關(guān)于空氣壓縮機(jī)性能參數(shù)檢測儀的探討

廖永

摘 要：本文介紹了空氣壓縮機(jī)性能參數(shù)檢測儀的工作原理以及關(guān)于它的基本知識，以及它的抗干擾性能。檢測儀如何保證壓縮機(jī)主要性能數(shù)據(jù)的一致性和有效性作了簡單的概述。

關(guān)鍵詞：空氣壓縮機(jī)；參數(shù)；檢測儀

中圖分類號：TH45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）11-0178-02

前 言

隨著一系列技術(shù)的發(fā)展，也同時推動了壓縮機(jī)性能參數(shù)檢測技術(shù)，從而壓縮機(jī)性能參數(shù)檢測技術(shù)的檢測越來越精確。隨著高精度流量和壓力傳感器的出現(xiàn)，可編程控制器、單片機(jī)和微型計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，為研制一種準(zhǔn)確、智能化的空壓機(jī)性能測試儀提供了可能性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

工作過程如下：每個檢測點采樣傳感器，實現(xiàn)對空氣壓縮機(jī)的實時工作參數(shù)，如流量、壓力、溫度信號、疏散系統(tǒng)轉(zhuǎn)換放大和整流濾波援助轉(zhuǎn)換電路后，進(jìn)行轉(zhuǎn)換后的計算。工作人員可以從顯示板上觀察到的參數(shù)，通過通訊電路，測得的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后進(jìn)行綜合展示，并得出各參數(shù)的曲線，來分析和判斷空氣壓縮機(jī)的工作狀態(tài)是在正常范圍內(nèi)，性能參數(shù)是必需的。

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計方案

硬件系統(tǒng)一般分成兩個電路板和一個模塊（主板、信號板和電源模塊，如圖1所示）。主板是儀器的核心，主板主要是微控制器的CPU（msp430fi69微控制器）系統(tǒng)模塊，和ALD轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、通訊電路、鍵盤接口；信號接入板是主板的一個關(guān)鍵儀器、信號處理電路、整流濾波電路等。電源模塊一般分成兩部分，第一部分交流電220V接入。轉(zhuǎn)換后，提供五個模擬電源24V，+I2V、+5V、+3.3V、+2.5V分別和其他路由開關(guān)電源運算放大器提供5V3.3V數(shù)字電源，器件和單片機(jī)。板與板之間連接有扁平電纜，傳感器連接到屏蔽線（見圖2）。

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計方案

在完成硬件電路設(shè)計后，系統(tǒng)可以根據(jù)軟件實現(xiàn)相應(yīng)的功能。硬件的合理設(shè)計，系統(tǒng)可以正常地工作。它離不開完美的軟件設(shè)計。該軟件的系統(tǒng)是在嵌入式實時操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計，結(jié)合0430語言來完成整個系統(tǒng)的控制和運行。有幾個重要方面：

（1）嵌入式操作系統(tǒng)，移植在msp430fi69微控制器。

（2）編寫AD采樣的程序，可以使傳感器數(shù)據(jù)采集功能得到實現(xiàn)。

（3）編寫串口通信程序，可以使探測器與上位機(jī)之間進(jìn)行通信。

（4）編寫其它程序，實現(xiàn)檢測器的實時顯示和功能設(shè)置功能。

2 抗干擾技術(shù)和實驗調(diào)試

2.1 硬件抗干擾

硬件抗干擾是系統(tǒng)抗干擾的主要方面，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計的過程時經(jīng)常要思考的問題之一。一個合理的硬件電路設(shè)計，可以減弱大部分的干擾。系統(tǒng)設(shè)計過程中采取了以下抗干擾措施。

（1）接地技術(shù)。檢測干擾裝置與其它設(shè)備的干擾與系統(tǒng)的接地方式密切相關(guān)。接地能很好地防止外界干擾的入侵，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。系統(tǒng)屏蔽和接地，防止電磁干擾，保證人體安全。系統(tǒng)屏蔽線的一端接地，可以避免靜電的干擾。接地導(dǎo)線盡量加厚，以降低接地電阻。接地電極遠(yuǎn)離強電源接地電極。

（2）隔離技術(shù)。信號隔離是將干擾源從工作系統(tǒng)中隔離出來，讓檢測裝置只保持和現(xiàn)場的信號連接，而不直接與電氣系統(tǒng)連接。其實質(zhì)是切斷引入的干擾信道，達(dá)到隔離的目的。在制作電路板時，模擬電路從數(shù)字電路中分離出來，分別由兩個獨立電源驅(qū)動，以提高抗干擾能力。

（3）去禍電路。在數(shù)字電路信號電平轉(zhuǎn)換過程中，通常產(chǎn)生較大的沖擊電流，形成干擾。一方面，去耦電容器在關(guān)閉門時提供并吸收集成電路的充放電能量。第二方面，通過旁路來降低設(shè)備的高頻噪聲。連接到電源輸入端的電解電容器。每個集成電路芯片中的一個應(yīng)該放在電源和地之間，電容器引線盡可能短。

（4）時鐘振蕩器。時鐘信號在整個系統(tǒng)中作為最敏感的信號之一，它極易受到干擾，影響單片機(jī)的工作，往往使系統(tǒng)發(fā)生錯誤。為了避免時鐘信號的干擾，采取措施：晶振與單片機(jī)之間的連接盡可能地短和粗：接地電路用于環(huán)繞振蕩電路，晶體外殼接地。

（5）其他措施。

①CMOS芯片的輸入阻抗非常高，容易被感應(yīng)。

②選擇正成分。使用前要進(jìn)行必要的篩選。

③當(dāng)開關(guān)工作時，產(chǎn)生振蕩波，我們使用RC電路進(jìn)行濾波和吸收。

④線路板的輸入端采用暫態(tài)電壓抑制二極管，并吸收了浪涌電流。

⑤在開關(guān)電源和壓敏電阻輸入端，交流電網(wǎng)浪涌過電壓被吸收。

2.2 軟件抗干擾

系統(tǒng)的干擾總是隨機(jī)的。硬件抗干擾措施只能抑制某些頻段的干擾，以及一些干擾進(jìn)入系統(tǒng)。如果用硬件來解決抗干擾問題，就會有太多的硬件電路。它不僅增加了成本，而且產(chǎn)生了新的抗干擾問題，并不能保證系統(tǒng)完全不受干擾。因此，硬件不能完全解決系統(tǒng)的抗干擾問題。設(shè)計軟件抗干擾是必要的。該系統(tǒng)可以盡可能地提高軟件的可靠性，并使用以下軟件來抵御成千上萬人的干擾。

（1）數(shù)字濾波；

（2）參數(shù)冗余檢錯；

（3）開關(guān)量輸入軟件抗干擾措施。

3 硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

作為一個具有復(fù)雜元件和獨立工作條件的多功能單片機(jī)系統(tǒng)，在確定功能需求時，系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計是最重要的考慮因素。

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計主要由兩部分組成：①系統(tǒng)的擴(kuò)展，即單個功能單元的擴(kuò)展。如ROM、RAM、I/O、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)的容量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求，必須進(jìn)行電影中的擴(kuò)展，選擇合適的芯片。相應(yīng)電路的設(shè)計。②系統(tǒng)配置，根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，如鍵盤、顯示器、打印機(jī)、靜電除塵器、D/A轉(zhuǎn)換器等，并設(shè)計相應(yīng)的接口電路。

遵循以下規(guī)則：

（1）根據(jù)單片機(jī)的常規(guī)使用，盡可能地選擇典型電路。

（2）系統(tǒng)的擴(kuò)展和外圍設(shè)備的水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并具有適當(dāng)?shù)亩伍_發(fā)空間。

（3）硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)合。硬件結(jié)構(gòu)和軟件計劃相互作用。我們必須注意到，軟件實現(xiàn)的功能比硬件直接實現(xiàn)的要長，占用CPU時間（如延遲程序）。

（4）整個系統(tǒng)的性能將盡可能地匹配性能，如高振蕩器頻率選擇和有限的存儲器存取時間。我們應(yīng)該選擇允許高速芯片訪問。CMOS芯片微控制器芯片低功耗系統(tǒng)，所有系統(tǒng)都應(yīng)選擇低功耗產(chǎn)品。

4 檢測儀的主要工作

全面檢查探測器與各傳感器、電源連接、上位機(jī)通信連接，并將各傳感器連接到空氣壓縮。確認(rèn)后，將開始調(diào)試。現(xiàn)場調(diào)試的主要工作是：

4.1 各個傳感器以及變送器的標(biāo)定

需要對傳感器的初始應(yīng)用進(jìn)行校準(zhǔn)，以適應(yīng)傳感器的實際工作參數(shù)。現(xiàn)場采集后，需要對軟件進(jìn)行零點校正，以提高其輸出精度，滿足工作要求。

4.2 空載運行檢測

當(dāng)傳感器連接到空氣壓縮機(jī)時，它將首先在沒有負(fù)荷的情況下運行，看是否有連接松動和閥門松動的現(xiàn)象。每個傳感器有信號輸出。

4.3 加載整體調(diào)試

調(diào)整閥門，控制空壓機(jī)的輸出，增加氣室壓力，觀察流量和壓力的變化，是否達(dá)到預(yù)期效果。每個性能參數(shù)的具體值與標(biāo)準(zhǔn)值之間存在許多錯誤。

4.4 檢測精度的檢驗

在現(xiàn)場調(diào)試過程中，還利用其他檢測儀器對儀器的整體檢測效果進(jìn)行檢測。

5 軟件設(shè)計概述

軟件和硬件的結(jié)合就像一個人，如果身體是硬件，軟件相當(dāng)于人類大腦，空的身體，沒有思想的知識或者生病，工作能力非常有限，寫一個正確和完善程序，使用合理的算法是非常重要的。除了硬件的合理設(shè)計外，它還依賴于具有完善功能和先進(jìn)算法的軟件設(shè)計。程序的過程需要不斷的修改和調(diào)試。因此，一個完美的、合理的、可讀的編程風(fēng)格可以幫助縮短開發(fā)周期并提高維護(hù)。

作為一個程序設(shè)計者，有必要對軟件的特性有深刻的理解。①該程序用于在系統(tǒng)軟件和單片機(jī)系統(tǒng)是分不開的，硬件和軟件要在一塊考慮；②硬件電路的設(shè)計不是通用的，必須根據(jù)具體的硬件和軟件設(shè)計，硬件設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到軟件設(shè)計的難度和質(zhì)量。軟件設(shè)計水平直接影響到硬件的功能，同時，很多時候軟件可以代替硬件。原則上，只要軟件能夠做到這一點，它就不使用硬件。硬件的增加不僅增加了成本，而且增加了系統(tǒng)失敗的機(jī)會。單片機(jī)的內(nèi)存不如PC機(jī)大。它可以讓程序員發(fā)揮自己的能力。單片機(jī)的內(nèi)存很小，每個字節(jié)，甚至每個字節(jié)都必須合理安排。這樣，算法的實現(xiàn)就需要一個更緊湊、更精細(xì)的程序。

6 結(jié)束語

壓縮機(jī)是用來壓縮氣體提高氣體壓力或氣機(jī)，國民經(jīng)濟(jì)和人們的生活是非常廣泛，與生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，壓縮機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)也在不斷增加，石油、化工、采礦、冶金、機(jī)械、主要設(shè)備、制冷和不可或缺的國防工業(yè)，其可靠性和經(jīng)濟(jì)直接影響工業(yè)生產(chǎn)，所以越來越多的受到關(guān)注壓縮機(jī)測試。壓縮機(jī)性能試驗是測試壓縮機(jī)經(jīng)濟(jì)性和可靠性的主要方法。其主要性能參數(shù)有流量、溫度、壓力、電機(jī)功率、軸轉(zhuǎn)速等。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-3-15

作者簡介：廖 永（1982-），男，本科，主要從事產(chǎn)品進(jìn)貨、過程、出廠檢驗方面的工作。