（定稿）基于LabVIEW的风机性能远程测试系统的研究设计（全套下载）

利用虚拟仪器技术对风机性能进行测试，增加了测试过程的稳定性，避免人为的读数误差计算误差以及相关数据不能同时记录所引起的测试结果的偏差，提高了试验精度和试验效率。

本系统具有较强的通用性，可以广泛的应用于科研院所及企业的科研生产与教学的试验研究。

.研究展望虚拟仪器正在继续迅速发展。

它可以取代测量技术传统领域的各类仪器。

虚拟仪器在组成和改变仪器的功能和技术性能方面具有灵活性与经济性，因而特别适应于当代科学技术迅速发展和科学研究不断深化所提出的更高更新的测量课题和测量需求。

针对本论文开发的风机性能的远程测试系统研究，由于试验条件和时间的限制，还存在些不足需要进步研究，同时针对网络化虚拟仪器这个领域的研究，也有更大的空间去探索。

作者认为本论文工作还可以在以下几个方面继续开展研究。

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。

图.进气试验装置集流器进气风管叶轮锥形节流门毕托管静压测管图.排气试验装置集流器叶轮排气风管锥形节流门静压测管毕托管图.进排气试验集流器吸风管叶轮排风管锥形节流阀静压测管毕托管由风机状态试验方法可以看出，风机状态试验应主要完成试验数据的测量风机状态参数的计算风机试验台的控制和风机状态曲线的绘制四部分内容。

所以，如何使这四部分功能实现自动化是系统设计的关键。

.风机性能参数的相关计算处理在风机状态试验台上由传感器测得的试验数据包括压差静压扭矩等信号，而风机状态参数包括流量全压静压功率效率等数值，所以试验测得的数据必须经过计算整理才能得到风机状态参数值，以下为状态参数计算公式风机流量.风机动压.风机全压.风机轴功率.风机有效功率.风机效率.风机流量系数.风机压力系数.风机功率系数.其中气体膨胀系数孔板流量系数节流孔板直风机静压风机叶轮外径处的圆周速度空气密度风管直径电机的输出扭矩风机转速标准状态大气压力大气温度为相对湿度大气密度.在本系统中风管直径为，节流孔板的直径为，开孔比在下列条件下其中为管道气流的雷诺数依据，选取孔板流量系数本系统中.风机性能曲线绘制与通风机状态表相比，风机状态曲线更能连续全面地反映其状态特性。

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。

开管网的，气体在风机中获得外功时，其压力与流量之间的关系是根据与风机的性能曲线变化的。

而当气体通过管网时，其全压流量关系随管网的性能曲线变化而变化。

因此，总结出风机的性能与管网的性能之间必须有以下关系通过风机气体流量与管网的气体流量肯定完全相等风机所产生的全压的部分压力用于克服管网中的阻力，我们称之为静压，其余部分则在气流从管网出口时消耗，我们称之为动压，风机的全压则等于管网的总阻力消耗的加上管网出口时损失的，即。

图.为风机压力与管网阻力之间的关系。

要满足上述要求，整个装置试验条件只能在风机曲线与管网性能曲线的交点处上运行。

在点处，两者的流量是相等的，阻力与静压力也是相等的，我们把点称为工况点。

工况点的位置是由管网性能曲线与风机静压曲线的交点来决定的，当管网性能曲线变为时，工况点也会随之改变，若风机的压力曲线不变，工况点就会沿着压力曲线移动至。

风机性能测试就是基于这原理，在风机的转速不变时，调节排气节流阀的开度，改变管网特性曲线改变工况点，从而改变了风机的流量等参数，在各个对应的工况点下测定该风机的动压静压轴功率电机转速等参数，再通过计算得到各工况点的效率，进而绘制风机的性能曲线，包流量静压曲线流量功率曲线流量效率η曲线流量全压曲线等，对风机在定转速下的性能标定进行控制。

图.风机压力和管网阻力的关系由于风机内部流体运动规律相当复杂，至今我们还不能靠理论的方法准确计算出它的各种损失，因而不能准确的计算出风机的各性能参数，所以用计算的方法得到的风机性能曲线与实际的性能曲线有着较大差异。

特别对于非设计工况，计算值与实际值的误差就更大。

因此，我们要通过试验确定风机工作性能参数，从而确定工作风机的工作性能曲线，从而确定风机的工作范围，以便向用户提供高效率的风机。

风机的性能参数风机主要性能参数有流量全压功率转速及效率等。

流量单位时间内风机所输送的流体量称为为流量，也称为风量。

常用体积流量表示，其单位为“”或“”。

全压单位体积的气体在风机内所获得的能量称为全压，也称为风压。

常用表示，单位为。

轴功率原动机传递给风机转轴上的功率，即为输入功率，又称为轴功率，常用表示，单位为。

有效功率单位时间内通过风机的气体所获得的总能量称为有效功率，常用表示，单位。

效率风机输入功率不可能全部传给被输送气体，其中肯定部分的能量损失，被输送的气体实际得到的功率比原动机传递至风机轴端的功率要小，风机有效功率与轴功率之比称为风机效率。

常以表示。

风机全压效率可达。

风机效率越高，则气体从风机中得到的能量有效部分就越大，经济性就越高。

转速风机轴每分钟的转速称为转速，常以表示构建的虚拟仪器系统硬件基础的分析，对系统的结构和体系进行深入分析。

以虚拟仪器模块化和层次化为设计思想确定系统的功能模块。

采用软件平台将功能模块进行编程，全面优化数据采集和处理曲线拟合数据存储等方面。

在平台上实现客户端与现场仪器系统的数据交换，从而实现远程检测。

虚拟仪器技术及相关知识虚拟技术计算机通信技术与网络技术是信息技术的重要组成部分，它们被称为世纪科学技术中的三大核心技术。

虚拟仪器技术的出现大大的改变了人们现有的工作模式思维模式和生活模式。

.虚拟仪器简述年，美国国家仪器公司简称首先提出来虚拟仪器。

它的出现，打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的固有模式。

给用户个充分发挥自己才能和想象力的空间，用户而不是厂家可以根据自己的需求，设计自己的仪器系统。

虚拟仪器中的“虚拟”包括以下两方面虚拟仪器面板是虚拟的。

虚拟仪器面板控件是与实物相似的“图标”，用户只需选用和软件程序相似的图形“控件”，然后通过计算机的鼠标来对其进行操作。

虚拟仪器测量功能都是由软件编程来实现的。

.虚拟仪器系统的构成任何测量系统都必须包含数据采集数据分析和处理和数据显示和输出三个模块，虚拟仪器就是将这些模块用不同的硬件和软件来实现。

虚拟仪器的硬件虚拟仪器测试系统的硬件通常包括传感器信号采集信号调理等接口设备和通用计算机。

计算机般是机或工作站，是整个硬件的核心，传感器则是测试系统获取外界信息的通道接口设备则采集放大转换被测信号等。

虚拟仪器的软件虚拟仪器系统的软件结构包含以下三部分接口软件是最接近硬件的软件层，存在于驱动程序和硬件之间，为硬件和驱动程序提供信息交流。

驱动程序层般以动态链接库或静态库形式供应用程序调用，是实现仪器控制的桥梁。

驱动程序的实质是个较为抽象的操作函数集，为用户提供仪器操作。

应用程序开发环境是虚拟仪器的核心，可以完成测试系统数据的分析计算显