賴建生

摘要：針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)扭矩測試方式存在的問題，本文設(shè)計(jì)了基于虛擬儀器技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩測試方案，方案采用凌華IPC610工控機(jī)、DAQ2214數(shù)據(jù)采集卡、調(diào)理電路、拉壓傳感器等作為硬件，以LabVIEW作為軟件組成測試系統(tǒng)。經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)方案是可行的。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器 扭矩 拉壓傳感器 LabVIEW

中圖分類號(hào)：U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）09（a）-0086-03

功率是是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的重要指標(biāo)。功率一般采用測輸出扭矩和轉(zhuǎn)速的方式進(jìn)行測量。傳統(tǒng)扭矩測試一般采用軸上貼應(yīng)變片的方式測量，存在信號(hào)傳輸難、干擾大和重復(fù)性差等缺陷。針對(duì)這些缺陷，本文基于虛擬儀器技術(shù)用力臂和拉壓傳感器的方式設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩測試方案，該方案可無縫融入電渦流測功機(jī)系統(tǒng)，既克服了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺陷，又提高了儀器的功能和使用效率，還降低了成本。

1 方案的硬件與測量原理

硬件由凌華IPC610工控機(jī)、凌華DAQ

2214多功能數(shù)據(jù)采集運(yùn)動(dòng)控制卡（具體參數(shù)如表1所示）、順源隔離放大模塊（精度： 0.1%，非線性度<2%，絕緣電阻≥20 MΩ）和拉壓傳感器等組成（如圖1所示）。在電渦流緩速器的定子上安裝一長70 cm的標(biāo)準(zhǔn)力臂，臂的另一端連接廣州電測儀器廠生產(chǎn)的YZC-516 S型拉壓傳感器。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，給緩速器加電流的時(shí)候緩速器的定子產(chǎn)生電渦流，由于轉(zhuǎn)子是帶磁性的鑄鐵，其切割磁力線產(chǎn)生一制動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)加載。由力的作用原理可知轉(zhuǎn)子受到制動(dòng)力，定子就受到反作用力，這反作用力就作用在拉壓傳感器上。因此將拉壓傳感器上受到的力測出后再乘以力臂就是發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩。扭矩測試過程如圖2所示。

有了轉(zhuǎn)速和扭矩值，功率也就可以通過式（1）計(jì)算得出：

（1）

2 拉壓傳感器的標(biāo)定與扭矩回歸方程

拉壓傳感器必須經(jīng)過標(biāo)定才能進(jìn)行扭矩的測試。標(biāo)定采用在緩速器的標(biāo)準(zhǔn)力臂的另一端加平衡的等長的標(biāo)準(zhǔn)臂，用可以上下自由拉動(dòng)且能自鎖的臺(tái)架作為加載裝置，用浙江藍(lán)箭稱重技術(shù)有限公司生產(chǎn)的電子吊秤OCS-XZ-AAE讀取所加力大?。ㄒ壕э@示電子讀數(shù)，精度5級(jí)，最小顯示值0.5 kg，最大量程1000 kg）。這樣每一個(gè)加載力就有相應(yīng)的一個(gè)電壓值與其對(duì)應(yīng)，連續(xù)加載直到到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩值，標(biāo)定的結(jié)果如表2所示。

因?yàn)闃?biāo)定力臂和測試力臂等長，因此作用在標(biāo)定力臂上的力就是拉壓傳感器所受的力，將電子秤讀數(shù)乘以9.8就得到實(shí)際的受力大小。用SPASS 13.0 for windows 進(jìn)行線性回歸分析，結(jié)果如表3、表4和表5所示。

從表3可以看出模型的相關(guān)系數(shù)R=1，判定系數(shù)和調(diào)整判定系數(shù)均為1，估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)誤為36.6806；從表4可以看出回歸的均方（Regression Mean Square）為100339795.4， 剩余的均方（Residual Mean Square）為 1345.463，F(xiàn)=76849.325，P=0.000，變量x與y間存在直線關(guān)系；從表5可以看出回歸系數(shù)中的常數(shù)項(xiàng)（Constant）等于-192.124，回歸系數(shù)（電壓的系數(shù)）等于1136.411，回歸系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤為4.099，標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)（Beta）等于1，常數(shù)項(xiàng)和回歸系數(shù)的P（Sig.）都等于0，常數(shù)項(xiàng)和回歸系數(shù)都有顯著意義，與表4的分析結(jié)果相同。因此回歸方程如式（2）所示：

（2）

3 方案軟件設(shè)計(jì)

方案的系統(tǒng)由信號(hào)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)組成。系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用需要建立在軟件的基礎(chǔ)上。本系統(tǒng)運(yùn)用G語言-LabVIEW進(jìn)行系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，兼顧通用性、可靠性、可操作性和可維護(hù)性，并按功能劃分為系統(tǒng)登陸設(shè)置、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)監(jiān)測三個(gè)模塊（軟件結(jié)構(gòu)見圖2）。

系統(tǒng)登陸設(shè)置模塊是用于記錄試驗(yàn)初始條件，包括試驗(yàn)委托單位、試驗(yàn)編號(hào)、試驗(yàn)地點(diǎn)、操作者、開始時(shí)間、發(fā)動(dòng)機(jī)類型、發(fā)動(dòng)機(jī)廠家、發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)編號(hào)、油料類型、油料密度、機(jī)油規(guī)格、備注等。

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊用于設(shè)置采集通道及信號(hào)數(shù)據(jù)的校正，校正式由式（3）所示：

（3）

進(jìn)行校正的。其中為校正前的數(shù)據(jù)；為校正后的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊把所監(jiān)測的參量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地顯示，同時(shí)可以根據(jù)需要存儲(chǔ)有用數(shù)據(jù)。當(dāng)監(jiān)測量出現(xiàn)異常時(shí)有提示報(bào)警和緊急處理方案。

4 方案的驗(yàn)證試驗(yàn)

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性和實(shí)際效果，系統(tǒng)用于B5及kloft500等系列電渦流緩速器的功率特性驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)在深圳市特爾佳運(yùn)輸科技有限公司的電渦流緩速器標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果如圖4、圖5所示。

從圖4、圖5可以看出制動(dòng)力矩隨著勵(lì)磁電流的加大而增大，在相同勵(lì)磁電流的情況下制動(dòng)力矩在不同的轉(zhuǎn)速下值不同，功率特性曲線呈凸?fàn)?，最大制?dòng)力矩都比設(shè)計(jì)值小。具體分析如下：

（1）對(duì)B5-15：一檔時(shí)最大扭矩為 261.44 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為29.031 km/h；二檔時(shí)最大扭矩為550.02 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為47.866 km/h；三檔時(shí)對(duì)大扭矩為 816.74 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為44.348 km/h；四檔最大扭矩為1222.7 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為 31.623 km/h。該系列電渦流緩速器實(shí)測最大扭矩為1222.7 N·m，比設(shè)計(jì)值1500 N·m小277.3 N·m，小了18%。

（2）對(duì)kloft500：一檔時(shí)最大扭矩為 135.87 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為20.472 km/h；二檔時(shí)最大扭矩為223.89 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為28.536 km/h；三檔時(shí)對(duì)大扭矩為 302.46 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為25.061 km/h；四檔最大扭矩為396.73 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為 16.313 km/h。該系列電渦流緩速器實(shí)測最大扭矩為442.67 N·m，比設(shè)計(jì)值500 N·m小57.33 N·m，小了11.47%。

測試結(jié)果符合緩速器的設(shè)計(jì)及使用實(shí)際情況及標(biāo)準(zhǔn)測試結(jié)果。

5 結(jié)語

在虛擬技術(shù)的平臺(tái)上用拉壓傳感器結(jié)合力臂設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩測試方案能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)采集扭矩，精度和穩(wěn)定性都符合要求，因此基于虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩測試方案是可行的。

參考文獻(xiàn)

[1] 王宏偉，丁喆.虛擬儀器技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)測試系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].機(jī)電工程，2001，18（4）：25-27.

[2] 王維強(qiáng).虛擬儀器與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障遠(yuǎn)程診斷中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機(jī)，2006（8）：55-57.

[3] 任自中.虛擬技術(shù)在內(nèi)燃機(jī)試驗(yàn)研究中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2001（4）：56-58.

[4] 劉玉梅，王慶年，魏傳峰，等.基于虛擬儀器的車輛性能測試系統(tǒng)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，35（5）：462-466.

[5] 劉光明，林謀有.基于虛擬儀器技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究，2006（7）：182-184.

[6] 裘正軍，何勇.發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)油耗測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2002，33（1）：124-125.

[7] 葉盛，胡浩.基于虛擬儀器技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)油耗測試系統(tǒng)研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)：農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版，2005，31（5）：668-670.

[8] 馬志燕.基于LabVIEW的應(yīng)變測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].機(jī)械與電子，2014（5）：62-65.

[9] 陳東寧，徐海濤，姚成玉.基于液壓伺服和虛擬儀器技術(shù)的脈沖試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動(dòng)，2013（3）：76-79.endprint

摘要：針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)扭矩測試方式存在的問題，本文設(shè)計(jì)了基于虛擬儀器技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩測試方案，方案采用凌華IPC610工控機(jī)、DAQ2214數(shù)據(jù)采集卡、調(diào)理電路、拉壓傳感器等作為硬件，以LabVIEW作為軟件組成測試系統(tǒng)。經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)方案是可行的。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器 扭矩 拉壓傳感器 LabVIEW

中圖分類號(hào)：U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）09（a）-0086-03

功率是是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的重要指標(biāo)。功率一般采用測輸出扭矩和轉(zhuǎn)速的方式進(jìn)行測量。傳統(tǒng)扭矩測試一般采用軸上貼應(yīng)變片的方式測量，存在信號(hào)傳輸難、干擾大和重復(fù)性差等缺陷。針對(duì)這些缺陷，本文基于虛擬儀器技術(shù)用力臂和拉壓傳感器的方式設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩測試方案，該方案可無縫融入電渦流測功機(jī)系統(tǒng)，既克服了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺陷，又提高了儀器的功能和使用效率，還降低了成本。

1 方案的硬件與測量原理

硬件由凌華IPC610工控機(jī)、凌華DAQ

2214多功能數(shù)據(jù)采集運(yùn)動(dòng)控制卡（具體參數(shù)如表1所示）、順源隔離放大模塊（精度： 0.1%，非線性度<2%，絕緣電阻≥20 MΩ）和拉壓傳感器等組成（如圖1所示）。在電渦流緩速器的定子上安裝一長70 cm的標(biāo)準(zhǔn)力臂，臂的另一端連接廣州電測儀器廠生產(chǎn)的YZC-516 S型拉壓傳感器。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，給緩速器加電流的時(shí)候緩速器的定子產(chǎn)生電渦流，由于轉(zhuǎn)子是帶磁性的鑄鐵，其切割磁力線產(chǎn)生一制動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)加載。由力的作用原理可知轉(zhuǎn)子受到制動(dòng)力，定子就受到反作用力，這反作用力就作用在拉壓傳感器上。因此將拉壓傳感器上受到的力測出后再乘以力臂就是發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩。扭矩測試過程如圖2所示。

有了轉(zhuǎn)速和扭矩值，功率也就可以通過式（1）計(jì)算得出：

（1）

2 拉壓傳感器的標(biāo)定與扭矩回歸方程

拉壓傳感器必須經(jīng)過標(biāo)定才能進(jìn)行扭矩的測試。標(biāo)定采用在緩速器的標(biāo)準(zhǔn)力臂的另一端加平衡的等長的標(biāo)準(zhǔn)臂，用可以上下自由拉動(dòng)且能自鎖的臺(tái)架作為加載裝置，用浙江藍(lán)箭稱重技術(shù)有限公司生產(chǎn)的電子吊秤OCS-XZ-AAE讀取所加力大?。ㄒ壕э@示電子讀數(shù)，精度5級(jí)，最小顯示值0.5 kg，最大量程1000 kg）。這樣每一個(gè)加載力就有相應(yīng)的一個(gè)電壓值與其對(duì)應(yīng)，連續(xù)加載直到到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩值，標(biāo)定的結(jié)果如表2所示。

因?yàn)闃?biāo)定力臂和測試力臂等長，因此作用在標(biāo)定力臂上的力就是拉壓傳感器所受的力，將電子秤讀數(shù)乘以9.8就得到實(shí)際的受力大小。用SPASS 13.0 for windows 進(jìn)行線性回歸分析，結(jié)果如表3、表4和表5所示。

從表3可以看出模型的相關(guān)系數(shù)R=1，判定系數(shù)和調(diào)整判定系數(shù)均為1，估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)誤為36.6806；從表4可以看出回歸的均方（Regression Mean Square）為100339795.4， 剩余的均方（Residual Mean Square）為 1345.463，F(xiàn)=76849.325，P=0.000，變量x與y間存在直線關(guān)系；從表5可以看出回歸系數(shù)中的常數(shù)項(xiàng)（Constant）等于-192.124，回歸系數(shù)（電壓的系數(shù)）等于1136.411，回歸系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤為4.099，標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)（Beta）等于1，常數(shù)項(xiàng)和回歸系數(shù)的P（Sig.）都等于0，常數(shù)項(xiàng)和回歸系數(shù)都有顯著意義，與表4的分析結(jié)果相同。因此回歸方程如式（2）所示：

（2）

3 方案軟件設(shè)計(jì)

方案的系統(tǒng)由信號(hào)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)組成。系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用需要建立在軟件的基礎(chǔ)上。本系統(tǒng)運(yùn)用G語言-LabVIEW進(jìn)行系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，兼顧通用性、可靠性、可操作性和可維護(hù)性，并按功能劃分為系統(tǒng)登陸設(shè)置、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)監(jiān)測三個(gè)模塊（軟件結(jié)構(gòu)見圖2）。

系統(tǒng)登陸設(shè)置模塊是用于記錄試驗(yàn)初始條件，包括試驗(yàn)委托單位、試驗(yàn)編號(hào)、試驗(yàn)地點(diǎn)、操作者、開始時(shí)間、發(fā)動(dòng)機(jī)類型、發(fā)動(dòng)機(jī)廠家、發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)編號(hào)、油料類型、油料密度、機(jī)油規(guī)格、備注等。

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊用于設(shè)置采集通道及信號(hào)數(shù)據(jù)的校正，校正式由式（3）所示：

（3）

進(jìn)行校正的。其中為校正前的數(shù)據(jù)；為校正后的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊把所監(jiān)測的參量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地顯示，同時(shí)可以根據(jù)需要存儲(chǔ)有用數(shù)據(jù)。當(dāng)監(jiān)測量出現(xiàn)異常時(shí)有提示報(bào)警和緊急處理方案。

4 方案的驗(yàn)證試驗(yàn)

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性和實(shí)際效果，系統(tǒng)用于B5及kloft500等系列電渦流緩速器的功率特性驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)在深圳市特爾佳運(yùn)輸科技有限公司的電渦流緩速器標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果如圖4、圖5所示。

從圖4、圖5可以看出制動(dòng)力矩隨著勵(lì)磁電流的加大而增大，在相同勵(lì)磁電流的情況下制動(dòng)力矩在不同的轉(zhuǎn)速下值不同，功率特性曲線呈凸?fàn)睿畲笾苿?dòng)力矩都比設(shè)計(jì)值小。具體分析如下：

（1）對(duì)B5-15：一檔時(shí)最大扭矩為 261.44 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為29.031 km/h；二檔時(shí)最大扭矩為550.02 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為47.866 km/h；三檔時(shí)對(duì)大扭矩為 816.74 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為44.348 km/h；四檔最大扭矩為1222.7 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為 31.623 km/h。該系列電渦流緩速器實(shí)測最大扭矩為1222.7 N·m，比設(shè)計(jì)值1500 N·m小277.3 N·m，小了18%。

（2）對(duì)kloft500：一檔時(shí)最大扭矩為 135.87 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為20.472 km/h；二檔時(shí)最大扭矩為223.89 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為28.536 km/h；三檔時(shí)對(duì)大扭矩為 302.46 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為25.061 km/h；四檔最大扭矩為396.73 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為 16.313 km/h。該系列電渦流緩速器實(shí)測最大扭矩為442.67 N·m，比設(shè)計(jì)值500 N·m小57.33 N·m，小了11.47%。

測試結(jié)果符合緩速器的設(shè)計(jì)及使用實(shí)際情況及標(biāo)準(zhǔn)測試結(jié)果。

5 結(jié)語

在虛擬技術(shù)的平臺(tái)上用拉壓傳感器結(jié)合力臂設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩測試方案能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)采集扭矩，精度和穩(wěn)定性都符合要求，因此基于虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩測試方案是可行的。

參考文獻(xiàn)

[1] 王宏偉，丁喆.虛擬儀器技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)測試系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].機(jī)電工程，2001，18（4）：25-27.

[2] 王維強(qiáng).虛擬儀器與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障遠(yuǎn)程診斷中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機(jī)，2006（8）：55-57.

[3] 任自中.虛擬技術(shù)在內(nèi)燃機(jī)試驗(yàn)研究中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2001（4）：56-58.

[4] 劉玉梅，王慶年，魏傳峰，等.基于虛擬儀器的車輛性能測試系統(tǒng)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，35（5）：462-466.

[5] 劉光明，林謀有.基于虛擬儀器技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究，2006（7）：182-184.

[6] 裘正軍，何勇.發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)油耗測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2002，33（1）：124-125.

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摘要：針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)扭矩測試方式存在的問題，本文設(shè)計(jì)了基于虛擬儀器技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩測試方案，方案采用凌華IPC610工控機(jī)、DAQ2214數(shù)據(jù)采集卡、調(diào)理電路、拉壓傳感器等作為硬件，以LabVIEW作為軟件組成測試系統(tǒng)。經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)方案是可行的。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器 扭矩 拉壓傳感器 LabVIEW

中圖分類號(hào)：U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）09（a）-0086-03

功率是是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的重要指標(biāo)。功率一般采用測輸出扭矩和轉(zhuǎn)速的方式進(jìn)行測量。傳統(tǒng)扭矩測試一般采用軸上貼應(yīng)變片的方式測量，存在信號(hào)傳輸難、干擾大和重復(fù)性差等缺陷。針對(duì)這些缺陷，本文基于虛擬儀器技術(shù)用力臂和拉壓傳感器的方式設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩測試方案，該方案可無縫融入電渦流測功機(jī)系統(tǒng)，既克服了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺陷，又提高了儀器的功能和使用效率，還降低了成本。

1 方案的硬件與測量原理

硬件由凌華IPC610工控機(jī)、凌華DAQ

2214多功能數(shù)據(jù)采集運(yùn)動(dòng)控制卡（具體參數(shù)如表1所示）、順源隔離放大模塊（精度： 0.1%，非線性度<2%，絕緣電阻≥20 MΩ）和拉壓傳感器等組成（如圖1所示）。在電渦流緩速器的定子上安裝一長70 cm的標(biāo)準(zhǔn)力臂，臂的另一端連接廣州電測儀器廠生產(chǎn)的YZC-516 S型拉壓傳感器。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，給緩速器加電流的時(shí)候緩速器的定子產(chǎn)生電渦流，由于轉(zhuǎn)子是帶磁性的鑄鐵，其切割磁力線產(chǎn)生一制動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)加載。由力的作用原理可知轉(zhuǎn)子受到制動(dòng)力，定子就受到反作用力，這反作用力就作用在拉壓傳感器上。因此將拉壓傳感器上受到的力測出后再乘以力臂就是發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩。扭矩測試過程如圖2所示。

有了轉(zhuǎn)速和扭矩值，功率也就可以通過式（1）計(jì)算得出：

（1）

2 拉壓傳感器的標(biāo)定與扭矩回歸方程

拉壓傳感器必須經(jīng)過標(biāo)定才能進(jìn)行扭矩的測試。標(biāo)定采用在緩速器的標(biāo)準(zhǔn)力臂的另一端加平衡的等長的標(biāo)準(zhǔn)臂，用可以上下自由拉動(dòng)且能自鎖的臺(tái)架作為加載裝置，用浙江藍(lán)箭稱重技術(shù)有限公司生產(chǎn)的電子吊秤OCS-XZ-AAE讀取所加力大小（液晶顯示電子讀數(shù)，精度5級(jí)，最小顯示值0.5 kg，最大量程1000 kg）。這樣每一個(gè)加載力就有相應(yīng)的一個(gè)電壓值與其對(duì)應(yīng)，連續(xù)加載直到到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩值，標(biāo)定的結(jié)果如表2所示。

因?yàn)闃?biāo)定力臂和測試力臂等長，因此作用在標(biāo)定力臂上的力就是拉壓傳感器所受的力，將電子秤讀數(shù)乘以9.8就得到實(shí)際的受力大小。用SPASS 13.0 for windows 進(jìn)行線性回歸分析，結(jié)果如表3、表4和表5所示。

從表3可以看出模型的相關(guān)系數(shù)R=1，判定系數(shù)和調(diào)整判定系數(shù)均為1，估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)誤為36.6806；從表4可以看出回歸的均方（Regression Mean Square）為100339795.4， 剩余的均方（Residual Mean Square）為 1345.463，F(xiàn)=76849.325，P=0.000，變量x與y間存在直線關(guān)系；從表5可以看出回歸系數(shù)中的常數(shù)項(xiàng)（Constant）等于-192.124，回歸系數(shù)（電壓的系數(shù)）等于1136.411，回歸系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤為4.099，標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)（Beta）等于1，常數(shù)項(xiàng)和回歸系數(shù)的P（Sig.）都等于0，常數(shù)項(xiàng)和回歸系數(shù)都有顯著意義，與表4的分析結(jié)果相同。因此回歸方程如式（2）所示：

（2）

3 方案軟件設(shè)計(jì)

方案的系統(tǒng)由信號(hào)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)組成。系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用需要建立在軟件的基礎(chǔ)上。本系統(tǒng)運(yùn)用G語言-LabVIEW進(jìn)行系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，兼顧通用性、可靠性、可操作性和可維護(hù)性，并按功能劃分為系統(tǒng)登陸設(shè)置、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)監(jiān)測三個(gè)模塊（軟件結(jié)構(gòu)見圖2）。

系統(tǒng)登陸設(shè)置模塊是用于記錄試驗(yàn)初始條件，包括試驗(yàn)委托單位、試驗(yàn)編號(hào)、試驗(yàn)地點(diǎn)、操作者、開始時(shí)間、發(fā)動(dòng)機(jī)類型、發(fā)動(dòng)機(jī)廠家、發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)編號(hào)、油料類型、油料密度、機(jī)油規(guī)格、備注等。

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊用于設(shè)置采集通道及信號(hào)數(shù)據(jù)的校正，校正式由式（3）所示：

（3）

進(jìn)行校正的。其中為校正前的數(shù)據(jù)；為校正后的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊把所監(jiān)測的參量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地顯示，同時(shí)可以根據(jù)需要存儲(chǔ)有用數(shù)據(jù)。當(dāng)監(jiān)測量出現(xiàn)異常時(shí)有提示報(bào)警和緊急處理方案。

4 方案的驗(yàn)證試驗(yàn)

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性和實(shí)際效果，系統(tǒng)用于B5及kloft500等系列電渦流緩速器的功率特性驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)在深圳市特爾佳運(yùn)輸科技有限公司的電渦流緩速器標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果如圖4、圖5所示。

從圖4、圖5可以看出制動(dòng)力矩隨著勵(lì)磁電流的加大而增大，在相同勵(lì)磁電流的情況下制動(dòng)力矩在不同的轉(zhuǎn)速下值不同，功率特性曲線呈凸?fàn)睿畲笾苿?dòng)力矩都比設(shè)計(jì)值小。具體分析如下：

（1）對(duì)B5-15：一檔時(shí)最大扭矩為 261.44 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為29.031 km/h；二檔時(shí)最大扭矩為550.02 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為47.866 km/h；三檔時(shí)對(duì)大扭矩為 816.74 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為44.348 km/h；四檔最大扭矩為1222.7 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為 31.623 km/h。該系列電渦流緩速器實(shí)測最大扭矩為1222.7 N·m，比設(shè)計(jì)值1500 N·m小277.3 N·m，小了18%。

（2）對(duì)kloft500：一檔時(shí)最大扭矩為 135.87 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為20.472 km/h；二檔時(shí)最大扭矩為223.89 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為28.536 km/h；三檔時(shí)對(duì)大扭矩為 302.46 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為25.061 km/h；四檔最大扭矩為396.73 N·m，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為 16.313 km/h。該系列電渦流緩速器實(shí)測最大扭矩為442.67 N·m，比設(shè)計(jì)值500 N·m小57.33 N·m，小了11.47%。

測試結(jié)果符合緩速器的設(shè)計(jì)及使用實(shí)際情況及標(biāo)準(zhǔn)測試結(jié)果。

5 結(jié)語

在虛擬技術(shù)的平臺(tái)上用拉壓傳感器結(jié)合力臂設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩測試方案能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)采集扭矩，精度和穩(wěn)定性都符合要求，因此基于虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩測試方案是可行的。

參考文獻(xiàn)

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