.1 風(fēng)機性能試驗的原理和方法6</p><p>　　3.1.2 風(fēng)機的性能參數(shù)6</p><p>　　3.1.3 風(fēng)機的性能曲線7</p><p>　　3.2 風(fēng)機性能試驗7</p><p>　　3.2.1 風(fēng)機性能測試的環(huán)

25、境參數(shù)7</p><p>　　3.2.2 風(fēng)機性能測試中的結(jié)構(gòu)參數(shù)7</p><p>　　3.2.3 風(fēng)機性能試驗裝置的方案及選用8</p><p>　　3.3 風(fēng)機性能參數(shù)的相關(guān)計算、處理9</p><p>　　3.4 風(fēng)機性能曲線繪制10</p><p>　　3.5 本章小結(jié)10</p>

26、<p>　　4采集系統(tǒng)的設(shè)計11</p><p>　　4.1 風(fēng)機性能測試系統(tǒng)的組成11</p><p>　　4.2 風(fēng)機工況調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計11</p><p>　　4.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計11</p><p>　　4.2.2 步進電機的控制12</p><p>　　4.2.3 步進電機的選擇13&l

27、t;/p><p>　　4.3 系統(tǒng)測試的內(nèi)容與方法13</p><p>　　4.3.1 靜壓的測量13</p><p>　　4.3.2 流量的測量13</p><p>　　4.3.3扭矩的測量15</p><p>　　4.4 傳感器的選用16</p><p>　　4.4.1 壓力傳感器1

28、6</p><p>　　4.4.2 差壓傳感器16</p><p>　　4.4.3 溫度傳感器17</p><p>　　4.4.4 轉(zhuǎn)速傳感器17</p><p>　　4.5 信號調(diào)理電路17</p><p>　　4.6 數(shù)據(jù)采集卡18</p><p>　　5 虛擬測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)20

29、</p><p>　　5.1 系統(tǒng)設(shè)計流程20</p><p>　　5.2 基于虛擬儀器的風(fēng)機性能遠程測試系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)20</p><p>　　5.2.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)21</p><p>　　5.2.2系統(tǒng)主界面22</p><p>　　5.2.3 系統(tǒng)操作流程23</p><p&g

30、t;　　5.3 數(shù)據(jù)采集24</p><p>　　5.4 數(shù)據(jù)處理26</p><p>　　5.4.1 數(shù)據(jù)計算26</p><p>　　5.4.2 曲線擬合27</p><p>　　5.5 試驗數(shù)據(jù)27</p><p>　　5.6 本章小結(jié)29</p><p>　　6 總結(jié)與展望

31、30</p><p><b>　　6.1 總結(jié)30</b></p><p>　　6.2 研究展望30</p><p><b>　　致謝32</b></p><p><b>　　參考文獻33</b></p><p><b>　　1 緒論&

32、lt;/b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　風(fēng)機使用面廣，種類繁多，遍及國民經(jīng)濟各部門，利用風(fēng)機產(chǎn)生的氣流為介質(zhì)進行工作，可實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中分離、清選、加熱烘干、除塵降溫、物料輸送、通風(fēng)換氣等多種工作。所以，在我國的化工、冶金和建材等部門，風(fēng)機得到了廣泛的應(yīng)用。如冶金工業(yè)中的鍋爐鼓風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)設(shè)備和家用電器設(shè)備中的設(shè)備通風(fēng)和

33、冷卻、風(fēng)洞風(fēng)源和氣墊船的充氣和推進、化工業(yè)中的氣體排送、采礦業(yè)中的礦井通風(fēng)、廠房的通風(fēng)等都離不開風(fēng)機。在農(nóng)業(yè)中氣力播種、谷物清選、植物保護、物料干燥、農(nóng)副產(chǎn)品加工以及物料輸送等方面都要用到風(fēng)機[1]。</p><p>　　風(fēng)機系統(tǒng)中處于核心地位是氣力輸送，它輸送的風(fēng)量和提供的壓力強有力地保證了系統(tǒng)的可靠性和有效性。風(fēng)機的安全可靠性在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的地位顯而易見。而風(fēng)機的安全性及其工作效益與它的性能息息相關(guān)，所以風(fēng)機

34、具備良好的性能可以保障日常生產(chǎn)安全運行。由于風(fēng)機內(nèi)氣體流動的復(fù)雜性，目前還很難用單純的理論計算方法準確地獲得風(fēng)機性能曲線，只能通過試驗方法測定。因此，快速準確地測定風(fēng)機性能參數(shù)并繪制性能曲線對開展風(fēng)機的研究有重要的意義。</p><p>　　1.2 研究的目的和意義</p><p>　　評判風(fēng)機的性能主要反應(yīng)出三方面：產(chǎn)品質(zhì)量的提高、工作效率的提高和工作質(zhì)量保證的關(guān)鍵因素。校驗產(chǎn)品的氣動性

35、能能否達到設(shè)計要求、出廠的風(fēng)機性能能否達到樣本數(shù)據(jù)的要求、改造后的風(fēng)機是否能達到性能指標都需要進行性能測試。性能測試也是診斷故障的前提。風(fēng)機的工作體現(xiàn)在輸送流量、產(chǎn)生全壓、所需功率及效率。為了人們能正確使用風(fēng)機，我們必須了解這些參數(shù)之間的相互關(guān)系。但由于風(fēng)機理論至今尚未完善，所以大部分依賴于狀態(tài)試驗獲取風(fēng)機狀態(tài)參數(shù)。風(fēng)機狀態(tài)試驗原理是在風(fēng)機轉(zhuǎn)速不變的情況下改變，改變風(fēng)機的流量來檢測風(fēng)機的其他各個參數(shù)，并且繪制狀態(tài)曲線。</p>

36、;<p>　　目前，風(fēng)機用戶為提高自身的經(jīng)濟效益，在選擇風(fēng)機時對風(fēng)機的各指標提出了更為嚴格的要求，如壓力，轉(zhuǎn)速，流量，噪聲，功率，可靠性等。與此同時，風(fēng)機生產(chǎn)廠家為了提高自身的競爭能力，在努力提高機械加工，改進氣動設(shè)計的同時，也對風(fēng)機狀態(tài)試驗的開發(fā)和研究給予了高度的重視。長期以來，我國的風(fēng)機測試技術(shù)比較落后，主要以手動操作試驗過程、手工測量試驗數(shù)據(jù)、手工繪制數(shù)據(jù)曲線為主，存在勞動強度大、測量精度低、測量手段落后等缺點。然而

37、，現(xiàn)代風(fēng)機性能測試正迅速從傳統(tǒng)人工測試向自動化測試轉(zhuǎn)變。計算機技術(shù)與測試儀器技術(shù)的結(jié)合，使得人類研發(fā)出了一種新的測試儀器—虛擬儀器。虛擬測試技術(shù)和計算機通信技術(shù)的結(jié)合，使得虛擬儀器應(yīng)運而生，信號的采集、處理和傳輸形成了一體化，不再受環(huán)境、地域等的限制。虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)化是虛擬儀器目前發(fā)展的必然趨勢。由此，本文提出了利用NI 公司開發(fā)軟件LabVIEW構(gòu)建風(fēng)機性能遠程測試系統(tǒng)的方案。</p><p>　　1.3 國內(nèi)

38、外研究狀況</p><p>　　在過去的70年，風(fēng)機的應(yīng)用不斷拓廣。1922 年，羅本遜先生的《礦井通風(fēng)實踐》，使得風(fēng)機控制開始從自然通風(fēng)過渡到機械通風(fēng)。 </p><p>　　丹麥是世界上研究風(fēng)機最早國家之一，很多風(fēng)機制造商如Bonus公司、Vestas和Wincon風(fēng)機公司都具有先進的風(fēng)機性能試驗系統(tǒng)，能夠自動測試風(fēng)機性能參數(shù)，并且進行分析，以此指導(dǎo)風(fēng)機生產(chǎn)，提高風(fēng)機性能和效率。

39、</p><p>　　我國風(fēng)機性能測試大體上經(jīng)歷三個階段[2][3]：</p><p>　?。?）上世紀五十年代以后，我國許多學(xué)院和高等院校以化工部門頒發(fā)的標準研制了風(fēng)機測試試驗臺，但測試手段落后，主要以手工測量為主。采用畢托管、杠桿測矩等傳統(tǒng)儀器進行數(shù)據(jù)采集，人工計算、流量、壓力、效率和功率等參數(shù)，手工繪制性能曲線。這樣測測精度不高、勞動強度大、工作效率低。</p><

40、;p>　　（2）八十年代中期，可編程計算機PC-1500的出現(xiàn)使風(fēng)機性能測試程序?qū)崿F(xiàn)了部分儀表測試的自動化；后來出現(xiàn)APPLEⅡ微型計算機和有關(guān)測試儀器，通過GPIB總線在計算機上存儲、顯示、處理數(shù)據(jù)和打印，由自動繪圖儀拷貝試驗結(jié)果大大提高了工作效率。</p><p>　?。?）以上風(fēng)機測試系統(tǒng)大部分為半自動測試，其測量信息不能綜合管理，且界面不夠友好。隨著計算機Windows操作系統(tǒng)的展，華中科技大學(xué)動力

41、工程系成功開發(fā)一種基于Windows環(huán)境，采用Visual Basic6.0開發(fā)設(shè)計的一套計算機輔助試驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠完成試驗數(shù)據(jù)的計算機自動集、顯示、處理、存盤、打印及曲線的實時屏顯，并且能夠查詢當(dāng)前和歷史試驗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了人機界面的良好。</p><p>　　1.4 本文研究的內(nèi)容和目標</p><p>　　在本文中，我們以風(fēng)機性能測試系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、特點以及數(shù)字化測試技術(shù)為核心，以虛

42、擬儀器模塊化的設(shè)計思想為依據(jù)，利用LabVIEW軟件構(gòu)建的一個C/S模式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來對風(fēng)機性能進行遠程測試。具體研究內(nèi)容如下：</p><p>　　1、對風(fēng)機性能試驗基礎(chǔ)的研究。</p><p>　　2、利用風(fēng)機性能試驗的原理，確定系統(tǒng)設(shè)計的方案和系統(tǒng)實現(xiàn)的功能，并確定本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3、根據(jù)對LabVIEW構(gòu)建的虛擬儀器系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)的分析，

43、對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和體系進行深入分析。</p><p>　　4、以虛擬儀器模塊化和層次化為設(shè)計思想，，確定系統(tǒng)的功能模塊。</p><p>　　5、采用LabVIEW軟件平臺將功能模塊進行編程，全面優(yōu)化數(shù)據(jù)采集和處理、曲線擬合、數(shù)據(jù)存儲等方面。</p><p>　　6、在LabVIEW平臺上實現(xiàn)客戶端與現(xiàn)場儀器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，從而實現(xiàn)遠程檢測。</p>&l

44、t;p>　　2 虛擬儀器技術(shù)及相關(guān)知識</p><p>　　虛擬技術(shù)、計算機通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是信息技術(shù)的重要組成部分，它們被稱為21</p><p>　　世紀科學(xué)技術(shù)中的三大核心技術(shù)。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)大大的改變了人們現(xiàn)有的工作模式、思維模式和生活模式。</p><p>　　2.1 虛擬儀器簡述</p><p>　　1986年，美國國

45、家儀器公司(National Instruments Corporation簡稱NI)首先提出來虛擬儀器。它的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無法改變的固有模式。給用戶一個充分發(fā)揮自己才能和想象力的空間，用戶(而不是廠家)可以根據(jù)自己的需求，設(shè)計自己的儀器系統(tǒng)。虛擬儀器中的“虛擬”包括以下兩方面：（1）虛擬儀器面板是虛擬的。虛擬儀器面板控件是與實物相似的“圖標”，用戶只需選用和軟件程序相似的圖形“控件”，然后通過計算機的鼠標來對其進

46、行操作。（2）虛擬儀器測量功能都是由軟件編程來實現(xiàn)的。</p><p>　　2.2 虛擬儀器系統(tǒng)的構(gòu)成</p><p>　　任何測量系統(tǒng)都必須包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和處理和數(shù)據(jù)顯示和輸出三個模塊，虛擬儀器就是將這些模塊用不同的硬件和軟件來實現(xiàn)。</p><p>　　2.2.1 虛擬儀器的硬件</p><p>　　虛擬儀器測試系統(tǒng)的硬件通常包括

47、傳感器、信號采集、信號調(diào)理、等I/O接口設(shè)備和通用計算機。計算機一般是PC機或工作站，是整個硬件的核心，；傳感器則是測試系統(tǒng)獲取外界信息的通道；I/O接口設(shè)備則采集、放大、A/D、D/A轉(zhuǎn)換被測信號等。</p><p>　　2.2.2 虛擬儀器的軟件</p><p>　　虛擬儀器系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)包含以下三部分：</p><p>　　I/0 接口軟件：是最接近硬件的軟件

48、層，存在于驅(qū)動程序和硬件之間，為硬件和驅(qū)動程序提供信息交流。</p><p>　　驅(qū)動程序?qū)樱阂话阋詣討B(tài)鏈接庫或靜態(tài)庫形式供應(yīng)用程序調(diào)用，是實現(xiàn)儀器控制的橋梁。驅(qū)動程序的實質(zhì)是一個較為抽象的操作函數(shù)集，為用戶提供儀器操作。</p><p>　　應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境：是虛擬儀器的核心，可以完成測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分析、計算、顯示和輸出等任務(wù)。</p><p>　　表2-1虛擬儀

49、器與傳統(tǒng)儀器的比較</p><p>　　2.3 虛擬儀器的特點</p><p>　　虛擬儀器是基于計算機技術(shù)的一種全新的儀器設(shè)計概念，它與傳統(tǒng)儀器相比顯示出了眾多的優(yōu)點[4]。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較見表2-1[5]</p><p>　　虛擬儀器測試系統(tǒng)是集控制、測量、計算為一體，各種自動測試工作都是在計算機參與下完成的。因此虛擬儀器的特點可歸納為[6]：</

50、p><p>　　（1）在通用硬件平臺確定后，由軟件取代傳統(tǒng)儀器中的硬件來完成儀器的功能；</p><p>　?。?）儀器的功能是用戶根據(jù)需要由軟件來定義的，突出“軟件就是儀器”的新概念；</p><p>　?。?）儀器性能的改進和功能擴展只需進行軟件的設(shè)計更新，不需要重新購買新的儀器；</p><p>　?。?）研發(fā)周期比傳統(tǒng)儀器相比大為縮短；&

51、lt;/p><p>　?。?）虛擬儀器硬件和軟件都制定了開放的工業(yè)標準；</p><p>　?。?）虛擬儀器開放、靈活，可與計算機同步發(fā)展，可與網(wǎng)絡(luò)及其它周邊設(shè)備互聯(lián)，以便于構(gòu)成復(fù)雜的測試系統(tǒng)；</p><p>　　（7）性價比高。虛擬儀器的信號傳送和數(shù)據(jù)處理幾乎都是靠數(shù)字信號或軟件來實現(xiàn)的，大大降低了系統(tǒng)誤差和環(huán)境干擾和影響；</p><p>

52、　　2.4 虛擬儀器的開發(fā)平臺</p><p>　　2.4.1 面向儀器與測控過程的圖形化開發(fā)平臺—LabVIEW</p><p>　　LabVIEW 是 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench（實驗室虛擬儀器工程平臺）的縮寫，主要用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域。它是一種基于圖形編程語言—G 語言(Graphical

53、Programming Language)的可視化開發(fā)平臺[7]。</p><p><b>　　（1）G語言編程</b></p><p>　　LabVIEW 與常規(guī)的 BASIC、C/C+等語言相比，它具有語言的所有特性，如相似的程序調(diào)試工具、數(shù)據(jù)類型，以及模塊化的編程特點等，二者的區(qū)別僅僅是編程方式不同。但二者最大的區(qū)別是LabVIEW使用圖形語言（各種圖標、圖形、

54、連線等）以框圖的形式編寫程序。所以，LabVIEW不僅僅是一個功能較完整的軟件開發(fā)環(huán)境，而是一種真正的編程語言，由于其獨特的圖形化編程方式，又被稱為G語言[8]。</p><p>　　（2）基于LabVIEW的虛擬儀器程序設(shè)計結(jié)構(gòu)</p><p>　　LabVIEW程序稱為虛擬儀器程序（Virtual Instrument），簡稱為VI。一個VI程序都由三個主要部分組成：前面板、框圖程序、

55、圖標/連接器。</p><p>　　前面板（Front Panel）是虛擬程序的交互式圖形化用戶界面，目的是仿真?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的前面板，用于設(shè)置用戶輸入和顯示程序輸出。</p><p>　　框圖程序（Block Diagram）是利用圖形語言對前面板上的控制量和指示量進行控制，也是 LabVIEW 作為G語言的主要體現(xiàn)。</p><p>　　圖標/連接器（Icon/Con

56、nector）用于把 VI 定義成一個子程序（Sub VI），這種子程序可以在其它程序中加以調(diào)用，這使LabVIEW得以實現(xiàn)層次化、模塊化編程。</p><p>　　2.4.2 LabVIEW 的特點</p><p>　　LabVIEW 軟件的特點可歸納為以下幾點[9]：</p><p>　　（1）圖形化的儀器編程環(huán)境：使用“所見即所得”的可視化技術(shù)建立人機界面。

57、在測控領(lǐng)域，LabVIEW提供了大量的儀器面板中的控制對象，用戶還可以通過控制編輯器將控制對象修改成自己喜歡的個性特點的控制對象；</p><p>　　（2）內(nèi)置的程序編譯器：它采用編譯方式運行32位應(yīng)用程序，解決了其他按解釋方式工作的圖形編程平臺速度慢的問題；</p><p>　?。?）并行機制：功能模塊用圖標表示，數(shù)據(jù)傳遞用連線表示，使用大多數(shù)人熟悉的數(shù)據(jù)流程圖式的語言編程，這樣使得編

58、程過程與思維模式非常相似；</p><p>　?。?）靈活的程序調(diào)試手段：用戶可以在源代碼中設(shè)置斷點、單步執(zhí)行源代碼、在源代碼中的數(shù)據(jù)流連線上設(shè)置探針，觀察程序運行過程中數(shù)據(jù)流的變化等；</p><p>　　（5）支持多種系統(tǒng)平臺：在Windows NT/95，UNIX，HP等系統(tǒng)平臺上，NI都提供了相應(yīng)版本的軟件，并且平臺之間開發(fā)的應(yīng)用程序可直接進行移值；</p><

59、p>　?。?）強大的函數(shù)庫：從基本的數(shù)學(xué)函數(shù)、字符串處理函數(shù)、數(shù)組運算函數(shù)和文件輸入輸出函數(shù)到高級的數(shù)字信號處理函數(shù)和數(shù)值分析函數(shù)，可供用戶直接調(diào)用；</p><p>　?。?）開放式的開發(fā)平臺：提供DLL接口和CIN節(jié)點來使用戶有能力在LabVIEW平臺上使用其它軟件平臺編譯的模塊；</p><p>　?。?） 網(wǎng)絡(luò)功能：它支持 TCP/IP，DDE，DataSocket 等功能。

60、</p><p><b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先介紹了虛擬儀器的概念，進而對虛擬儀器系統(tǒng)的軟硬件組成及其虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW進行了詳細的闡述和討論，對傳統(tǒng)儀器和虛擬儀器的優(yōu)缺點進行比較，總結(jié)出了虛擬儀器的特點。</p><p>　　3 風(fēng)機性能試驗的原理</p><p>　　

61、3.1 風(fēng)機性能試驗概述</p><p>　　3.1.1 風(fēng)機性能試驗的原理和方法</p><p>　　風(fēng)機工作過程總是離不開管網(wǎng)的，氣體在風(fēng)機中獲得外功時，其壓力與流量之間的關(guān)系是根據(jù)與風(fēng)機的性能曲線變化的。而當(dāng)氣體通過管網(wǎng)時，其全壓—流量（P-Q）關(guān)系隨管網(wǎng)的性能曲線變化而變化。因此，總結(jié)出風(fēng)機的性能與管網(wǎng)的性能之間必須有以下關(guān)系：</p><p>　?。?）通

62、過風(fēng)機氣體流量與管網(wǎng)的氣體流量肯定完全相等；</p><p>　?。?）風(fēng)機所產(chǎn)生的全壓的一部分壓力用于克服管網(wǎng)中的阻力H，我們稱之為靜壓Ps，其余部分則在氣流從管網(wǎng)出口時消耗，我們稱之為動壓Pd，風(fēng)機的全壓P則等于管網(wǎng)的總阻力消耗的加上管網(wǎng)出口時損失的，即 P=H+Pd。圖3.1為風(fēng)機壓力與管網(wǎng)阻力之間的關(guān)系。要滿足上述要求，整個裝置試驗條件只能在風(fēng)機P-Q 曲線與管網(wǎng)性能曲線的交點處A上運行。在A點處，兩者的

63、流量Qm是相等的，阻力H與靜壓力也是相等的，我們把A點稱為工況點。工況點的位置是由管網(wǎng)性能曲線與風(fēng)機靜壓曲線的交點來決定的，當(dāng)管網(wǎng)性能曲線變?yōu)?H'、H''時，工況點也會隨之改變，若風(fēng)機的壓力曲線不變，工況點就會沿著壓力曲線移動至A'、A''。風(fēng)機性能測試就是基于這一原理，在風(fēng)機的轉(zhuǎn)速不變時，調(diào)節(jié)排氣節(jié)流閥的開度，改變管網(wǎng)特性曲線、改變工況點，從而改變了風(fēng)機的流量等參數(shù)，在各個對應(yīng)的工況點

64、下測定該風(fēng)機的動壓、靜壓、軸功率、電機轉(zhuǎn)速等參數(shù)，再通過計算得到各工況點的效率，進而繪制風(fēng)機的性能曲線，包流量—靜壓（Q-Ps）曲線、流量—功率（Q-N）曲線、流量—效率（Q-η）曲線、流量—全壓曲線（Q-P）等，對風(fēng)機在一定轉(zhuǎn)速下的性能標定進行控制。</p><p>　　圖3.1 風(fēng)機壓力和管網(wǎng)阻力的關(guān)系</p><p>　　由于風(fēng)機內(nèi)部流體運動規(guī)律相當(dāng)復(fù)雜，至今我們還不能靠理論的方法準

65、確計算出它的各種損失，因而不能準確的計算出風(fēng)機的各性能參數(shù)，所以用計算的方法得到的風(fēng)機性能曲線與實際的性能曲線有著較大差異。特別對于非設(shè)計工況，計算值與實際值的誤差就更大。因此，我們要通過試驗確定風(fēng)機工作性能參數(shù)，從而確定工作風(fēng)機的工作性能曲線，從而確定風(fēng)機的工作范圍，以便向用戶提供高效率的風(fēng)機。</p><p>　　3.1.2 風(fēng)機的性能參數(shù)</p><p>　　風(fēng)機主要性能參數(shù)有流量、

66、全壓、功率、轉(zhuǎn)速及效率等。</p><p>　?。?）流量：單位時間內(nèi)風(fēng)機所輸送的流體量稱為為流量，也稱為風(fēng)量。常用體積流量Q表示，其單位為“”或“”。</p><p>　?。?）全壓：單位體積的氣體在風(fēng)機內(nèi)所獲得的能量稱為全壓，也稱為風(fēng)壓。常用P表示，單位為。</p><p>　?。?）軸功率：原動機傳遞給風(fēng)機轉(zhuǎn)軸上的功率，即為輸入功率，又稱為軸功率，常用表示，單

67、位為kw。</p><p>　　（4）有效功率：單位時間內(nèi)通過風(fēng)機的氣體所獲得的總能量稱為有效功率，常用表示，單位 kW。</p><p>　?。?）效率：風(fēng)機輸入功率不可能全部傳給被輸送氣體，其中肯定一部分的能量損失，被輸送的氣體實際得到的功率比原動機傳遞至風(fēng)機軸端的功率要小，風(fēng)機有效功率與軸功率之比稱為風(fēng)機效率。常以表示。風(fēng)機全壓效率可達90％。風(fēng)機效率越高，則氣體從風(fēng)機中得到的能量有

68、效部分就越大，經(jīng)濟性就越高。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速：風(fēng)機軸每分鐘的轉(zhuǎn)速稱為轉(zhuǎn)速，常以n表示，單位為r/min。</p><p>　　3.1.3 風(fēng)機的性能曲線</p><p>　　由于理論計算得不到準確的風(fēng)機特性曲線，因此，在實際應(yīng)用上，都采用試驗方法繪制。由試驗得到風(fēng)機的性能參數(shù)繪制風(fēng)機的性能曲線為風(fēng)機性能測試的最終結(jié)果。</p><

69、p>　　3.2 風(fēng)機性能試驗</p><p>　　本文用風(fēng)機空氣動力特性試驗的方法，求得風(fēng)機溫度、壓力、流量、濕度、轉(zhuǎn)速及功率等參數(shù)。區(qū)別于傳統(tǒng)的風(fēng)機性能參數(shù)的人工測量，本課題采用以計算機為核心，配以自動化程度較高的測試傳感器件組成測試系統(tǒng)。</p><p>　　3.2.1 風(fēng)機性能測試的環(huán)境參數(shù)</p><p>　　風(fēng)機性能測試的標準環(huán)境參數(shù)如下：</

70、p><p><b>　　空氣溫度：=20℃</b></p><p>　　絕對壓力：=1.013×10^3</p><p><b>　　相對濕度：=50%</b></p><p><b>　　氣體密度：</b></p><p><b>　　

71、氣體常數(shù)：</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用以上標準環(huán)境參數(shù)進行設(shè)計。</p><p>　　3.2.2 風(fēng)機性能測試中的結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p><b>　　風(fēng)機出口面積：</b></p><p><b>　　風(fēng)管直徑：</b></p><p>　　節(jié)流裝置

72、的開孔直徑：</p><p><b>　　風(fēng)機葉輪外徑：</b></p><p><b>　　孔板與風(fēng)管直徑比：</b></p><p><b>　　孔板流量系數(shù)：</b></p><p>　　在本測試中，我們設(shè)定管道氣流的雷諾數(shù)在 的范圍之內(nèi)，又根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)可知：,所以選取孔

73、板流量系數(shù)α 和氣體膨脹系數(shù)ε，根據(jù)本試驗的布置，本系統(tǒng)中，。</p><p>　　3.2.3 風(fēng)機性能試驗裝置的方案及選用</p><p>　　風(fēng)機的性能試驗裝置，是由節(jié)流器、整流器和風(fēng)管等部件組成。這些部件必須保證風(fēng)機在任何工作情況下，氣流流動穩(wěn)定，不會出現(xiàn)渦流。</p><p>　　風(fēng)機性能試驗裝置分為風(fēng)室式和風(fēng)管式兩類[10]。風(fēng)室式試驗裝置由流量風(fēng)室、測試

74、管路、輔助通風(fēng)機、整流器和流量調(diào)節(jié)器等組成，根據(jù)腔室與通風(fēng)機進口和出口的連接方式不同，分為進氣風(fēng)室和出氣風(fēng)室兩種試驗裝置；風(fēng)管式試驗由流量調(diào)節(jié)裝置、測試管路、錐形連接管以及整流裝置等組成。根據(jù)試驗管路與通風(fēng)機進氣口和出氣口的連接方式不同，分為進氣、出氣、進出氣三種試驗裝置。</p><p>　　進氣試驗：這種布置形式只在風(fēng)機進口設(shè)置管道，如圖3.2所示。氣體從集流器l 進入吸風(fēng)管道2，再流入葉輪3，在管道進口處裝

75、有調(diào)節(jié)風(fēng)量用的錐形節(jié)流門4，并在吸風(fēng)管道中放置測量流量用的畢托管5和靜壓測管6。</p><p>　　排氣試驗：這種布置形式只在風(fēng)機出口設(shè)置管道，如圖3.3所示。氣體從集流器1進入葉輪2，由葉輪流出的氣體從排風(fēng)管道3流出，用出口錐形二冷流門4調(diào)節(jié)流量，并在管道上裝設(shè)靜壓測管5和畢托管6。</p><p>　　進排氣聯(lián)合試驗：這種布置形式是在風(fēng)機進出口都裝設(shè)管道，如圖3.4所示。氣體由集流器

76、1進入吸風(fēng)管2。經(jīng)葉輪3流入排風(fēng)管道4，然后排出，在出口裝一錐形節(jié)流門5調(diào)節(jié)風(fēng)量。并在進出口管道上裝設(shè)靜壓測管6和畢托管7。在試驗中采用哪一種布置形式，可根據(jù)各自的習(xí)慣及現(xiàn)場的試驗條件來決定。例如送風(fēng)機是從大氣吸入空氣，經(jīng)管道送入爐膛，應(yīng)采用排氣試驗裝置。引風(fēng)機是抽出爐膛的煙氣使之排入大氣，則應(yīng)采用進排氣聯(lián)合試驗裝置。因本系統(tǒng)原有試驗臺為一風(fēng)管式試驗臺，所以，本系統(tǒng)采用風(fēng)管式排氣試驗裝置。</p><p>　　圖

77、3.2進氣試驗裝置</p><p>　　1一集流器 2一進氣風(fēng)管 3一葉輪 4一錐形節(jié)流門 5一畢托管 6一靜壓測管</p><p>　　圖3.3排氣試驗裝置</p><p>　　1一集流器2一葉輪3一排氣風(fēng)管4一錐形節(jié)流門5一靜壓測管6一畢托管</p><p><b>　　圖3.4進排氣試驗</b></p>

78、<p>　　1一集流器2一吸風(fēng)管3一葉輪4一排風(fēng)管5一錐形節(jié)流閥6一靜壓測管7一畢托管</p><p>　　由風(fēng)機狀態(tài)試驗方法可以看出，風(fēng)機狀態(tài)試驗應(yīng)主要完成試驗數(shù)據(jù)的測量、風(fēng)機狀態(tài)參數(shù)的計算、風(fēng)機試驗臺的控制和風(fēng)機狀態(tài)曲線的繪制四部分內(nèi)容。所以，如何使這四部分功能實現(xiàn)自動化是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。</p><p>　　3.3 風(fēng)機性能參數(shù)的相關(guān)計算、處理</p>&

79、lt;p>　　在風(fēng)機狀態(tài)試驗臺上由傳感器測得的試驗數(shù)據(jù)包括壓差、靜壓、扭矩等信號，而風(fēng)機狀態(tài)參數(shù)包括流量、全壓、靜壓、功率、效率等數(shù)值，所以試驗測得的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過計算、整理才能得到風(fēng)機狀態(tài)參數(shù)值，以下為狀態(tài)參數(shù)計算公式：</p><p>　　風(fēng)機流量： （3.1）</p><p>　　風(fēng)機

80、動壓： （3.2）</p><p>　　風(fēng)機全壓： (3.3) </p><p>　　風(fēng)機軸功率：

81、 （3.4）</p><p>　　風(fēng)機有效功率： （3.5）</p><p>　　風(fēng)機效率： （3.6）</p><p>　　風(fēng)機流量

82、系數(shù)： （3.7）</p><p>　　風(fēng)機壓力系數(shù)： （3.8）風(fēng)機功率系數(shù)： （3.9）</p>&

83、lt;p>　　其中：-氣體膨脹系數(shù)</p><p><b>　　-孔板流量系數(shù)</b></p><p><b>　　-節(jié)流孔板直</b></p><p><b>　　-風(fēng)機靜壓</b></p><p>　　-風(fēng)機葉輪外徑處的圓周速度</p><p>

84、;<b>　　-空氣密度</b></p><p><b>　　-風(fēng)管直徑</b></p><p><b>　　-電機的輸出扭矩</b></p><p><b>　　-風(fēng)機轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　標準狀態(tài)：大氣壓力P=101324Pa 大氣溫度為t

85、=20℃</p><p>　　相對濕度H=50% 大氣密度P=1.2kg/m</p><p>　　在本系統(tǒng)中風(fēng)管直徑D為360mm，節(jié)流孔板的直徑d0為140mm，開孔比</p><p>　　在下列條件下(其中Rep為管道氣流的雷諾數(shù))：</p><p>　　依據(jù)GB1236-85，選取孔板流量系數(shù)σ本系統(tǒng)中， ，</p>

86、<p>　　3.4 風(fēng)機性能曲線繪制</p><p>　　與通風(fēng)機狀態(tài)表相比，風(fēng)機狀態(tài)曲線更能連續(xù)、全面地反映其狀態(tài)特性。所以各國的通風(fēng)機狀態(tài)試驗方法標準中，都規(guī)定了試驗報告應(yīng)提供氣動狀態(tài)曲線圖。但有些標準對氣動狀態(tài)曲線的繪制未做統(tǒng)一的規(guī)定，繪制的曲線不可避免地存在誤差，尤其用做圖法，其隨意性就更大。因此用統(tǒng)計分析的方法，即用曲線擬合的結(jié)果作為風(fēng)機狀態(tài)曲線的數(shù)學(xué)表達式最為合理。關(guān)于曲線擬合的方式有許

87、多種，如指數(shù)擬合、正交多項式擬合[11]以及切比雪夫擬合等，選用何種方法，應(yīng)根據(jù)原始數(shù)據(jù)所描繪的圖形來決定。對于風(fēng)機，由于其特性曲線的形狀多為拋物線型，所以本文采用最小二乘法原則來擬合狀態(tài)參數(shù)。所謂最小二乘法就是用數(shù)學(xué)統(tǒng)計的方法處理試驗觀測值，使試驗觀測值的期待值等于他的理論值，達到對觀測值的校正。</p><p><b>　　3.5 本章小結(jié)</b></p><p>

88、;　　本章首先對風(fēng)機性能試驗做了詳細的闡述，包括風(fēng)機的性能參數(shù)的概念，風(fēng)機性能實驗裝置以及風(fēng)機性能參數(shù)的處理方法，并且最后對風(fēng)機性能曲線的繪制方法做出了選型。</p><p><b>　　4采集系統(tǒng)的設(shè)計</b></p><p>　　4.1 風(fēng)機性能測試系統(tǒng)的組成</p><p>　　雖然軟件在虛擬儀器測試系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用，但仍離不開硬件設(shè)備，

89、對數(shù)據(jù)的輸入輸出，系統(tǒng)硬件設(shè)備組成部分是整個測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)。針對設(shè)計目標，本文采用PC-DAQ測試系統(tǒng)，本PC-DAQ測試系統(tǒng)的硬件主要包括風(fēng)機及配套附件、流量調(diào)節(jié)裝置、步進電機傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、信號調(diào)理電路和通用計算機（PC機）等，主要完成風(fēng)機工況的調(diào)節(jié)和風(fēng)機各性能參數(shù)的采集等工作。虛擬測試系統(tǒng)的硬件組成如圖4.1所示。</p><p>　　大氣溫度、濕度、壓力 鍵盤

90、 </p><p>　　圖4.1虛擬測試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)</p><p>　　在該系統(tǒng)中，試驗的結(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。各個傳感器檢測各路試驗數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)理電路后由DAQ卡傳入到計算機中，系統(tǒng)軟件對各采集信號進行計算處理，將其作為風(fēng)機性能參數(shù)保存下來。當(dāng)用戶發(fā)出指令改變風(fēng)機運轉(zhuǎn)工況時，由工況調(diào)節(jié)裝置來實現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。工況設(shè)定以后，重復(fù)上

91、述信號采集、處理過程，直至檢測全部工況的試驗數(shù)據(jù)，最后運用最小二乘法擬合試驗數(shù)據(jù)，繪制風(fēng)機性能曲線。</p><p>　　4.2 風(fēng)機工況調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計</p><p>　　風(fēng)機性能試驗是在一定轉(zhuǎn)速下改變風(fēng)機工況，即在改變風(fēng)管中氣流流量的情況下進行的，是通過測量出多個工況點的參數(shù)而繪制出風(fēng)機的性能曲線。本系統(tǒng)采用自行設(shè)計的旋轉(zhuǎn)擋板裝置，在風(fēng)機進口處安裝圓形擋板，通過步進電機拖動圓形擋板旋轉(zhuǎn)

92、來實現(xiàn)風(fēng)管進口大小的變化，從而實現(xiàn)風(fēng)機工況的調(diào)節(jié)。</p><p>　　4.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　為實現(xiàn)風(fēng)管進口氣流流量的調(diào)節(jié)，即風(fēng)機工況的調(diào)節(jié)，本系統(tǒng)設(shè)計一旋轉(zhuǎn)擋板裝置。旋轉(zhuǎn)擋板的結(jié)構(gòu)簡圖如圖4.2所示。在風(fēng)管進口處安裝一圓形擋板，步進電機通過減速器帶動圓形擋板的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)擋板與風(fēng)管進口處孔隙的變化，即實現(xiàn)流量的變化。</p><p>　　1 減速

93、器 2風(fēng)管 3圓形擋板 4聯(lián)軸器 5步進電機</p><p>　　圖4.2旋轉(zhuǎn)擋板的結(jié)構(gòu)簡圖</p><p>　　風(fēng)機工況調(diào)節(jié)的過程：風(fēng)機的工作流程如圖4.3所示，由DAQ卡上的脈沖輸出口輸出脈沖信號加于數(shù)字電路板，控制步進電機的步進角度、正反轉(zhuǎn)及步進速度；數(shù)字電路板用于脈沖分配和步進電機的驅(qū)動；將減速器加于步進電機與旋轉(zhuǎn)擋板之間，用于防止風(fēng)機運行過程中由于風(fēng)力過大使擋板產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。

94、通過編程，控制脈沖信號的個數(shù)和正反轉(zhuǎn)信號，當(dāng)用戶發(fā)出指令改變風(fēng)機運轉(zhuǎn)工況時，PC機通過DAQ卡輸出電壓信號，此電壓信號再經(jīng)過電路轉(zhuǎn)換，驅(qū)動步進電機使其轉(zhuǎn)過設(shè)定的角度，控制旋轉(zhuǎn)擋板的轉(zhuǎn)動，這樣就實現(xiàn)風(fēng)機由工況1到工況10的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)了流量的調(diào)節(jié)，其旋轉(zhuǎn)擋板在各工況下的轉(zhuǎn)動情況如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.3旋轉(zhuǎn)擋板的工作流程</p><p>　　圖4.4 圓形擋板各工況下的

95、轉(zhuǎn)動位置</p><p>　　4.2.2 步進電機的控制</p><p>　　以上風(fēng)機工況的調(diào)節(jié)是利用圓形擋板旋轉(zhuǎn)不同的角度而實現(xiàn)氣流流量的調(diào)節(jié)，而擋板的旋轉(zhuǎn)角度是由步進電機來控制的。當(dāng)系統(tǒng)將一個電脈沖信號加到步進電機定子繞組時，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步；當(dāng)電脈沖按某一相序加到電機時，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動的步數(shù)就等于電脈沖的個數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進電機轉(zhuǎn)子機械位移的大?。桓淖冚斎朊}沖的

96、通電相序，就能控制轉(zhuǎn)子位移的方向，實現(xiàn)位置的控制。當(dāng)電脈沖按某一相序連續(xù)加到步進電機時，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電相序，就可控制步進電機的轉(zhuǎn)速和方向。</p><p>　　4.2.3 步進電機的選擇</p><p>　　由于本系統(tǒng)是通過改變擋板的旋轉(zhuǎn)角度來實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)的，所以精度要求不是很高。步進電機的選擇一般由步距角、靜力矩及電流三大要素

97、來決定[11,12]。步進電機的一個顯著特點是步距角固定，目前步進電機的步距角一般有0. 36°/0. 72°（五相電機）、0. 9°/1. 8°（二、四相電機）、1. 5°/3 °（三相電機），由于精度要求不高，本系統(tǒng)選用1. 5°的步進電機。本流量調(diào)節(jié)裝置中負載為減速器和旋轉(zhuǎn)擋板，轉(zhuǎn)矩在0.5~10N·m之間。根據(jù)實際要求，選擇電流為1.5A的電機。電機

98、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)式步進電機，其型號為 75BF003，其參數(shù)如表4-1 所示。</p><p>　　表4-1 步進電機的參數(shù)</p><p>　　4.3 系統(tǒng)測試的內(nèi)容與方法</p><p>　　4.3.1 靜壓的測量</p><p>　　測量風(fēng)機的靜壓，

99、一般是在風(fēng)管的橫截面上垂直開設(shè)靜壓孔，本文采用D-D/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1D±0.1D處，下游取壓管中心位于距節(jié)流件前端面 D/2±0.02D處。由于流體的慣性很大，常用的“氣動測壓”方法不能測量隨著時間快速變化的壓力值。在電機啟動、加力時，都會產(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量這些壓力。</p><

100、p>　　4.3.2 流量的測量</p><p>　　在流量測量領(lǐng)域里，差壓式流量計的使用一直居首位。差壓式流量計是利用伯努利方程原理來測量流量的儀表。差壓式流量計通常由能將流體流量轉(zhuǎn)換成差壓信號的節(jié)流裝置和測量差壓并顯示流量的差壓計（差壓變送器）組成。它包括節(jié)流式流量計、均速管流量計等，其中，節(jié)流式流量是一類系列化和標準化、種類繁多、應(yīng)用極廣的流量儀表[13]。它的節(jié)流裝置已標準化，如標準孔板、標準噴嘴、文

101、丘里管等。</p><p>　　4.3.2.1 測量原理</p><p>　　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)流體流過節(jié)流裝置時，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。</p><p>　　對于各種形式的節(jié)流裝置，流量測

102、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。為了簡單起見，首先假設(shè)流體是不可壓縮的(密度P不變化)、理想的(流體沒有粘性)、定常流動(管道內(nèi)各點的參數(shù)不隨時間變化)，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]：</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　其中：p1和p2和分別為截面F1(I-I)和F2(II

103、-II)上的靜壓力；vl和v2’為截面F1和F2處的平均流；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</p><p>　　(4.2) </p><p>　　式(4.2)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)流裝置的開孔面積

104、 (4.3)</p><p>　　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(4.3)代入(4.2)有

105、 (4.4) </p><p>　　令為溫度為t1時，開孔面積和管道截面積之比（4.5）代入（4.1）式得 （4.6）</p><p>　　在推導(dǎo)式(4.6)中，壓力和均取F1和F2處流束的平均壓力，而在實際測量中，經(jīng)常取節(jié)流裝置前后端面

106、處的壓力即p1和p2。其次，在推導(dǎo)方程中，沒有考慮流體的摩擦，為此引入系數(shù)ξ對v2進行修正，這樣</p><p><b>　　(4.7)</b></p><p>　　被測流體流過節(jié)流裝置的體積流量為</p><p><b>　　(4.8)</b></p><p>　　令，稱為流量系數(shù)，代入（4.8）

107、得</p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　式4-9為不可壓縮流體流過節(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：</p><p>　　F0：節(jié)流裝置的工作開孔面積。</p><p>　　g=9.51米/秒：重力加速度。</p><p>　　R：不可壓縮流體

108、的重度。</p><p>　　P=p1一P2：節(jié)流裝置前后的壓力差。</p><p>　?。毫髁肯禂?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關(guān)，是一個實驗確定的系數(shù)。</p><p>　　當(dāng)測量氣體和蒸汽的流量時，流體流過節(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，可以從可壓縮流體的泊努力方程(能量)方程和

109、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：</p><p><b>　　(4.10)</b></p><p>　　所以在本測試系統(tǒng)中，通過壓差變送器測量出節(jié)流孔板兩端的壓差，即可根據(jù)式(4.10)計算出流量的數(shù)值。</p><p>　　

110、4.3.2.2 標準節(jié)流裝置</p><p>　　目前，對不同的節(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，為了達到壓力均衡，也采用不同的方法。對標準節(jié)流裝置，每種節(jié)流元件的取壓方式有明確規(guī)定。對孔板裝置，目前國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)定為標準孔板的取壓方法。而在我國國家標準中，規(guī)定可以采用角接取壓和法蘭取壓兩種方式。對

111、于角接取壓可以采用環(huán)室或加緊環(huán)(單獨鉆孔)，對于法蘭取壓，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法蘭組成。孔徑b<0.08D，實際尺寸為6~12毫米。取壓孔軸線距離節(jié)流件前后端面為25.4毫米。節(jié)流裝置的測量精度，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)水力部件對流束造成的

112、擾動，使測量可靠。</p><p>　　4.3.2.3 檢測裝置</p><p>　　由以上論述看出，通過孔板的流體的流量與孔板兩端的壓力差的平方根成正比。本試驗裝置中，此壓差信號由壓差式變送器測量。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量儀表的（70~80%）。他不僅可以用來顯示，而且可以經(jīng)壓差變送器轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標準信號4~20 mA(或l~5V)

113、以便送到單元組合儀表及計算機進行上業(yè)過程控制。差壓式節(jié)流裝置的特點是：結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長，適應(yīng)能力強，幾乎能測量各種工作狀態(tài)(包括高溫、高壓)下的流量。</p><p>　　本系統(tǒng)采用壓差變送器BC69，其技術(shù)指標如表4-2所示。</p><p>　　表4-2壓差傳感器的技術(shù)指標</p><p>　　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