（优秀毕业全套设计）基于LabVIEW的风机性能远程测试系统的研究设计（整套下载）

所以各国的通风机状态试验方法标准中，都规定了试验报告应提供气动状态曲线图。

但有些标准对气动状态曲线的绘制未做统的规定，绘制的曲线不可避免地存在误差，尤其用做图法，其随意性就更大。

因此用统计分析的方法，即用曲线拟合的结果作为风机状态曲线的数学表达式最为合理。

关于曲线拟合的方式有许多种，如指数拟合正交多项式拟合以及切比雪夫拟合等，选用何种方法，应根据原始数据所描绘的图形来决定。

对于风机，由于其特性曲线的形状多为抛物线型，所以本文采用最小二乘法原则来拟合状态参数。

所谓最小二乘法就是用数学统计的方法处理试验观测值，使试验观测值的期待值等于他的理论值，达到对观测值的校正。

.本章小结本章首先对风机性能试验做了详细的阐述，包括风机的性能参数的概念，风机性能实验装置以及风机性能参数的处理方法，并且最后对风机性能曲线的绘制方法做出了选型。

采集系统的设计.风机性能测试系统的组成虽然软件在虚拟仪器测试系统中起关键作用，但仍离不开硬件设备，对数据的输入输出，系统硬件设备组成部分是整个测试系统的基础。

针对设计目标，本文采用测试系统，本测试系统的硬件主要包括风机及配套附件流量调节装置步进电机传感器数据采集卡信号调理电路和通用计算机机等，主要完成风机工况的调节和风机各性能参数的采集等工作。

虚拟测试系统的硬件组成如图.所示。

大气温度湿度压力键盘图.虚拟测试系统的硬件结构在该系统中，试验的结构参数环境参数以及些初始参数由用户设置并保存以待查看和调用。

各个传感器检测各路试验数据经调理电路后由卡传入到计算机中，系统软件对各采集信号进行计算处理，将其作为风机性能参数保存下来。

当用户发出指令改变风机运转工况时，由工况调节装置来实现流量的调节。

工况设定以后，重复上述信号采集处理过程，直至检测全部工况的试验数据，最后运用最小二乘法拟合试验数据，绘制风机性能曲线。

.风机工况调节装置的设计风机性能试验是在定转速下改变风机工况，即在改变风管中气流流量的情况下进行的，是通过测量出多个工况点的参数而绘制出风机的性能曲线。

本系统采用自行设计的旋转挡板装置，在风机进口处安装圆形挡板，通过步进电机拖动圆形挡板旋转来实现风管进口大小的变化，从而实现风机工况的调节。

结构设计为实现风管进口气流流量的调节，即风机工况的调节，本系统设计旋转挡板装置。

旋转挡板的结构简图如图.所示。

在风管进口处安装圆形挡板，步进电机通过减速器带动圆形挡板的转动，实现挡板与风管进口处孔隙的变化，即实现流量的变化。

减速器风管圆形挡板联轴器步进电机图.旋转挡板的结构简图风机工况调节的过程风机的工作流程如图.所示，由卡上的脉冲输出口输出脉冲信号加于数字电路板，控制步进电机的步进角度正反转及步进速度数字电路板用于脉冲分配和步进电机的驱动将减速器加于步进电机与旋转挡板之间，用于防止风机运行过程中由于风力过大使挡板产生转动。

通过编程，控制脉冲信号的个数和正反转信号，当用户发出指令改变风机运转工况时，机通过卡输出电压信号，此电压信号再经过电路转换，驱动步进电机使其转过设定的角度，控制旋转挡板的转动，这样就实现风机由工况到工况的调节，从而实现了流量的调节，其旋转挡板在各工况下的转动情况如图.所示。

图.旋转挡板的工作流程图.圆形挡板各工况下的转动位置步进电机的控制以上风机工况的调节是利用圆形挡板旋转不同的角度而实现气流流量的调节，而挡板的旋转角度是由步进电机来控制的。

当系统将个电脉冲信号加到步进电机定子绕组时，转子就转步当电脉冲按相序加到电机时，转子沿方向转动的步数就等于电脉冲的个数。

因此，改变输入脉冲的数目就能控制步进电机转子机械位移的大小改变输入脉冲的通电相序，就能控制转子位移的方向，实现位置的控制。

当电脉冲按相序连续加到步进电机时，转子以正比于电脉冲频率的转速沿方向旋转。

因此，改变电脉冲的频率大小和通电相序，就可控制步进电机的转速和方向。

步进电机的选择由于本系统是通过改变挡板的旋转角度来实现流量调节的，所以精度要求不是很高。

步进电机的选择般由步距角静力矩及电流三大要素来决定，。

步进电机的个显著特点是步距角固定，目前步进电机的步距角般有五相电机二四相电机.三相电机，由于精度要求不高，本系统选用.的步进电机。

本流量调节装置中负载为减速器和旋转挡板，转矩在.•之间。

根据实际要求，选择电流为.的电机。

电机的工作方式有三拍和六拍，由其频率特性知道六拍的频率特性好过三拍的。

综合各方面因素，本系统选用三相六拍反应式步进电机，其型号为，其参数如表所示。

表步进电机的参数相数步距角电压电流转子转动惯量.系统测试的内容与方法静压的测量测量风机的静压，般是在风管的横截面上垂直开设静压孔，本文采用取压法此取压法本文暂不做具体介绍，上游取压管位于距节流件前端面.处，下游取压管中心位于距节流件前端面.处。

由于流体的惯性很大，常用的“气动测压”方法不能测量随着时间快速变化的压力值。

在电机启动加力时，都会产生压力值变化很大的压力，这是种非周期变化的压力。

只能依靠压力传感器才有可能测量这些压力。

流量的测量在流量测量领域里，差压式流量计的使用直居首位。

差压式流量计是利用伯努利方程原理来测量流量的仪表。

差压式流量计通常由能将流体流量转换成差压信号的节流装置和测量差压并显示流量的差压计差压变送器组成。

它包括节流式流量计均速管流量计等，其中，节流式流量是类系列化和标准化种类繁多应用极广的流量仪表。

它的节流装置已标准化，如标准孔板标准喷嘴文丘里管等。

.测量原理节流装置是种放置在流体管道内，使流体造成局部收缩的种部件，如收缩喷嘴，孔板与文丘利管等，当流体流过节流装置时，伴随着流束的收缩，流体的平均速度增大，静压不断下降，在最小截面处，速度最高，压力最低，且流体体积流量和压力差的平方根成正比。

对于各种形式的节流装置，流量测量依据的基本理论和方程式都是样的，仅仅是其中有些系数不同。

为了简单起见，首先假设流体是不可压缩的密度不变化理想的流体没有粘性定常流动管道内各点的参数不随时间变化，管道是水平放置的。

能量守恒方程即理想流体的伯努力方程式.其中和和分别为截面和上的静压力和为截面和处的平均流为流体的重度为重力加速度。

由于流体是不可压缩的，从截面流入的流体体积定等于流出的流体体积，即.式.即为不可压缩流体的质量守恒方程。

流束的最小截面由节流装置的开孔面积.其中为流束的收缩系数。

它的大小和节流装置的形式有关。

将式.代入.有.令为温度为时，开孔面积和管道截面积之比.代入.式得.在推导式.中，压力和均取和处流束的平均压力，而在实际测量中，经常取节流装置前后端面处的压力即和。

其次，在推导方程中，没有考虑流体的摩擦，为此引入系数ξ对进行修正，这样.被测流体流过节流装置的体积流量为.令，称为流量系数，代入.得.式为不可压缩流体流过节流装置的体积流量方程式。

式中各字母代表物理量如下所示节流装置的工作开孔面积。

.米秒重力加速度。

不可压缩流体的重度。

节流装置前后的压力差。

流量系数，它和节流装置的面积比及流体的粘性，重度，取压方式等多种因素有关，是个实验确定的系数。

当测量气体和蒸汽的流量时，流体流过节流装置，伴随压力的变化，介质的重度将发生变化，因此不可压缩的假设不成立，这时，可以从可压缩流体的泊努力方程能量方程和质量守恒方程，利用推导不可压缩流体流量方程类似的方法求出可压缩流体的流量方程式。

在推导过程中引入可压缩介质的膨胀系数ξ，则可压缩流体的流量方程可表示为.所以在本测试系统中，通过压差变送器测量出节流孔板两端的压差，即可根据式.计算出流量的数值。

.标准节流装置目前，对不同的节流装置其取压方式不同。

即取压孔在节流装置前后的位置不同，即使在同位置上，为了达到压力均衡，也采用不同的方法。

对标准节流装置，每种节流元件的取压方式有明确规定。

对孔板装置，目前国际上通常采用的取压方式有五种角接取压法理论取压法径距取压法法兰取压法，并将它规定为标准孔板的取压方法。

而在我国国家标准中，规定可以采用角接取压和法兰取压两种方式。

对于角接取压可以采用环室或加紧环单独钻孔，对于法兰取压，则应用取压法兰。

其中用于法兰取压的取压法兰由带取压孔的两个法兰组成。

孔径.，实际尺寸为毫米。

取压孔轴线距离节流件前后端面为.毫米。

节流装置的测量精度，除其本身的加工精度取压方式及取压装置之外，它还与流径的流束扰动情况有关，因此通常要求节流装置前后都应有分别为倍于管道直径和倍于管道直径的直管段，他们主要起整流作用，消除管内水力部件对流束造成的扰动，使测量可靠。

.检测装置由以上论述看出，通过孔板的流体的流量与孔板两端的压力差的平方根成正比。

本试验装置中，此压差信号由压差式变送器测量。

压差式流量传感器是目前工业上技术最成熟使用最多的种，其使用量约占全部流量测量仪表的。

他不仅可以用来显示，而且可以经压差变送器转换成统的标准信号或以便送到单元组合仪表及计算机进行上业过程控制。

差压式节流装置的特点是结构简单，使用寿命长，适应能力强，几乎能测量各种工作状态包括高温高压下的流量。

本系统采用压差变送器，其技术指标如表所示。

表压差传感器的技术指标量程供电输出精度允许过载.变送器接线方式为四芯航空插头，三线制输出。

压差变送器采用直流电源供电，输出信号通过数据采集板的模拟输入通道进入到计算机中进行处理。

力传感器用来测量管道的静压。

压力传感器的种类繁多，本系统采用电容式微压传感器，其特点如下扭矩的测量扭矩的测量用于计算风机的轴功率和效率。

电机转矩测量设备和测试方法种类很多，就般中小型电机来说，有机械测功机涡流测功机磁粉测功机电机测功机等。

但这些测功机都只适用于测量静态和稳态力矩，电阻应变式扭矩传感器可用于测量动态扭矩。

电阻应变式扭矩传感器是利用应变片将扭矩产生的剪应变通过种装置转变成正应变转换成电量而进行测量的。

本系统采用的扭矩传感器是以电阻应变计为电阻转换元件的传感器。

电阻应变计是基于金属电阻丝的电阻应变效应。

所谓应变效应是指金属导体电阻丝的电阻值随应变伸长或缩短而发生改变的种物理现象。

在传感器的弹性体上粘贴有电阻应变计并组成惠斯通电桥。

给电桥通上激励电压，在扭矩的作用下，弹性体产生变形，应变计由此产生电阻变化，