活塞式空氣壓縮機排氣量虛擬測試系統的研制

付觀木，王金洋，張 穎，苗婷婷，康少楠

（東北石油大學 機械科學與工程學院，黑龍江 大慶 163318）

排氣量是活塞式壓縮機的一個重要性能參數，其表征了壓縮機的工作能力和工作狀況。目前空氣壓縮機排氣量的測定方法，主要有兩種：直接測量，如儲氣罐測量法；間接測量，如噴嘴法[1]。

傳統的噴嘴法測量壓縮機排氣量，較為繁瑣，測試人員在獲取各項參數后，根據標準查表計算出排氣量，自動化程度較低、誤差較大。因此，為了提高測量精度，減輕工人的勞動強度，發展基于計算機的壓縮機排氣量自動測量技術已成為急需。

LabVIEW虛擬儀器軟件平臺，具有虛擬的儀器面板、圖形化編程功能，改變了傳統儀器在數據傳輸、顯示、處理、存儲等方面的限制，技術先進、功能靈活、容易構建，是測控技術發展的一個重要方向[2]。采用虛擬儀器技術，可以在計算機中實現對活塞式壓縮機排氣量的測試。與傳統測試系統相比，性價比高，其智能化程度和數據處理能力強。

1 系統總體設計

排氣量測試系統采用PCI總線方案，系統總體設計如圖1所示。系統硬件包括傳感器、信號調理卡、數據采集卡、PC機。

圖1 系統總體設計圖

選用Pt100傳感器測量壓縮機吸入氣體和排出氣體的溫度。噴嘴前后的壓差測量采用ADS-809型壓力變送器，其綜合精度±0.1%。

圖2 噴嘴幾何形狀圖

1.2 信號調理和數據采集

選用凌華的PCI 9812數據采集卡，PCI 9812是4通道10位20 MS/s同步采樣模擬輸入卡。根據信號輸出類型和要求的采樣頻率，采用適當的采集模塊和調理模塊完成數據采集。調理卡將傳感器所得信號經隔離、放大處理后送給采集卡進行A/D轉換，最后送給PC機進行數據采集處理和后處理。

2 排氣量測量

本次排氣量測試采用的是ASME噴嘴法，噴嘴尺寸和形狀應符合表1和圖2的規定。其收縮面與圓柱部分應相切，并且圓滑過渡。儲氣罐應符合ZBJ 72041的規定。

表1 噴嘴尺寸

排氣量計算需要獲取以下參數：

噴嘴系數C；

噴嘴直徑d，mm；

壓縮機一級吸氣溫度Tx1，K；

噴嘴壓差△P，Pa；

噴嘴上游氣體溫度T1，K；

試驗處大氣壓力Pb，Pa。

根據GB/T 15487-1995中的規定，采用ASME噴嘴測量方法測量壓縮機流量，當空氣壓縮機吸氣壓力等于實驗處的大氣壓力時，空氣壓縮機流量計算公式為

3 修正值獲取的算法

將噴嘴氣體換算到壓縮機吸氣狀態下的相對蒸汽壓計算較為復雜，需要先計算出冷凝水量和一級吸入氣體含濕量，然后才能計算出該參數[3]。

修正值的計算程序采用LabVIEW 編程，將各個計算公式編輯成子VI的形式，計算時通過主VI調用子VI（即調用各個公式）[4]，實現計算機自動計算。此方法比起人工查標準公式計算簡單快速，且精度和效率高。

4 應用實例

結合具體的采集實例，介紹本次設計的采集系統。

本次測量選用噴嘴直徑d為19.05 mm，測得噴嘴壓差△P為1.5 kPa（1 mmH2O=9.806 4 Pa）；壓縮機一級吸氣溫度Tx1為290 K；噴嘴上游氣體溫度T1為332 K；試驗處大氣壓力Pb為98.76 kPa。由T1和△P 查詢噴嘴系數特性曲線得噴嘴特性線位于C、D 之間，再結合噴嘴系數表查得噴嘴系數C 和D 分別為0.974、0.976，再利用線性插值法算得噴嘴系數為0.975，最后把各參數帶入式（1），計算出壓縮機的排氣量。

圖3為壓縮機排氣量虛擬測試系統前面板。各測量參數的換算及噴嘴系數的查詢采用不同的VI程序，通過主VI調用子VI實現參數的獲取和換算，最終獲得壓縮機排氣量的計算值。

圖3 壓縮機排氣量虛擬測試前面板

圖4為獲取閥前排氣壓力子VI程序框圖。

圖4 閥前排氣壓力子VI程序框圖

5 結束語

本文研制了活塞式空氣壓縮機排氣量虛擬測試系統，通過實例介紹了排氣量的測試方法及步驟。利用LabVIEW軟件，將不同功能模塊編輯成獨立VI，主VI通過調用子VI實現參數獲取、數據簡易處理、排氣量計算及計算值修正計算等功能，實現排氣量的自動測試代替人工查表計算。與傳統測試方法相比，基于虛擬儀器技術開發的活塞式空氣壓縮機排氣量虛擬測試系統效率高，性能可靠，系統可維護性和可擴展性好。

[1]徐從清，王爾湘.空氣壓縮機排氣量的簡易測量方法[J].機電產品開發與創新，2009，22(4)：150-151.

[2]謝 冰，陳昌鑫，等.基于LabVIEW的數據采集與信號處理系統設計[J].現代電子技術，2011，34(14)：173-174.

[3]牛群峰，王 莉，等.壓縮機性能測試與參數計算的虛擬儀器實現[J].電子測量技術，2008，31(7)：81-82.

[4]金海軍，王群金，等.基于虛擬儀器的壓縮機性能測試系統的研究與實現[J].測控技術，2011，（9）：58-59.