專利名稱：一種貫流風機性能測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測量裝置，具體涉及一種貫流風機性能測試裝置。
背景技術(shù)：
貫流風機的試驗研究始于法國，1892年由法國的莫爾特(Mortier)實用新型。開 始只用于礦山通風，20世紀50年代貫流風機引起了人們的重視，對它的研究和應用進入了 新的階段。我國對貫流風機的試驗、研究始于20世紀70年代，到80年代，洛陽工學院、東 北農(nóng)學院等單位的學者對貫流風機作了專題研究，對我國貫流風機的設(shè)計應用起到很好的 作用。與離心式風機、軸流式風機相比，貫流風機具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、產(chǎn)生的氣流平 穩(wěn)、動壓系數(shù)較高而作用距離較長及噪聲低等特點，近年來被廣泛應用于家用電器和空調(diào) 設(shè)備等低壓通風換氣的場合。設(shè)計高性能的貫流風機，必須探討其結(jié)構(gòu)參數(shù)與運動參數(shù)，建立模型風機進行試 驗，對模型風機進行性能測試與分析。貫流風機的性能是以輸送流量、產(chǎn)生全壓、所需功率及效率來體現(xiàn)的，這些工作參 數(shù)之間存在著相應的關(guān)系，當流量與轉(zhuǎn)速變化時，會引起其他參數(shù)相應的變化。為了正確選 擇、使用貫流風機，必須了解貫流風機性能參數(shù)之間的相互關(guān)系。由于貫流風機的特殊結(jié) 構(gòu)，加上其流動的非對稱性與復雜性，使得對其性能的影響因素不甚明了，貫流風機理論至 今仍欠完善，所以貫流風機性能參數(shù)的獲取主要依賴于性能試驗貫流風機產(chǎn)品的性能測 試是風機制造廠用于新產(chǎn)品開發(fā)試驗、檢驗產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。目前我國貫流風機的性能測試都處于手工階段或半手工階段，不僅精度低、速度 慢、可靠性差，而且費時費力，效率較低。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是解決現(xiàn)有貫流風機性能測試存在的上述技術(shù) 問題，而提供一種具有多項自動測試功能、適應性強，操作簡單、維護方便和有較高的可靠 性和準確性的貫流風機性能測試裝置。本實用新型采用的技術(shù)方案是這種貫流風機性能測試裝置包括傳感器系統(tǒng)、單 片機測控系統(tǒng)、計算機，傳感器系統(tǒng)包括風機轉(zhuǎn)速傳感器、風機風速傳感器、風溫溫度傳感 器、大氣壓力傳感器、風機動壓壓力傳感器、風機靜壓壓力傳感器、風機扭矩傳感器、噪聲測 量儀，傳感器系統(tǒng)的上述傳感器和測量儀輸出電信號連接至單片機測控系統(tǒng)，單片機測控 系統(tǒng)以單片機為核心，完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理，最后通過串行口將數(shù)據(jù)送入上位計算機處 理和顯示。上述技術(shù)方案中，單片機測控系統(tǒng)以AT89S52單片機為核心，主要包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換 電路、串行通信電路、看門狗電路和電源電路、上述技術(shù)方案中，風速傳感器結(jié)構(gòu)為在風機出風口安裝一個平穩(wěn)氣流的圓管形不銹鋼導風筒，皮托管一端伸入導風筒內(nèi)，皮托管另一端輸出的靜壓端和全壓端連接微型 差壓變送器，微型差壓變送器將壓差轉(zhuǎn)化為電信號，送入單片機測控系統(tǒng)，導風筒及皮托管 都安裝固定在移動臺上，電機帶動移動臺移動，對風機出風口任意位置多點測量。上述技術(shù)方案中，扭矩傳感器為磁電式相位差型扭矩傳感器，結(jié)構(gòu)為在電機輸出 軸和風機軸之間安裝彈性軸，彈性軸的軸兩端安裝兩信號齒輪，兩信號齒輪的上方各裝有 一組信號線圈，信號線圈內(nèi)裝有磁鋼，與信號齒輪組成磁電信號發(fā)生器。上述技術(shù)方案中，風機轉(zhuǎn)速傳感器采用光電轉(zhuǎn)速傳感器，在貫流風機葉片上疊加 反光紙。本實用新型的貫流風機性能測試方法為由傳感器系統(tǒng)的風機轉(zhuǎn)速傳感器、風機 風速傳感器、扭矩傳感器、大氣壓力傳感器、風機動壓壓力傳感器、風機靜壓壓力傳感器、風 溫溫度傳感器、噪聲測量儀；實時采集各種相應參數(shù)，傳感器和測量儀將各種物理信號轉(zhuǎn) 化為電路模擬信號，并將采集到的各種代表相應性能參數(shù)的模擬信號傳輸給單片機測控系 統(tǒng)，單片機測控系統(tǒng)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并進行數(shù)據(jù)處理，最后單片機測控系統(tǒng)通 過串行口將數(shù)據(jù)送入上位計算機處理，計算機將所接收的各種信號轉(zhuǎn)化為相應的性能數(shù)值 并在顯示器上進行顯示，同時將數(shù)據(jù)進行儲存和性能曲線繪制。上述技術(shù)方案中，貫流風機效率的測量是通過測出電動機輸出功率和風機輸出功 率所得，而風機輸出功率的求取，是用皮托管多點測量風壓全壓和風壓靜壓、計算所得。本實用新型的技術(shù)效果在于采用測試臺、主控計算機、單片機測控系統(tǒng)和傳感器 系統(tǒng)對貫流風機的各種性能參數(shù)進行測試，實現(xiàn)了貫流風機性能參數(shù)測試自動化，有效的 提高了性能測試工作的效率，使貫流風機產(chǎn)品的質(zhì)量得到有效的保障，為貫流風機制造廠 新產(chǎn)品開發(fā)提供有力的技術(shù)支持。本實用新型具有多項自動測試功能，適應性強，操作簡 單，維護方便，可靠性好，準確性高。本實用新型以計算機為基礎(chǔ)的貫流風機性能測試系統(tǒng)及裝置，測量精度高，測量 數(shù)據(jù)可靠，并可自動采集風機性能試驗數(shù)據(jù)、自動進行數(shù)據(jù)處理，并且實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、自 動繪制風機性能曲線。系統(tǒng)界面友好，操作方便，不但可以大大節(jié)省人力，減輕勞動強度，而 且可以降低成本，改善勞動環(huán)境。本實用新型的貫流風機性能測試裝置，目前國內(nèi)外貫流風機生產(chǎn)廠家未見使用， 也沒有看到相關(guān)文獻報道。

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)原理框圖圖2 圖10為本實用新型單片機測控系統(tǒng)實施電路圖，其中圖2為電源電路圖圖3為單片機最小系統(tǒng)電路圖圖4為模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖圖5為串行通信電路圖圖6為噪聲測量電路圖圖7為扭矩測量信號處理電路圖圖8為溫度測量電路圖[0027]圖9為大氣壓測量電路圖圖10為A/D轉(zhuǎn)換基準電源電路圖圖11為風速測量結(jié)構(gòu)示意圖圖12為扭矩測量結(jié)構(gòu)示意圖圖13為本實用新型測試流程圖圖14為上位計算機數(shù)據(jù)測試界面圖
具體實施方式
本實用新型包括上位計算機、單片機測控系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)。傳感器系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)速傳感器、風速傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、扭矩傳感器 和噪聲測量傳感器，將性能測試所需轉(zhuǎn)速、風速、溫度、壓力、扭矩及噪聲等各項參數(shù)轉(zhuǎn)換成 電信號。單片機測控系統(tǒng)以AT89S52單片機為核心，主要包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、信號放大電 路、電流-電壓變換電路、串行通信電路，看門狗電路和電源電路。完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理， 通過串行口將數(shù)據(jù)送入上位計算機處理。測試流程開始后，由溫度、風速等傳感器實現(xiàn)風溫等各種相應參數(shù)的實時采集，傳 感器將各種物理信號轉(zhuǎn)化為電路模擬信號，并將采集到的各種代表相應性能參數(shù)的模擬信 號傳輸給單片機測控系統(tǒng)，單片機測控系統(tǒng)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳輸給計算機， 計算機將所接收的各種信號轉(zhuǎn)化為相應的性能數(shù)值并在顯示器上進行顯示，同時將數(shù)據(jù)進 行儲存和性能曲線繪制。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器采用Microchip公司開發(fā)的高性價比12位逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換芯 片MCP3208，它具有高速、功耗低、工作方式靈活，單端輸入工作方式和準差分輸入工作方 式，可通過命令設(shè)置，其中準差分輸入工作方式能有效抑制輸入端共模干擾的影響等特點。 該芯片內(nèi)部含有采樣/保持電路，與微處理器采用SPI接口總線通訊、幾乎無外圍器件，從 而減少了由于外圍器件而引入的干擾和誤差，同時也提高了可靠性。MCP3208的轉(zhuǎn)換速度 可達100kHz，具有CH0-CH7八個模擬信號輸入端(MCP3208芯片的0_7引腳)，在本系統(tǒng)中， MCP3208的通道0輸入噪聲傳感器的模擬信號、通道1輸入風速傳感器的模擬信號。通道 4輸入大氣壓力傳感器MAX 4100A第6腳輸出的模擬信號、通道5、6輸入靜壓、全壓傳感器 的輸出模擬信號。MCP3208的CLK、DOUT, DIN、CS引腳分別接單片機的P2. 0、P2. 1、P2. 2、 P2. 3。單片機通過P2. 1引腳讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。扭矩測量的輸出脈沖波送入AT89S52的定時/計數(shù)器Tl (P3. 5)。由單片機測量出 相位差脈沖的寬度，發(fā)送至上位機。轉(zhuǎn)速測量的輸出脈沖送入AT89S52的外部中斷INTO (P3. 2)，設(shè)置脈沖的負跳變觸 發(fā)中斷，在中斷服務程序中啟動定時計數(shù)器計算脈沖寬度，發(fā)送至上位機。溫度測量傳感器DS18B20采用外接電源方式，DQ端(2腳)接單片機的P2. 6與微 處理器通信。單片機的串行口發(fā)送端TXD(P3. 1)和接收端RXD(P3.0)分別連接MAX232的11腳 和12腳，MAX232的13腳和14腳連接上位計算機，接收單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)、發(fā)送命令給單 片機。[0042]
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步說明參見圖1，整個系統(tǒng)由管理計算機系統(tǒng)、單片機測控系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)構(gòu)成。傳感 器系統(tǒng)包括風機轉(zhuǎn)速傳感器、風速傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、扭矩傳感器和噪聲測 量傳感器。參見圖2 10，單片機測控系統(tǒng)電路以AT89S52單片機為核心，主要包括壓力測 量、扭矩測量、轉(zhuǎn)速測量、溫度測量、風速測量、噪聲測量電路，串行通信電路，看門狗電路和 電源電路。1)壓力測量大氣壓力測量選用Motorola的MAX 4100A氣壓傳感器。該傳感器的溫度補償范 圍為-40 +125°C;壓力范圍為20kPa 1050kPa;輸出與大氣壓相對應的模擬電壓，信號 (Vs = 5. 0V)范圍為0. 3 4. 65V ；測量精度為0. 1% V,同時在20kPa 1050kPa時具有良 好的線性，具體輸出關(guān)系如下Vout = Vs(0. 01059P-0. 1528)士Error式中，Vs是工作電壓，P是大氣壓值，Vout為輸出電壓。Vout經(jīng)MCP3208A/D通道 4轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字量后送入單片機處理。靜壓、全壓測量采用JYB壓力變送器(精度0. 5級)直接將風筒內(nèi)的靜壓信號轉(zhuǎn) 換為4 20mA的標準電流信號。轉(zhuǎn)化為0-5V電壓信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換MCP3208的通道5、6 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，信號傳入單片機檢測系統(tǒng)。2)參見圖11風速測量采用皮托管和美國BESTACE微型差壓變送器，型號為761-10-44A，在風機出風口 處安裝了一個平穩(wěn)氣流的圓管形不銹鋼管即導風筒1。皮托管2伸入導風筒1，通過電機帶 動移動臺3及導風筒1的左右移動，實現(xiàn)出風口任意位置的多點風速測量。皮托管2的靜 壓端4和全壓端5連接微型差壓變送器，將壓差信號轉(zhuǎn)化為4 20mA的標準電流信號，轉(zhuǎn) 化為0-5V電壓信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換MCP3208的通道1轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，信號傳入單片機檢測系 統(tǒng)。3)參見圖12扭矩測量在電機與風機轉(zhuǎn)軸之間安裝磁電式相位差型扭矩傳感器。在兩轉(zhuǎn)軸端之間安裝彈 性軸6，在彈性軸的軸兩端安裝有兩只信號齒輪7，在兩齒輪的上方各裝有一組信號線圈8。 在信號線圈內(nèi)均裝有磁鋼9，與兩信號齒輪組成磁電信號發(fā)生器。當信號齒輪隨彈性軸轉(zhuǎn)動 時，由于信號齒輪的齒頂及齒、谷交替周期性的掃過磁鋼的底部，使氣隙磁導產(chǎn)生周期性的 變化，線圈內(nèi)部的磁通量亦產(chǎn)生周期性變化，使線圈中產(chǎn)生感應電動勢，其波形近似為正弦 波。若轉(zhuǎn)軸沒有受到扭矩的作用，兩個正弦電動勢應同相位。受到轉(zhuǎn)矩作用時，放置傳感 器相距為L的兩截面的相對轉(zhuǎn)角為θ，即為兩正弦電動勢的相位差，經(jīng)0Ρ07比較器過零比 較整形，得出兩個方波，再將它們經(jīng)74LS32或門后，輸出脈沖波送入AT89S52的定時/計數(shù) 器Tl。由單片機測量出相位差脈沖的寬度，發(fā)送至上位機、計算出扭矩值。4)轉(zhuǎn)速測量用美國蒙娜多的R0S-5P光電轉(zhuǎn)速傳感器測量轉(zhuǎn)速，在貫流風機葉片上疊加反光 紙，在風機轉(zhuǎn)動時，在傳感器輸出端產(chǎn)生一路與轉(zhuǎn)速相關(guān)的脈沖，由單片機對其進行計算處 理，實現(xiàn)對風機轉(zhuǎn)速的信號采集。[0056]5)溫度測量用美國達拉斯公司生產(chǎn)的DS18B20數(shù)字式溫度傳感器測量大氣溫度。DS18B20的 測量范圍為_55°C +125°C，最高分辨可達0. 0625°C。DS18B20可以直接讀出被測溫度值， 而且采用三線制與單片機相連，減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點。DS18B20采用外接電源方式，DQ端(2腳)接單片機的P2. 6與微處理器通信。6)噪聲測量噪聲經(jīng)高靈敏度、無指向性駐極體傳聲器轉(zhuǎn)換成電信號。傳聲器頻率特性在50 14000Hz范圍內(nèi)不均勻度小于1. 5dB，三級放大電路由運放LM324構(gòu)成，調(diào)整相關(guān)外圍元件 參數(shù)，使其幅頻特性與A計權(quán)曲線相近。D1、Cl、Rl組成峰值檢波網(wǎng)絡(luò)，其輸出直流電平反 映了噪聲聲壓的大小，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換MCP3208的通道0轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，信號傳入單片機檢測系 統(tǒng)。參見圖11，貫流風機效率測量是用電動機的輸出功率(即風機的輸入功率)和風 機的輸出功率計算所得。風機輸入功率N = Fn/9550 (F-電機與風機之間扭矩，n_電機轉(zhuǎn)速)風機輸出功率是用皮托管為傳感器測量風壓(包括全壓和靜壓，通過多點測量求 平均值的方法求出)，由公式計算所得。全壓P4就是皮托管高壓端壓力，通過皮托管高壓端接微差壓傳感器的正端，而傳 感器的負端不連皮托管低壓端，置于空氣中，壓力傳感器所測得的值。靜壓P11是皮托管低壓端壓力，可通過皮托管低壓端接微差壓傳感器的負端，而傳 感器的正端不連皮托管高壓端，置于空氣中，壓力傳感器所測得的值。風機輸出功率Ne = P全Q/1000，單位為KW，風機效率η = P^Q/(1000Ν),其中，風量Q=風速X風機出風口斷面面積，單位m3。風速 K ^ 1^2A
-if P-氣體密度(單位Kg/m3)且P= n ^J3 ，P當?shù)乇硎井數(shù)卮髿鈮?，P
P其中，V-平均風速(單位m/s)K-皮托管校準系數(shù)(通常取0. 99 1. 01)P動-氣體動壓(單位Pa)，可用微差壓傳感器測得，且P動=P全-P靜，P全，P靜表示 氣體全壓和靜壓。
1.293/^ 地
(1 + 0.003670P標準
表示一個標準大氣壓，t表示所測氣體溫度，單位為。C。參見圖13，測試流程開始后，由溫度、風速等傳感器實現(xiàn)風溫等各種相應參數(shù)的 實時采集，傳感器將各種物理信號轉(zhuǎn)化為電路模擬信號，并將采集到的各種代表相應性能 參數(shù)的模擬信號傳輸給單片機測控系統(tǒng)，單片機測控系統(tǒng)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳 輸給計算機，計算機將所接收的各種信號轉(zhuǎn)化為相應的性能數(shù)值并在顯示器上進行顯示， 同時將數(shù)據(jù)進行儲存和性能曲線繪制，得到檢測結(jié)果后，即可暫停檢測工作。參見圖14，上位管理計算機是基于Windows2000/XP操作平臺，以VisualBasic 6.0為開發(fā)軟件并結(jié)合Access2000和Crystal Report 9實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫和報表相關(guān)功能。 Visual Basic 6. 0具有良好的圖形界面接口、內(nèi)置眾多控件、可視化集成開發(fā)環(huán)境、方便的軟件調(diào)試環(huán)境、便捷的數(shù)據(jù)庫訪問能力、能夠方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、數(shù)據(jù)庫訪問、自動 控制、測試結(jié)果顯示、打印等功能。上位機系統(tǒng)可劃分為實時數(shù)據(jù)檢測模塊、數(shù)據(jù)管理模塊以及系統(tǒng)設(shè)置模塊。系統(tǒng)安裝、操作步驟如下1、安裝先在上位計算機上安裝測試軟件，運行進入系統(tǒng)主界面。再將貫流風機在 測試臺上相應的位置安放固定；2、接線接通貫流風機和單片機控制系統(tǒng)電源；3、啟動運行單片機控制程序，點擊上位機主界面菜單“數(shù)據(jù)檢測”進入?yún)?shù)檢測 界面，參數(shù)檢測界面包含數(shù)據(jù)顯示、系統(tǒng)設(shè)置和參數(shù)曲線圖顯示部分。設(shè)置好需要測試的貫 流風機型號和批次，單擊開始按鈕開始測試；4、停止停止單片機控制程序的運行，退出上位測試系統(tǒng)，再關(guān)斷電源，系統(tǒng)工作 過程完全停止。
權(quán)利要求一種貫流風機性能測試裝置，其特征在于包括傳感器系統(tǒng)、單片機測控系統(tǒng)、計算機，傳感器系統(tǒng)包括風機轉(zhuǎn)速傳感器、風機風速傳感器、風溫溫度傳感器、大氣壓力傳感器、風機動壓壓力傳感器、風機靜止壓力傳感器、風機扭矩傳感器、噪聲測量儀，傳感器系統(tǒng)的上述傳感器和測量儀輸出電信號都連接至單片機測控系統(tǒng)，單片機測控系統(tǒng)以單片機為核心，完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理，最后通過串行口將數(shù)據(jù)送入上位計算機處理和顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫流風機性能測試裝置，其特征在于單片機測控系統(tǒng)以 AT89S52單片機為核心，主要包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、串行通信電路、看門狗電路和電源電路、
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫流風機性能測試裝置，其特征在于風速傳感器結(jié)構(gòu)為在 風機出風口安裝一個平穩(wěn)氣流的圓管形不銹鋼導風筒，皮托管一端伸入導風筒內(nèi)，皮托管 另一端輸出的靜壓端和全壓端連接微型差壓變送器，微型差壓變送器將壓差轉(zhuǎn)化為電信 號，送入單片機測控系統(tǒng)，導風筒及皮托管都安裝固定在移動臺上，電機帶動移動臺移動， 對風機出風口任意位置多點測量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫流風機性能測試裝置，其特征在于扭矩傳感器為磁電式相 位差型扭矩傳感器，結(jié)構(gòu)為在電機輸出軸和風機軸之間安裝彈性軸，在彈性軸的軸兩端安 裝兩信號齒輪，兩信號齒輪的上方各裝有一組信號線圈，信號線圈內(nèi)裝有磁鋼，與信號齒輪 組成磁電信號發(fā)生器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫流風機性能測試裝置，其特征在于風機轉(zhuǎn)速傳感器采用光 電轉(zhuǎn)速傳感器，在貫流風機葉片上疊加反光紙。
專利摘要一種貫流風機性能測試裝置，包括傳感器系統(tǒng)、單片機測控系統(tǒng)、計算機，傳感器系統(tǒng)包括風機轉(zhuǎn)速傳感器、風機風速傳感器、風溫溫度傳感器、大氣壓力傳感器、風機動壓壓力傳感器、風機靜止壓力傳感器、風機扭矩傳感器、噪聲測量儀，傳感器系統(tǒng)的上述傳感器和測量儀輸出電信號連接至單片機測控系統(tǒng)，單片機測控系統(tǒng)以單片機為核心，完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和處理，最后通過串行口將數(shù)據(jù)送入上位計算機處理和顯示。本實用新型具有多項自動測試功能、適應性強，操作簡單、維護方便，有較高的可靠性和準確性。
文檔編號F04B51/00GK201671805SQ20092025907
公開日2010年12月15日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者劉輝, 唐勇, 龐佑霞, 朱宗銘, 梁亮, 許焰 申請人:長沙學院