基于PCI-8333的電液比例溢流閥性能測(cè)試

基于PCI-8333多功能數(shù)據(jù)采集卡的測(cè)試系統(tǒng)可對(duì)電液比例溢流閥閥口溢流時(shí)的壓力、流量、穩(wěn)壓時(shí)間及動(dòng)態(tài)響應(yīng)等進(jìn)行測(cè)試，通過計(jì)算機(jī)的控制與處理，可迅速準(zhǔn)確地測(cè)試出有關(guān)參數(shù)，繪出性能曲線，實(shí)現(xiàn)電液比例溢流閥性能測(cè)試的快速性和準(zhǔn)確性。

1．電液比例溢流閥的測(cè)試要求

電液比例閥測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試原理和方法參照機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電液比例閥試驗(yàn)方法，主要完成穩(wěn)態(tài)壓力控制特性測(cè)試、輸入電信號(hào)階躍響應(yīng)特性測(cè)試、負(fù)載流量階躍響應(yīng)特性測(cè)試、頻率響應(yīng)特性測(cè)試。穩(wěn)態(tài)特性參數(shù)主要有調(diào)壓偏差、滯環(huán)誤差、線性誤差、重復(fù)性誤差以及在最高工作壓力下的壓力振擺量。動(dòng)態(tài)性能一般用壓力超調(diào)量、升壓時(shí)間和穩(wěn)壓時(shí)間來衡量。通過這些特性參數(shù)分析研究電液比例溢流閥的穩(wěn)定性和快速性，評(píng)定其動(dòng)態(tài)特性。

2．電液比例溢流閥的測(cè)試原理

電液比例溢流閥的測(cè)試原理如圖38所示，該測(cè)試系統(tǒng)主要由液壓系統(tǒng)、控制和數(shù)據(jù)采集部分組成。溢流閥在整個(gè)系統(tǒng)中起安全閥的作用，能夠提供32MPa的最大系統(tǒng)壓力。此外，在液壓回路中安裝了壓力表、流量計(jì)、壓力傳感器和流量變送器，用來采集壓力和流量信號(hào)。

控制和數(shù)據(jù)采集部分主要由PC計(jì)算機(jī)、PCI-8333多功能數(shù)據(jù)采集卡、壓力傳感器、流量變送器、比例控制器、信號(hào)發(fā)生器、固態(tài)繼電器組成，利用C語言編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，其中PCI-8333是核心組件。

PCI-8333多功能數(shù)據(jù)采集卡具有即插即用的性質(zhì)，是PCI總線類型的數(shù)據(jù)采集卡，具有16路模擬信號(hào)輸入通道，可以同時(shí)采集16路模擬信號(hào)，同時(shí)也具有2路模擬信號(hào)輸出通道，可以同時(shí)輸出2路模擬量。此外，PCI-8333還具有16路數(shù)字量輸出與輸入通道，可以實(shí)現(xiàn)高低電平輸出。數(shù)據(jù)的采集主要是利用PCI-8333的A/D通道，將壓力和流量信號(hào)輸人計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的控制也通過PCI-8333來實(shí)現(xiàn)，利用D/A通道給電液比例溢流閥提供控制電壓信號(hào)，利用D0通道控制固態(tài)繼電器的通斷。

比例控制器最大輸出電流為800mA，輸入電源為直流24V（要求單獨(dú)電源供電），控制電壓為±9V，負(fù)載電阻為l8～25Q，顫振額率為200/100Hz，環(huán)境溫度為0～40℃，可以采用手動(dòng)控制，也可以通過可編程控制器、函數(shù)發(fā)生器等給出差動(dòng)電壓信號(hào)，幅度在0～10V變化時(shí)比例電磁鐵中線圈電流相應(yīng)為100～800mA，驅(qū)動(dòng)比例電磁鐵，控制方便自如。

在數(shù)據(jù)處理方面采用限幅濾波法和算術(shù)平均濾波法相結(jié)合。具體做法是在檢測(cè)到峰值壓力之前采用限幅濾波法，即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，確定2次采樣允許的最大偏差值(設(shè)為ΔU)。每次檢測(cè)到新值時(shí)判斷：如果本次值與上次值之差小于或等于ΔU，則本次值有效；如果本次值與上次值之差大于△U，則本次值無效，放棄本次值，用上次值代替本次值。當(dāng)峰值壓力過后，采用算術(shù)平均濾波法，即連續(xù)取N個(gè)采樣值進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算。

3．電液比例溢流閥的性能測(cè)試方法

電液比例溢流閥性能測(cè)試主要是穩(wěn)態(tài)性能測(cè)試和動(dòng)態(tài)性能測(cè)試，穩(wěn)態(tài)性能主要是指穩(wěn)態(tài)負(fù)載特性，動(dòng)態(tài)性能主要是指頻率響應(yīng)特性、輸入電信號(hào)階躍特性和負(fù)載階躍特性。

(1)穩(wěn)態(tài)負(fù)載特性測(cè)試。如圖38所示，由計(jì)算機(jī)輸出一個(gè)控制電壓，經(jīng)PCI-8333多功能數(shù)據(jù)采集卡的D/A，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成為模擬量，接人比例控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)試電液比例溢流閥的控制。起動(dòng)變量泵，此時(shí)電磁換向閥處于連通狀態(tài)，逐漸地調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口量，從而改變通過被測(cè)試電液比例溢流閥的流量。利用壓力傳感器和流量變送器采集壓力和流量信號(hào)，經(jīng)PCI-8333多功能數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并輸入計(jì)算機(jī)，將采集到的數(shù)據(jù)用圖形表示出來，即為被測(cè)試的電液比例溢流閥的穩(wěn)態(tài)壓力一流量特性。

(2)頻率響應(yīng)特性測(cè)試。如圖6 38所示，由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)角頻率為叫的標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)，將此模擬信號(hào)輸入比例控制器，給被測(cè)試的電液比例溢流閥提供一組交變的控制電流。起動(dòng)變量泵，電磁換向閥處于斷開狀態(tài)，將溢流閥作安全閥用。用壓力傳感器采集電液比例溢流閥的壓力隨輸入正弦信號(hào)變化的情況，信號(hào)發(fā)生器信號(hào)和壓力傳感器信號(hào)同時(shí)輸入多功能數(shù)據(jù)采集卡，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量，輸入計(jì)算機(jī)，得到信號(hào)角頻率為。。時(shí)的壓力信號(hào)幅值比和相位移。改變信號(hào)發(fā)生器輸出的正弦電壓信號(hào)頻率（從0.2Hz開始逐漸增加），重復(fù)上述測(cè)量得到不同頻率下的幅值比和相位移。將采集到的數(shù)據(jù)在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制頻率響應(yīng)特性曲線，即為電液比例溢流閥的頻率響應(yīng)特性曲線。

(3)輸入電信號(hào)階躍特性測(cè)試。如圖38所示，調(diào)節(jié)變量泵的流量為被測(cè)試閥的實(shí)驗(yàn)流量，溢流閥為安全閥。由計(jì)算機(jī)輸出一個(gè)由低電平延時(shí)高電平延時(shí)低電平組成的電壓信號(hào)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸入比例控制器，電磁閥處于斷開的狀態(tài)。利用壓力傳感器采集壓力變化情況，經(jīng)PCI-8333的A/D轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量，輸入計(jì)算機(jī)，以圖形的形式表示出來，即為被測(cè)試電液比例溢流閥的電信號(hào)階躍特性曲線。

(4)負(fù)載流量階躍特性測(cè)試。如圖38所示，調(diào)節(jié)變量泵的流量為被測(cè)試閥的實(shí)驗(yàn)流量，溢流閥為安全閥。計(jì)算機(jī)輸出一個(gè)電壓信號(hào)，經(jīng)PCI-8333多功能數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，將得到的模擬信號(hào)接人比例控制器，作為被測(cè)試電液比例溢流閥的控制電流。由計(jì)算機(jī)經(jīng)PCI-8333的DO通道輸出低電平，此信號(hào)經(jīng)過固態(tài)繼電器控制電磁換向閥導(dǎo)通，節(jié)流閥全開，使變量泵輸出的流量從電磁換向閥、節(jié)流閥和回油箱回路進(jìn)行卸荷。給PCI-8333的D0通道輸出高電平，固態(tài)繼電器處于斷開狀態(tài)，電磁換向閥斷開，系統(tǒng)壓力上升，然后被測(cè)試閥打開，流量通過被測(cè)試閥溢流，實(shí)現(xiàn)負(fù)載流量的階躍。利用壓力傳感器采集壓力信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)并繪圖，即得到被測(cè)試的電液比例溢流閥的負(fù)載流量階躍特性曲線。

(5)實(shí)驗(yàn)舉例。運(yùn)用以上的測(cè)試方法，對(duì)電液比例溢流閥的穩(wěn)態(tài)負(fù)載特性進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試條件；溫度40℃，系統(tǒng)最大安全壓力32MPa，流量60L/min，測(cè)試結(jié)果如圖39所示，圖中Q為流量，p為壓力，測(cè)試得到被測(cè)試電液比例溢流閥的調(diào)壓偏差約為2.3MPa．

4．抗干擾措施

測(cè)試系統(tǒng)的抗干擾能力是影響計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試系統(tǒng)精度和可靠性的重要因素。在計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試系統(tǒng)中有許多噪聲源，影響最大的是數(shù)據(jù)采集和處理時(shí)產(chǎn)生的干擾噪聲，需要采取措施消除這些影響因素。

(1)屏蔽措施。在測(cè)試中，每一個(gè)被測(cè)信號(hào)都使用獨(dú)立的屏蔽電纜，每一屏蔽層都連接到其自身的參考電位上，屏蔽電纜單端接“地”，通過最佳布線來減小耦合。

(2)接地措施。在本測(cè)試系統(tǒng)中，模擬、數(shù)字電路分別采用獨(dú)立的接地回路，使測(cè)試系統(tǒng)有獨(dú)立的模擬“地”和數(shù)字“地”。

(3)清零處理。采集一組有用信號(hào)之后采集一組零信號(hào)，再采集其他的有用信號(hào)，減少由于不同通道間數(shù)據(jù)采集所產(chǎn)生的干擾。