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1、第27卷第4期物理实验Vol.27No.42007年4月PHYSICSEXPERIMENTATIONApr.,2007活塞式压气机性能测试实验台的研制与应用谢志辉,杨立,陈伯义,沈良文(海军工程大学动力工程系,湖北武汉430033)摘要:基于数据采集与处理技术设计了低成本活塞式压气机性能测试实验台,重点讨论了系统硬件和软件的组成特点,分析了实测的p-A图、p-V图和多变指数1实际应用表明,该实验台可以真实再现压气机的热力过程,既可以用于压气机热力学分析的本科实验,又可以用于压气机运行故障的诊断分析.关键词:活塞式压气机;数据采集;数据处理;热力特性中图分
2、类号:TH457;O4-39文献标识码:A文章编号:1005-4642(2007)04-0026-03和曲轴带动在气缸内作高速往复运动;压力传感1引言器将采集到的毫伏级模拟压力信号经信号调理器活塞式压气机作为生产压缩空气的设备在动调理后送A/D板卡;位移传感器将飞轮高速旋转力工程、环境工程、采矿工业、冶金工业、化学工的伏级位移信号直接送A/D板卡;计算机按照预业、潜水作业,医疗工作中都有广泛的应用.它的先设定的数据通讯机制将转换好的数字信号读热力特性将直接影响其功耗和产气量,是衡量其入,然后做分析处理;试验结果由显示器和外接打设计、加工及运行质量的重要依
3、据.实测的展开印机即时显示或者打印.示功图(p-A)和封闭示功图(p-V图)能直观地表目前该系统主要的设计功能包括:活塞位移示出压气机实际运行的热力过程,可为产品设计信号和气缸内压力信号的自动检测和采集,p-A[1]和工艺优化提供技术支持.为此,本文构建了和p-V图的自动绘制、显示、保存和打印,循环耗一种低成本的基于数据采集与处理技术的活塞式功、耗功率、飞轮转速、容积效率的自动计算,自主压气机性能测试实验台,实现了高速压力信号和选定区段内压缩指数和膨胀指数的自动计算,等位移信号的同步自动采集,保证了实际热力过程等.再现的真实性和完整性,提高了压气机性能测
4、试3系统硬件和分析的自动化程度,为压气机运行故障的诊断提供了一个平台.系统的构建既需考虑技术性要求,又需考虑经济性要求.气缸内的压力随着活塞的高速往复2系统结构及主要功能式运动而发生周期性变化,在吸、排气阀片的开闭本文所研究的压气机性能测试实验台系统结以及吸、排过程中都会发生压力的波动现象,而且构如图1所示.该系统中,压气机的活塞由飞轮气体因为被急速压缩温度可以高达200e.因此,该系统选用了测量非腐蚀性气体介质动态压力且具有一定耐温能力的压力传感器.位移传感器的两部分分别安装在飞轮和对应位置的外壳上,飞轮每旋转1周,则产生1个脉冲信号作为活塞位移的标志
5、位,再由软件依据此标志位计算出每个压力信号点所对应的活塞位移.由于压力传图1压气机性能测试实验台系统结构框图感器的输出信号是毫伏级的模拟电信号,而A/D/第四届全国高等院校物理实验教学研讨会0论文收稿日期:2006-05-19作者简介:谢志辉(1977-),男,海军工程大学动力工程系讲师,博士生,从事工程热物理的教学与科研工作.第4期谢志辉,等:活塞式压气机性能测试实验台的研制与应用27板卡的输入信号必须是伏级的,所以该系统配置FIFO的标志位.若标志位为TRUE,则代表了1台动态应变仪,作信号调理之用.由于目前FIFO中有一定字节的数据,程序将指定字节
6、的的兼容机不再配置ISA插槽,所以选用了通用的数据读入用户缓冲区;若标志位为FALSE,则代PCI板卡,其采集频率可以达到100kHz,具有表FIFO中无数据或数据字节数暂时没达到所指FIFO(先进先出存储器)功能,支持外部触发、中定的数,程序将继续查寻FIFO的标志位.采样断和轮寻3种数据通信方式,A/D转换时间约为完毕,程序释放A/D部件和设备对象,以释放创[2]8Ls.建时所占用的系统资源.在绘制p-A之前,程序在数据采集现场,被测信号会被叠加上噪声,自动对采样数据进行数据平滑和标度变换的预处串模干扰和共模干扰可能同时存在.在系统调试理.如果所绘制
7、的p-A出现异常,例如压力不符中发现,压力信号常常被耦合进高频噪声,位移信合压力表指示值,位移与压力匹配不严格,则需进号则因被严重干扰而失去了活塞位移标志位的作行异常处理,如检查传感器是否出现故障,检查信用,致使后续的数据分析和处理过程无法正常进号传输线路或者信号调理器是否正常等.系统软行.该系统综合采用了3种硬件抗干扰措施,分件流程图如图2所示,软件主界面如图3和图4别为单点接地,采用屏蔽传输线并将屏蔽层接地所示.[3~4]以及模拟信号双端输入法.这些措施可以有效地去除大部分干扰,提高了采样精度.4系统软件4.1开发工具的选择及软件功能的规划Visua
8、lBasic不但秉承了Basic简单、易读的特点,而且体现了面向对象的程序设计思
