基于流量的水泵運(yùn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)專業(yè)

1、基于流量的水泵運(yùn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)摘要摘要：水泵技術(shù)是一個(gè)半理論和半經(jīng)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)學(xué)科。在水泵的開(kāi)發(fā)中已經(jīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。腳的地位和作用。作者指的是大量國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，主要關(guān)注泵流量，提出了磁頭，軸功率和速度的測(cè)試原理和測(cè)試方法，并將電測(cè)量方法與電機(jī)效應(yīng)相結(jié)合。速率特性曲線測(cè)量泵軸功率，從而避免損耗分析方法中的大量復(fù)雜中間過(guò)程，滿足測(cè)試設(shè)備的自動(dòng)測(cè)量要求;使用漏磁感應(yīng)線圈法測(cè)量電機(jī)的速度來(lái)彌補(bǔ)其他水下電機(jī)測(cè)試速度測(cè)量方法的局限性已經(jīng)適用于Ryan公司開(kāi)發(fā)的潛水泵。實(shí)際需要。在此基礎(chǔ)上，作者設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)系統(tǒng)的外圍測(cè)量方法。該電路實(shí)現(xiàn)了各種傳感器輸出信號(hào)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)采集。此外,作者還對(duì)水泵測(cè)試系

2、統(tǒng)的精度作了分析,對(duì)測(cè)量系統(tǒng)誤差的主要來(lái)對(duì)源進(jìn)行了探索，得出了用于選擇測(cè)試儀器精度的數(shù)學(xué)模型。在處理測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，采用中值濾波和二次曲線擬合技術(shù)，盡可能確保軟件測(cè)量值的準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：水泵；數(shù)據(jù)采集；流量Abstract:Water pump technology is a semi-theoretical and semi-empirical experimental subject. Experimental research is of great significance in the development of water pumps. A pivotal position and

3、role. The author, referring to a large number of relevant domestic and foreign documents, emphatically discusses the pump flow rate,The testing principle and method of lift, shaft power and rotating speed are proposed, and the electric measuring method is combined with motor efficiency.The rate char

4、acteristic curve measures the shaft power of the water pump, thus avoiding a large number of complicated intermediate processes in the loss analysis method.The automatic measurement requirements of the test device are met. The magnetic flux leakage induction coil method is adopted to measure the rot

5、ating speed of the motor to compensateThe limitation of other rotational speed measurement methods to underwater motor testing is overcome, which is suitable for the development of submersible electric pump by Laing Company. The actual needs of the. On the basis of discussion, the author designs per

6、ipheral measurement with single chip microcomputer system as the core. The circuit realizes real-time and accurate data acquisition of output signals of various sensors. In addition, the author also analyzed the accuracy of the pump testing system, and analyzed the main errors of the measuring syste

7、m The source is discussed, and the mathematical model for selecting the precision of the testing instrument is deduced. In the processing of measurement data, The median filter and quadratic curve fitting technology are adopted to ensure the accuracy of measured values as much as possible from the s

8、oftware.Key words: water pump; Data collection; traffic目錄一、緒論41.1研究背景51.2研究意義7二、基于流量的水泵運(yùn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)72.1水泵運(yùn)行平臺(tái)的設(shè)計(jì)和搭建72.2水泵性能參數(shù)測(cè)量與計(jì)算原理102.3數(shù)據(jù)采集方法122.3.1虛擬儀器法122.3.2傳統(tǒng)法12三、水泵采集系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)143.1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)143.2水泵流量測(cè)量與流量變送器選擇15總結(jié)20致謝22參考文獻(xiàn)23一、緒論縱觀整個(gè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展史,科學(xué)理論的產(chǎn)生和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,在很大程該學(xué)位歸功于科學(xué)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)測(cè)試，測(cè)量客觀事物和獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)準(zhǔn)確處理中間

9、環(huán)節(jié)，人們可以從客觀世界中獲得有益信息并實(shí)現(xiàn)客觀事物更為真實(shí)的認(rèn)識(shí)?？梢赃@么說(shuō),測(cè)試的方式方法、測(cè)試的準(zhǔn)確度、靈敏測(cè)試的程度和范圍在很大程度上決定了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。一般來(lái)說(shuō)，測(cè)量技術(shù)水平愈高,科學(xué)成就就愈深愈廣。該泵是一種通用的通用機(jī)器，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)排灌，水利電力，石油化工等行業(yè)，采礦機(jī)械，航空航天等國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門。由于泵內(nèi)部有獨(dú)特的流路類型和葉輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致泵體內(nèi)部的渦流，流出和隨機(jī)變化的湍流，特別是在葉輪中。二次回流和其他現(xiàn)象，使得泵中的不穩(wěn)定湍流更復(fù)雜，正是因?yàn)榱黧w泵中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程非常復(fù)雜，完整的數(shù)學(xué)分析公式不能用于描述泵。在相同的工作狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)的特性，所以即使有更完整的流體力學(xué)理論，

10、也不能給出一個(gè)完整的數(shù)學(xué)模型，或一個(gè)完整的數(shù)學(xué)分析公式來(lái)描述泵中流體運(yùn)動(dòng)的真實(shí)狀態(tài)，以及而且，理論上不可能為泵提供完整的使用特性。由于泵產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)和操作方面的獨(dú)特復(fù)雜性，水一直存在泵過(guò)流部件的液壓設(shè)計(jì)和計(jì)算只能基于某些假設(shè)理論，泵的專業(yè)設(shè)計(jì)人們經(jīng)常使用現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，如直觀優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，價(jià)值優(yōu)化，數(shù)值計(jì)算優(yōu)化等',通過(guò)簡(jiǎn)化其邊界條件,并結(jié)合水泵的各種試驗(yàn)進(jìn)行修改、鑒別選擇要完成。因此，開(kāi)發(fā)新型泵，特別是開(kāi)發(fā)大型泵來(lái)測(cè)試液壓原型或型號(hào)該測(cè)試仍然是泵開(kāi)發(fā)人員獲取泵技術(shù)數(shù)據(jù)的基本手段。特別適用于泵的空化，離心許多復(fù)雜的問(wèn)題，例如泵葉輪中的流場(chǎng)的流速分布和壓力分布，只能依賴于可靠和詳細(xì)的液

11、體流動(dòng)測(cè)量來(lái)解決。總之，泵的測(cè)試技術(shù)為泵的基礎(chǔ)研發(fā)，泵性能的不斷提高。泵設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)和設(shè)計(jì)水平的提高，泵中難題的解決等都是極其重要的一個(gè)重要的不可替代的角色。可以肯定地說(shuō)，泵技術(shù)是一種半理論和半經(jīng)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)研究在泵的開(kāi)發(fā)中起著關(guān)鍵作用。因此，許多材料也很清楚地面表明泵試驗(yàn)的研究水平可以在一定程度上用于表征泵生產(chǎn)和研究單位，基礎(chǔ)理論研究，泵業(yè)的潛在發(fā)展和制造能力1.1研究背景水泵產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的基本過(guò)程基于產(chǎn)品的額定流量，揚(yáng)程，氣穴和效率。設(shè)計(jì)產(chǎn)品各組成部分的幾何參數(shù)，并在生產(chǎn)前進(jìn)行性能測(cè)試，驗(yàn)證其合理性和正確性，為產(chǎn)品改進(jìn)和改進(jìn)提供準(zhǔn)確可靠的性能測(cè)試數(shù)據(jù)。在十八世紀(jì)一定的假設(shè)條件下推出方

12、程氣一氣建立了理論壓力揚(yáng)葉輪前后流量參數(shù)之間的定量關(guān)系。流體機(jī)械行業(yè)的實(shí)用工程該設(shè)計(jì)采用了基于相似理論和相似理論的類似設(shè)計(jì)方法，如速度系數(shù)法等等。因此，良好的測(cè)試條件，可靠的測(cè)試數(shù)據(jù)和大量的技術(shù)數(shù)據(jù)被開(kāi)發(fā)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中敗與否的關(guān)鍵。泵行業(yè)的工程技術(shù)人員在長(zhǎng)期的產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)踐中積累了大量的工程設(shè)計(jì)原則，理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)了許多性能良好的產(chǎn)品。然而傳統(tǒng)的工程試驗(yàn)方法不可避免有重復(fù)的測(cè)試，計(jì)算和數(shù)據(jù)處理。工作量大，效率低，精度差，周期長(zhǎng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試方法被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，以完成復(fù)雜和重復(fù)的測(cè)試過(guò)程，達(dá)到減少設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期和成本的目的。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)可以分為四個(gè)過(guò)程，并且在

13、20世紀(jì)50年代后期出現(xiàn)了集中式方法。半自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其主要功能是對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，處理和間接測(cè)量。在20世紀(jì)60年代末和70年代初期，隨著檢測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)的進(jìn)一步整合，第二代計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，即使用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，自動(dòng)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是檢測(cè)過(guò)程可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并將結(jié)果存儲(chǔ)、顯示、打印或者形成一份文件。在20世紀(jì)70年代中期，生產(chǎn)了第三代計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。由于共同的標(biāo)準(zhǔn)接口總線的出現(xiàn)解決了儀器和儀器之間以及儀器和計(jì)算機(jī)之間的連接問(wèn)題。以這種方式，計(jì)算機(jī)是核心，并且多個(gè)可編程儀器和儀表組合成構(gòu)建一套設(shè)備。該測(cè)試系統(tǒng)占據(jù)了儀器儀表市場(chǎng)，并在不斷完善和發(fā)展。正在工作基于

14、微處理器的智能測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是第四代計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)。這種類型的該測(cè)試系統(tǒng)的特點(diǎn)是將微處理器和儀器組合成一個(gè)整體，其特點(diǎn)是多儀表中的硬件功能可以由軟件代替,這樣不僅使系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化、降低成本、減小體積和重量，以及由于軟件編程工作而提高的系統(tǒng)可靠性和靈活性這可以極大地增強(qiáng)系統(tǒng)的功能。這種智能儀表通常具有到計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口。作為智能程控儀器單元訪問(wèn)系統(tǒng)，它構(gòu)成了更強(qiáng)大的功能。較大的早期檢測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)的軟件處理也可用于將各種數(shù)據(jù)處理技術(shù)應(yīng)用于檢測(cè)系統(tǒng)，以使系統(tǒng)更準(zhǔn)確。加上增加?？梢钥隙ǖ氖牵S著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和傳感器等信號(hào)采集技術(shù)的進(jìn)一步完善，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的性能將得到進(jìn)一步提高。數(shù)據(jù)顯示，特別是在

15、美國(guó)和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，微電腦水泵的性能測(cè)試和測(cè)試裝置已經(jīng)過(guò)測(cè)試。普及化，其測(cè)試準(zhǔn)確性和自動(dòng)化程度相對(duì)較高，我們一直處于工作的最前沿。這家美國(guó)公司最初實(shí)施了泵模型試驗(yàn)臺(tái)的數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)處理。日本到富士以重工為代表的泵制造商也建立了以計(jì)算機(jī)為中心的渦輪機(jī)模型實(shí)驗(yàn)室。從八十年代起,環(huán)境下開(kāi)發(fā)的軟件已開(kāi)始用于一些實(shí)時(shí)性相對(duì)較低的工業(yè)控制場(chǎng)合。在20世紀(jì)80年代初，中國(guó)開(kāi)始了泵模型試驗(yàn)臺(tái)的數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)處理。但發(fā)展相對(duì)緩慢。國(guó)內(nèi)一些研究單位和泵制造商已經(jīng)推出了一整套先進(jìn)的國(guó)外測(cè)試。技術(shù)。但這些引進(jìn)的設(shè)備以今天的眼光來(lái)看,一是在經(jīng)濟(jì)上昂貴,二是在操作上復(fù)雜，第三是技術(shù)上相對(duì)過(guò)時(shí)，計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試技術(shù)發(fā)展

16、到20世紀(jì)90年代，它已被廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)，大多數(shù)國(guó)產(chǎn)軟件已相當(dāng)成熟并已商業(yè)化。但由于,技術(shù)應(yīng)用的對(duì)象不同,領(lǐng)域不同,處理方法上的差異很大,這些商品軟件應(yīng)該應(yīng)用于泵試驗(yàn)臺(tái)的性能測(cè)試，需要進(jìn)行大量調(diào)整?；诖耍钣盟脴I(yè)界開(kāi)始開(kāi)發(fā)相關(guān)的專用測(cè)試軟件，如葛洲壩水電站水輪機(jī)雙機(jī)測(cè)試系統(tǒng)。通化，華中科技大學(xué)水機(jī)教研室多功能液壓機(jī)械計(jì)算機(jī)測(cè)試裝置。這些水表算機(jī)輔助測(cè)試系統(tǒng)大多采用單片機(jī)技術(shù)或技術(shù)實(shí)現(xiàn)。環(huán)境下也出有些產(chǎn)品現(xiàn)已上市。這些測(cè)試設(shè)備專注于檢測(cè)和分析測(cè)試條件的某個(gè)方面。自動(dòng)化程度還有待提高。眾所周知，準(zhǔn)確度是測(cè)試平臺(tái)技術(shù)性能中最重要的綜合技術(shù)指標(biāo)。泵試驗(yàn)臺(tái)必須需要足夠的精度來(lái)識(shí)別泵性

17、能的微小差異。水泵基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究并且產(chǎn)品出廠性能的確定必須具有相應(yīng)的測(cè)試裝置精度，以及高低可用誤差的準(zhǔn)確性測(cè)量精度和誤差用于解釋測(cè)量結(jié)果與目標(biāo)真值之間的差異，誤差高，精度低。相反，誤差小，精度高。由于測(cè)試條件的波動(dòng)，人們不可能像靜態(tài)對(duì)象一樣輸入。多次重復(fù)測(cè)量以減少測(cè)量數(shù)據(jù)的分散，從而提高測(cè)量精度并減少誤差。好吧度與誤差分析在水泵試驗(yàn)中顯得十分重要,而要在原有產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高其精度,往往要付出巨大的代價(jià)。對(duì)泵試驗(yàn)臺(tái)的精度和誤差的分析改進(jìn)了泵試驗(yàn)技術(shù)。學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。利用微機(jī)自動(dòng)采樣實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)試，從根本上消除了工作條件波動(dòng)引起的波動(dòng)。最小化隨機(jī)誤差的效果，結(jié)合使用高精度傳感器，可以實(shí)現(xiàn)高精度，

18、可重復(fù)的測(cè)試結(jié)果。為了減少測(cè)試中的系統(tǒng)誤差，有必要提高儀器本身的準(zhǔn)確性。由于高精度儀器價(jià)格高，泵的測(cè)試精度和誤差只能根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行劃分。分析，找出較大的誤差和影響因素并加以改進(jìn)，使資金投入更加經(jīng)濟(jì)合理。本文誤差分析和計(jì)算基本上反映了泵測(cè)試中存在的各種誤差因素，并且也符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定。1.2研究意義1.高精度，高自動(dòng)化是泵采集信息的總體發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)傳統(tǒng)的手動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)用于泵測(cè)試時(shí)，測(cè)量單個(gè)參數(shù)通常需要多次測(cè)量。人員參與，測(cè)試周期長(zhǎng)，測(cè)量效率很低。而且人工讀數(shù)(采集數(shù)據(jù))及原初始測(cè)量數(shù)據(jù)處理也容易帶來(lái)隨機(jī)誤差，粗差和計(jì)算誤差，使泵測(cè)試精度大大降低,與此相反,以微機(jī)控制系統(tǒng)為核心的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)

19、的實(shí)時(shí)處通常可以使用更少的測(cè)試器，更短的測(cè)試周期和測(cè)試期間的避免來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備因素造成的錯(cuò)誤。因此，現(xiàn)代泵測(cè)試系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程的計(jì)算機(jī)化和自動(dòng)化。此外，低精度測(cè)試系統(tǒng)不允許識(shí)別泵設(shè)計(jì)中的微小差異，這使得很容易掩蓋泵開(kāi)發(fā)人員在水力模型上花費(fèi)的大量研究工作。因此，泵的性能數(shù)字測(cè)量測(cè)試還必須爭(zhēng)取高精度。2.多功能化是水泵信息采集的發(fā)展方向帶計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試的水泵試驗(yàn)裝置可以進(jìn)行型式試驗(yàn)和工廠試驗(yàn)，也可以從中進(jìn)行完成性能曲線和測(cè)試報(bào)告。另外，可以進(jìn)行軸力測(cè)量和振動(dòng)測(cè)試。并對(duì)流速分布，壓力脈動(dòng)和空化等內(nèi)部特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。因此作為一個(gè)功能完善的微電腦水泵綜合測(cè)試系統(tǒng)一般應(yīng)能測(cè)試多型和多尺寸泵，增加測(cè)試設(shè)

20、備的適應(yīng)性和多功能性。二、基于流量的水泵運(yùn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1水泵運(yùn)行平臺(tái)的設(shè)計(jì)和搭建試驗(yàn)所用水泵為武漢農(nóng)業(yè)水泵廠生產(chǎn)的離心式清水泵,試驗(yàn)過(guò)程中未改變水泵參數(shù),其主要參數(shù)如表一所示,實(shí)物如圖所示根據(jù)水泵性能檢測(cè)和處理的要求設(shè)計(jì)并搭建水泵運(yùn)行試驗(yàn)平臺(tái)。如圖一所示水泵運(yùn)行平臺(tái)裝置和運(yùn)行簡(jiǎn)圖如圖2-3所示。由于待測(cè)水泵是清水式離心泵,在將水泵安裝到試驗(yàn)運(yùn)行平臺(tái)上之后,為了使離心式清水泵能抽水運(yùn)行,需設(shè)計(jì)并安裝水泵試驗(yàn)運(yùn)行平臺(tái)的抽真空裝置,抽真空裝置如圖2-4所示水泵試驗(yàn)運(yùn)行試驗(yàn)平臺(tái)實(shí)物圖和抽真空裝置圖分別如圖2-5和圖2-6所示2.2水泵性能參數(shù)測(cè)量與計(jì)算原理水泵性能指在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí),流量與

21、揚(yáng)程、流量與軸功率、流量與效率的關(guān)系特性。按如圖2-3所示方式將被測(cè)試水泵與吸水管,壓力管連接起來(lái)。水泵在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下,以某一轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí),則水池里的水便可不斷地被抽吸到高處,這時(shí)安裝在水泵進(jìn)口斷面上的真空表,出口斷面的壓力表,壓水管上安裝的孔板流量計(jì),測(cè)孔裝置便能測(cè)出相應(yīng)的揚(yáng)程·流量·軸功率戈耐同時(shí)還可由計(jì)算得出相應(yīng)的效率叮,另外,在壓水管路安裝了調(diào)節(jié)閥門,可以通過(guò)改變閥的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)水泵的流量,這樣就可以測(cè)得在不同流量情況下的揚(yáng)程、軸功率從,以及效率。等參數(shù),從而完成對(duì)水泵的性能試驗(yàn)。水泵流量·揚(yáng)程、軸功率戈。以及效率叮的測(cè)量和計(jì)算原理和公式如下流量的測(cè)量和計(jì)算流

22、量可由流量傳感器測(cè)量。此外,還可以由孔板流量計(jì)測(cè)量,孔板流量計(jì)為一節(jié)流式流量測(cè)量裝置,只要測(cè)出孔板前后過(guò)水?dāng)嗝嫦鄳?yīng)點(diǎn)的壓強(qiáng)差或壓強(qiáng)水頭差就可由其流量計(jì)標(biāo)定的流量公式來(lái)計(jì)算管道中通過(guò)的流量。孔板前后各裝有一只精密的壓力表,可用來(lái)顯示前后兩個(gè)過(guò)水?dāng)嗝嫔舷鄳?yīng)的壓強(qiáng)前、后,則流量可通過(guò)公式計(jì)算,即以下公式中的各參數(shù)單位為非國(guó)際單位的是因?yàn)橄鄳?yīng)儀表上的單位為非國(guó)際單位量指示。為讀取處理方便采用表盤顯示單位,得到最終結(jié)果后再換算成國(guó)際單位。揚(yáng)程的測(cè)量和計(jì)算水泵揚(yáng)程是指單位重量水體通過(guò)水泵所獲得的能量,它用液柱高度表示,將基準(zhǔn)面取在水泵軸心線上,對(duì)水泵的進(jìn)、出口兩過(guò)水?dāng)嗝鎸懩芰糠匠逃媒^對(duì)壓強(qiáng)表示式中,pv.

23、pm可由真空表和壓力表測(cè)取,單位用kg/cmv1v2為1-12-2斷面的平均流量,可由流量和斷面面積計(jì)算,單位m/s2.3數(shù)據(jù)采集方法2.3.1虛擬儀器法設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于虛擬儀器技術(shù)的泵性能檢測(cè)和處理系統(tǒng)。使用的研究方法是為了便于泵性能測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和建設(shè)，首先確定總體設(shè)計(jì)方案。在其硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和搭建中,采用一設(shè)計(jì)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了使系統(tǒng)具有各項(xiàng)檢測(cè)與處理數(shù)據(jù)的功能,以作為發(fā)工用模塊化測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，顯示、存儲(chǔ)和輸出以及分析和處理華中農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文是基于虛擬儀器泵性能多功能檢測(cè)與處理系統(tǒng)的研究。收集泵性能數(shù)據(jù)后，使用相關(guān)軟件分析和處理數(shù)據(jù)以獲得泵，性能曲線,并得出結(jié)論。在虛擬儀器測(cè)試

24、臺(tái)上設(shè)計(jì)和構(gòu)建虛擬儀器硬件系統(tǒng)，用于水泵性能檢測(cè)和處理統(tǒng),運(yùn)用開(kāi)發(fā)水泵性能檢測(cè)與處理軟件,運(yùn)用此系統(tǒng)進(jìn)行水泵性能檢測(cè)試和治療測(cè)試研究。在構(gòu)建虛擬儀器系統(tǒng)之后，操作水泵和虛擬儀器系統(tǒng)開(kāi)展檢查和加工工作。泵測(cè)試設(shè)備基于虛擬儀器技術(shù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，傳感泵的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了泵性能的檢測(cè)和處理。具體地，首先建立了泵性能測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái)，然后建立并采用了基于虛擬儀器檢測(cè)和處理泵性能的硬件系統(tǒng)。添加開(kāi)發(fā)泵性能測(cè)試軟件，使用此開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)測(cè)試泵性能，收集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，并獲得泵的外部特性曲線和功能關(guān)系。在虛擬儀器測(cè)試方法中，需要直接測(cè)量的物理量是速度，流量，扭矩以及進(jìn)出，口壓等。使用流量傳感器進(jìn)行流量測(cè)量，例如渦

25、輪流量計(jì)或電磁流量計(jì)，入口壓力和出口壓力的測(cè)量采用壓力變送器用壓力表輔助測(cè)量、讀數(shù),將測(cè)量的進(jìn)、出口壓力差可以通過(guò)適當(dāng)?shù)男Ｕ齺?lái)獲得頭速度和扭矩的測(cè)試。使用霍爾速度傳感器和扭曲。力矩傳感器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)輸出。通過(guò)速度和扭矩計(jì)算獲得水泵的輸入功率可以通過(guò)前述原理中的方法和公式計(jì)算將每個(gè)傳感器安裝到泵檢測(cè)系統(tǒng)的適當(dāng)位置，以便泵由電機(jī)驅(qū)動(dòng)操作，信號(hào)調(diào)節(jié)，采集和通過(guò)接線盒和數(shù)據(jù)采集卡輸入計(jì)算機(jī)在處理系統(tǒng)中，檢測(cè)并處理數(shù)據(jù)以獲得泵的數(shù)據(jù)和性能圖表。2.3.2傳統(tǒng)法根據(jù)上述原理和公式，泵性能驗(yàn)證檢測(cè)系統(tǒng)采用傳統(tǒng)儀器和設(shè)備構(gòu)建測(cè)試和處理測(cè)試以獲得相關(guān)的曲線，方程和結(jié)論。在傳統(tǒng)的泵性能檢測(cè)和處理系

26、統(tǒng)中，每個(gè)測(cè)試裝置都按照設(shè)計(jì)安裝，而泵則是安裝，管道系統(tǒng)，真空泵系統(tǒng)布局，各種儀器和閥門的安裝。設(shè)備安裝調(diào)試后，采用傳統(tǒng)的測(cè)試方法進(jìn)行泵性能檢測(cè)和處理記錄有關(guān)常數(shù)水泵1-1斷面處的直徑40mm啟動(dòng)水泵。檢查泵軸是否靈活，每個(gè)連接部件，開(kāi)關(guān)閥和真空都可靠表和壓力表開(kāi)關(guān)。打開(kāi)真空泵的工作水源，按下真空泵啟動(dòng)按鈕，真空泵開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，然后打開(kāi)排氣閥和真空計(jì)開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)圖1所示的閥門，控制進(jìn)入真空泵的水量，觀察真當(dāng)空的儀表指針?lè)€(wěn)定在上方時(shí)，按下泵啟動(dòng)按鈕，并立即關(guān)閉吸入閥，按下真空泵停止按鈕，泵被泵送，啟動(dòng)完成。然后打開(kāi)壓力表開(kāi)關(guān)，當(dāng)出口壓力穩(wěn)定在“，出口閥門關(guān)閉到最大值時(shí)，此時(shí)測(cè)量并記錄真空計(jì)讀數(shù)，壓力表

27、讀數(shù)，僅在孔板前后的壓力表讀數(shù)，以及作為泵性能的耳，速度和力參數(shù)測(cè)試的第一組參數(shù)。測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，請(qǐng)盡可能讀取上述值。檢測(cè)和處理泵性能的方法和用于檢測(cè)和處理泵性能的虛擬儀器的性能對(duì)結(jié)果進(jìn)行了比較，得出了虛擬儀器檢測(cè)和處理系統(tǒng)的最終結(jié)論和結(jié)論。通過(guò)關(guān)小閥門的開(kāi)度,對(duì)流量進(jìn)行調(diào)節(jié),重復(fù)測(cè)量上述各參數(shù),流量從調(diào)整到拍攝點(diǎn)，并在每個(gè)流量下測(cè)量泵的參數(shù)。收集數(shù)據(jù)后，按泵停止按鈕。測(cè)量記錄的數(shù)據(jù)并計(jì)算數(shù)據(jù)表，繪制水泵的性能曲線對(duì)曲線進(jìn)行排列并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析以得出結(jié)論，在測(cè)試中，注意首先將流量調(diào)節(jié)到最大值，并在水流穩(wěn)定后測(cè)量每個(gè)點(diǎn)的讀數(shù)。數(shù)量數(shù)據(jù)旨在同時(shí)讀取，以確保測(cè)試合理。如果測(cè)試的最后一個(gè)測(cè)量點(diǎn)為零，則流速為

28、零。當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，應(yīng)立即讀取相應(yīng)的參數(shù)，然后關(guān)閉泵以避免燒毀電機(jī)。三、水泵采集系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)3.1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整個(gè)過(guò)程設(shè)計(jì)需要從要測(cè)試的硬件系統(tǒng)構(gòu)建到軟件系統(tǒng)的整個(gè)系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)體。基于虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)，建立并測(cè)試了泵性能檢測(cè)和處理系統(tǒng)。處理系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。壓力變送器，流量傳感器，速度傳感器和扭矩將測(cè)量?jī)x器放置在待測(cè)物體上的適當(dāng)位置。當(dāng)泵穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，安裝的傳感器開(kāi)始收集。信號(hào)如壓力，流量，速度和扭矩，信號(hào)通過(guò)電流量轉(zhuǎn)換成電壓，并在獲得標(biāo)準(zhǔn)電壓后，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)入計(jì)算機(jī)。整個(gè)檢測(cè)和處理系統(tǒng)分為硬件部分。和軟件部分,各組成部分分述如下在闡明泵性能檢測(cè)和處理系統(tǒng)的基本原理和設(shè)計(jì)思想

29、的基礎(chǔ)上，建立整個(gè)水泵性能檢測(cè)和處理系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)的整體流程設(shè)計(jì)和硬件，軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的整體工藝設(shè)計(jì)需要從泵測(cè)試平臺(tái)構(gòu)建到泵的性能整體結(jié)構(gòu)以及硬件和軟件系統(tǒng)的檢測(cè)和處理。硬件系統(tǒng)包括待測(cè)泵和信號(hào)采集系統(tǒng)和傳感器等軟件系統(tǒng)包括主程序接口設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集部分，數(shù)據(jù)顯示和存儲(chǔ)部分等模塊。圖3-2水泵性能檢測(cè)和處理虛擬儀器系統(tǒng)示意圖3.2水泵流量測(cè)量與流量變送器選擇流量就是指水泵在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)泵出水口的體積量,通常用Q,單位常用L/s或者耐s/表示。1.流量測(cè)量原理在水泵性能參數(shù)試驗(yàn)與水泵汽蝕試驗(yàn)中,流量是一個(gè)重要的物理參量。目前流量測(cè)試儀器儀表和測(cè)試方法有

30、很多,如節(jié)流流量計(jì)、量水堰、超生波流量計(jì)、渦輪流量計(jì)等,測(cè)量方法和測(cè)量原理都各不相同。我們?cè)趨⒄樟藝?guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖3-31一渦輪;2一支承;3一永久磁鋼;4一感應(yīng)線圈:5一殼體;6一導(dǎo)流器GB/T3214一91水泵流量的測(cè)量方法,考慮到渦輪傳感器測(cè)量流量比較簡(jiǎn)單和普遍,自動(dòng)化程度與測(cè)量精度容易得到保證,利用微計(jì)算機(jī)進(jìn)行流量數(shù)據(jù)的采集也特別簡(jiǎn)單,所以在為萊恩電泵公司試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)時(shí),我們首選了渦輪流量計(jì)作為測(cè)試水泵流量的傳感器。在結(jié)構(gòu)上,渦輪流量計(jì)主要由渦輪、支承、永久磁鋼、感應(yīng)線圈、殼體、導(dǎo)流器組成,如圖3-3所示。其流量測(cè)量過(guò)程在于:如圖3-4渦輪流量計(jì)流量測(cè)量原理所示。渦輪流量計(jì)是遵循動(dòng)量守恒的一

31、圖3-4種速度式流量?jī)x表。當(dāng)流體沿管道的軸線方向流動(dòng)并沖擊具有導(dǎo)磁性的渦輪葉片時(shí),渦輪便周期性地旋轉(zhuǎn),其旋轉(zhuǎn)速度口一般隨流量大小的變化而變化;由于變送器內(nèi)裝有磁電轉(zhuǎn)換裝置(由永久磁鋼和感應(yīng)線圈組成),當(dāng)導(dǎo)磁性葉片旋轉(zhuǎn)時(shí),葉片便周期性地改變磁電系統(tǒng)的磁阻值,使通過(guò)線圈的磁通量發(fā)生周期性的變化,因此感應(yīng)線圈便感應(yīng)出連續(xù)的脈沖電信號(hào);當(dāng)液體流速相當(dāng)大,且在變送器許可的測(cè)量范圍內(nèi)時(shí),變送器電磁阻力矩、機(jī)械摩擦阻力矩、粘滯阻尼矩均可忽略不計(jì),這時(shí)渦輪流量計(jì)輸出的脈動(dòng)信號(hào)與流量可近似為線性關(guān)系,即有毋七咨Q。假如通過(guò)微計(jì)算機(jī)對(duì)脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù),由單位時(shí)間的脈沖數(shù)和累計(jì)脈沖數(shù)不難折算出流過(guò)變送器的瞬時(shí)流量和

32、累積流量。流量系數(shù)者(次/米3)是渦輪流量計(jì)的重要特性參數(shù),須由制造廠家提供。由于變送器是通過(guò)磁電裝置將角速度口轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖數(shù),因此杏的含義是單位體積流量Q(Ls/)通過(guò)變送器時(shí),變送器所輸出的脈沖數(shù),即脈沖數(shù)NL/,所以咨也稱為流量系數(shù)。在儀表出廠時(shí),生產(chǎn)制造商均取測(cè)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(jì)算關(guān)系式為:2.流量測(cè)量結(jié)果按規(guī)定轉(zhuǎn)速的換算同揚(yáng)程測(cè)量一樣,在流量測(cè)量中,若電機(jī)的轉(zhuǎn)速與規(guī)定轉(zhuǎn)速不符,此時(shí)所得到的水泵流量值Q也應(yīng)換算為以規(guī)定轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)的流量值Q。假如實(shí)測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速與規(guī)定轉(zhuǎn)速間的差異在士20%范圍內(nèi),則流量值Q?？捎孟率綋Q算而得:3.流量測(cè)量的

33、渦輪流量計(jì)選擇為了達(dá)到用戶對(duì)測(cè)試試驗(yàn)裝置的B級(jí)試驗(yàn)精度這一基本要求,我們參照國(guó)標(biāo)GBT/3214一91中渦輪流量測(cè)量的不確定實(shí)用估算和取壓方法,參照國(guó)標(biāo)GB3216一89規(guī)定流量測(cè)試儀表的允許系統(tǒng)誤差范圍:B級(jí)為士1.5%,C級(jí)為士2.5%;在最大總誤差限中,流量測(cè)量誤差允許范圍:B級(jí)為士2.5%,C級(jí)土3.5%,所以選用了目前使用范圍比較廣,計(jì)量精度比較高(0.5級(jí))、反應(yīng)也很快,而且刻度線性化程度好,耐高壓能力強(qiáng)的LW型渦輪流量計(jì)3.3單片機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)在我們?cè)O(shè)計(jì)的水泵性能參數(shù)試驗(yàn)臺(tái)中,弱電硬件電路系統(tǒng)主要由傳感器部分、信號(hào)調(diào)理部分、單片微機(jī)處理部分、數(shù)據(jù)通訊部分、上位PC機(jī)處理部分五大塊

34、組成,如圖3-5所示。在傳感器這一部分,主要由變送器來(lái)完成,實(shí)現(xiàn)把流量、入口壓力、出口壓力、電機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入電壓、輸入電流、輸入功率等圖3-5原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。在這些信號(hào)中,有的是數(shù)字量,有的是脈沖方波信號(hào),有的是4一20mA信號(hào),還有是微弱的模擬信號(hào);信號(hào)調(diào)理部分主要進(jìn)行信號(hào)的濾波、放大、整形和倍頻功能;單片微機(jī)處理部分主要完成各類數(shù)據(jù)的信號(hào)采集、各種數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算;狀態(tài)信號(hào)的監(jiān)測(cè)與控制部分主要實(shí)現(xiàn)對(duì)各種可能出現(xiàn)的故障和異常信號(hào)的及時(shí)處理,達(dá)到對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和實(shí)時(shí)處理的目的;數(shù)據(jù)通訊部分主要完成上位PC機(jī)與單片微機(jī)的數(shù)據(jù)通訊;作為上位機(jī)的PC機(jī)則主要實(shí)現(xiàn)人一機(jī)對(duì)話、接受測(cè)試人員

35、的命令、顯示試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)報(bào)表的打印和水泵性能曲線的繪制等功能。1、 單片機(jī)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)單片機(jī)及其外圍電路是泵性能測(cè)試系統(tǒng)的核心部件，并完成。功能包括：數(shù)據(jù)采集和處理，將測(cè)量結(jié)果發(fā)送到主機(jī)，以及從主機(jī)PC接收操作指令它可以制造，控制和保證下位機(jī)的所有部件協(xié)同工作，因此它是系統(tǒng)的核心組件。從前一章介紹泵性能參數(shù)的測(cè)試原理，我們可以設(shè)計(jì)出測(cè)試測(cè)試系統(tǒng)。收集信號(hào)很多，數(shù)據(jù)采集精度相對(duì)較高，數(shù)據(jù)處理能力也很大。還有更多的控制任務(wù)要完成，所以我們最終選擇了美國(guó)模擬器件公司。AD森林CslZ微控制器。該微控制器是一個(gè)可編程的8位微控制器，與8051兼容。它是一款價(jià)格適中的高端8位微控制器。這種類

36、型的微控制器與8通道和5納米轉(zhuǎn)換完全集成。時(shí)間，精密自校準(zhǔn)，12位高精度，ADC數(shù)據(jù)采集器，具有逐次逼近轉(zhuǎn)換，該芯片還帶有2.5V可輸出參考電壓。數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換期間的ADC采集器它不需要太多的CPU干預(yù)，因此與分立AD轉(zhuǎn)換器和微控制器相比，它更有效，因?yàn)楹笳咭驝PU使用更多的能量來(lái)控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。在AD Bu CslZ微控制器中，微控制器只需從寄存器讀取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)即可獲取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，從而設(shè)置轉(zhuǎn)換時(shí)間。標(biāo)準(zhǔn)化和最小化數(shù)字噪聲等復(fù)雜任務(wù)可以由微處理器和轉(zhuǎn)換通道自動(dòng)完成數(shù)也滿足測(cè)試系統(tǒng)的需要,使用起來(lái)特別方便,性價(jià)比比較突出。所以在系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)中，我們直接在微處理器中使用ADC轉(zhuǎn)換器。AD Lin

37、 c812還集成了兩個(gè)12位DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器，10個(gè)SBK閃存EEPROM，16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器和伙伴可編程FO接口，256字節(jié)SRAM。其他重要的功能模塊包括：ADC和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之間的DMA模式，存儲(chǔ)保護(hù)功能，通用異步串行收發(fā)器（uART），sIP和IZc總線接口，以及AD森林c812具有很強(qiáng)的抗干擾能力，適用于工業(yè)過(guò)程控制。因?yàn)槲覀冇懈嗟膶?shí)驗(yàn)系統(tǒng)任務(wù)，數(shù)據(jù)量相對(duì)較大，而AD本身就是812只有SKB閃存/電擦除程序存儲(chǔ)器，256字節(jié)的片上數(shù)據(jù)RAM，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)需要擴(kuò)展一定量的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器。目前使用的擴(kuò)展該方法使用EPROM作為微控制器的外部程序存儲(chǔ)器，因?yàn)镋PROM是一個(gè)可擦除的程序存儲(chǔ)器，可以在寫入信息后通過(guò)紫外線擦除，因此可以多次重復(fù)使用。泵中具有多種性能在參數(shù)綜合測(cè)試系統(tǒng)中，由于要存儲(chǔ)的程序比較長(zhǎng)，所以選用了Intel公司生產(chǎn)的SKxs位EPROM-2764，它可以存儲(chǔ)多達(dá)SK字節(jié)的程序;使用16KB62128靜態(tài)RAM芯片擴(kuò)展16K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器; VRAM是一個(gè)外部顯示器;另外，考慮到AD森林CslZ單片機(jī)的FO線受限，監(jiān)測(cè)泵單元的狀態(tài)信號(hào)和發(fā)送到測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的控制信號(hào)相對(duì)較大。因此，在設(shè)計(jì)中，使用了兩片可編程的FO口線擴(kuò)展芯片8255,如下圖3-