基于發動機性能虛擬儀器測試系統設計

　　（2）工作原理

　　發動機性能虛擬儀器測試系統可在兩種工作模式運行下：自動工作模式和手動工作模式，主要測試項目有：

　　1）發動機壓力曲線 （油、水、氣的進出口）。2） 發動機溫度曲線 （油、水、氣的進出口及環境）。3） 發動機轉速曲線。4） 發動機扭矩曲線。5） 發動機功率曲線。6） 發動機油耗曲線 。

　　自動工作模式下，主控機首先等待用戶完成軟硬件的設置和配置。然后提請用戶選擇負載測試或定參數測試，負載測試下用戶需要設置負載曲線、負載時間、循環時間以及測試時間等測試參數；定參數測試下，用戶可以選擇指定扭矩、轉速或是功率，并設置相應的定標參數、控制參數以及測試時間。完成以上步驟以后，就可以啟動測試程序，測試系統即按照用戶制定的負載自動加載同時完成對待測發動機的性能測試；或是通過一定的控制算法保持定標參數的穩定并對該狀態下的待測發動機進行自動測試。系統運行的同時，用戶可以在實時監測圖表中觀察各指標參量對時間的波形顯示，經過曲線擬合后得到發動機特性曲線，并可將感興趣的圖表導出存盤。當完成測試時間后，系統自動終止測試。

　　手動工作模式下，系統工作原理與自動工作模式下基本類似，只是系統不進行循環測試，而是提供一種交互式的測試環境，完成指定的測試項目后，等待用戶的進一步操作。

　　3 硬件結構

　　發動機性能虛擬儀器測試系統硬件組成框圖，如圖2所示。

　　圖2 發動機性能虛擬儀器測試系統硬件組成框圖

　　（1）主控機

　　主控機選用一臺DELL工作站，內嵌了Intel Pentium 4 2.6G CPU，多功能數據采集卡和實時測溫模塊和實時監控模塊。

　　（2）實時監控模塊

　　實時監控模塊選用NI cFP分布式I/O實時系統。作為工業級控制系統，cFP具備FIFO數據隊列、斷電數據緩存、看門狗狀態監測以及高抗沖擊性和抗干擾性，是用于完成系統最核心的實時采集與控制的部分。

　　（3）實時測溫模塊

　　實時測溫模塊選用NI cFP分布式I/O實時系統。采用了cFP-2020控制器，配以4塊cFP TC-120 8通道熱電偶模塊，可直接用于測量標準J、K、T、N、R、S、E和B型熱電偶，并提供相應的信號調理、雙絕緣隔離、輸入噪聲過濾、冷端補償以及各種熱電偶的溫度算法，用于發動機各待測溫度點的數據采樣，并利用分布式I/O的基于TCP/IP協議的網絡共享功能實現數據的遠程共享，有利于對工業現場實施遠程的實時監控。

　　（4）測功機

　　測功機是根據作用力與反作用力平衡原理設計的。當發動機測功機的定子受到的轉矩與被測發動機的轉矩相等時，由單片機數據采集系統直接精準地讀出被測發動機的轉矩值。當被測發動機旋轉帶著測功機的轉子旋轉時，若給測功機加入直流勵磁電壓，測功機中有磁場存在，此時測功機轉子旋轉且切割磁力線產生電樞電流，電樞電流和磁通相互作用產生制動轉矩，同時測功機定子受到一個相反方向的轉矩作用，便在測功機傳感器軸上產生壓應力，在正常工作范圍內，壓應力與傳感器軸所承受的轉矩成正比。如果在傳感器軸產生最大壓應力方向上粘貼電阻應變片，則應變處的電阻值就隨著壓應力的大小而變化，再將應變片接入一定的橋式電路就能將壓應力的變化轉化為電壓信號，從而即能測量出轉矩的大小。

　　發動機轉速的測量使用光電式轉速傳感器，測速分辨力高、慣性小、應用廣泛，利用單片機和光電式傳感器相配合，使待測量發動機轉速簡便、抗干擾能力強。光電式傳感器在發動機軸上裝一個邊緣有N個均勻分布鋸齒的圓盤，通過光線投射到光敏管上，當發動機轉動一周，就得到N個脈沖信號，測量脈沖信號的頻率或周期，就可得到發動機的轉速。

　　（5）控制機柜

　　控制機柜主要由控制開關、開關電源、濾波器以及連接線路組成，是為各路傳感模塊提供相應的多路接口，使之與待測發動機連接，并提供安全的系統供電、信號隔離、幅度調節以及風冷控制等輔助功能，為整個發動機測試系統提供強電支持及系統應急措施。