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某大型减速器运行工况及其过渡过程的测试

时间:2007-1-20栏目:自动化论文

 摘 要 本文针对某大型减速器测试的要求,描述了多路温度、压力、转速、扭矩、流量等物理量在同一个系统中的测试方案,它既能满足在不同工况下的监测,同时也可以完成从一个工况变换到另一个工况时的过渡过程测试。目前该系统已投入实际的运行中,此方案的成功实施,为同类测试需求提供了良好的借鉴作用。
关键词 数据采集 多通道测试 频率信号 过渡过程
一、引言
在旋转机械的测试中,除了常见的温度、压力信号需要测试外,转速、扭矩及功率因是衡量不同工况工作的关键指标,也占据着重要地位,有时为了润滑、冷却的需要,流量参数的测试也会受到关注。这样一来,需测试的通道数不仅增多,而且信号的种类也趋多样化,从而使整个测试系统的构建亦变得复杂起来。本文介绍的某大型减速器的测试,正是这类测试中极具代表性的一个,它除了要实现不同工况下的监测外,还要完成从一个工况过渡到另一个工况(即:过渡过程)的测试,后者对大型旋转机械的出厂实验是非常重要的。
二、测试方案
当被测通道信号频率较高时,通常用测频法,其原理如图1所示,图2示出了测频工作波形。图1中时基电路产生的标准时基信号2,经过门控电路后转化为门控信号3,该门控信号在T1时间内开通闸门,使加在闸门输入端的被测信号fx 即1(通常整形为方波)通过闸门,得到被计数的方波4,进而送到计数器进行计数;门控信号3在T2时间内则会关闭闸门,禁止被测信号1通过闸门,从而禁止计数,同时计算机或微处理器则可利用该时间T2从计数器中取出所计的脉冲个数Nf,并作相关操作,为下一次计数做好准备;当已知时间T1及所计的脉冲个数Nf时,可由式fx = Nf/T1算得被测信号的频率。当T1一定时,若被测信号fx逐渐变小,Nf 的值也会随之减小,则采用测频法引起的±1误差就会越来越大,当fx低于一定值时,±1误差可能会大得不能容忍,这时则应选用测周法[1]。
测周原理方框图如图3所示,图4示出了测周工作波形示意图。因待测信号Tx(即波形2)的占空比不一定相等,故在门控电路中用二分频电路尽可能地将其转换为等占空比的方波3,然后去控制闸门,当闸门开通时,经分频器得到的时标脉冲1(设其周期为Ts)则会通过闸门,得到波形4,并送至计数器进行计数,如计数值为NT,则Tx = NT * Ts ,从而可计算出待测信号频率fx =1/Tx;因为待测信号频率fx较小,故Tx较大,而时标脉冲1的频率可以很高,所以NT 的值可以很大,即可使±1误差减小,这样就提高了待测信号的测量精度。
三、并行、多通道频率信号测试的设计思想
基于上述测频、测周原理,我们提出了一种并行、多通道频率信号的测试方法,其设计思想为:在时间T内,无论是测频通道,还是测周通道,均要进行一次完整而有效的计数,并且将各通道计数结果用中断的方式快速地取出。其工作波形如图5所示,为了讨论简单且不失一般性,图中只给出了两路并行输入的频率信号,其中一路被测信号fXH的频率较高,用测频法;另一路TXL频率较低(图5 中TXL为被测信号二分频后的波形,以使其占空比尽量相等),考虑用测周法。时间T为每次测点的间隔,它决定了采样率,T1为实际允许计数的时间限,T2为CPU中断读取各通道计数值及进行相关操作的时间。因测频、测周的门控信号互不相同,为实现上述设计思想,其关键在于各自门控信号的设计。
相比较而言,测频通道门控信号的设计较简单,可直接用时标波形TC来合成,使其在T1时间内开通计数,在T2时间内引发CPU中断,以读取所有通道计数值,并进行相关操作以准备下一次计数;很显然,若采样率一定,即测点的时间间隔T一定时,为了提高测频精度,应尽量增加T1时间,减少T2时间,但T2最小不能小于CPU执行中断程序所需的时间;因时标波形TC可由标准时间脉冲Tclk经定时/计数器8254分频得到,所以T2正好为标准时间脉冲信号Tcl k的一个时钟周期,故调整Tcl k的频率,即可改变T2的值。
对于测周通道,要在每次间隔时间T内也完成一次采集,必需在时标波形TC的T1时间内,对测周通道进行一次完整而有效的计数,以便在T2时间内,计算机能读取其计数值,并为下一时间T内的采集做好准备。因为TXL在T1时间内可能有一个或多个完整的Tx(TXL为被测信号二分频后的波形,即Tx实际为被测信号的周期)到来,且Tx到来具体个数是不可预知的,所以不能直接用TXL来合成测周通道的门控信号。为了保证测周通道计数的有效性,其门控信号应满足如下条件:即在T1时间内,无论被测信号TXL来了多少个Tx(但至少有一个完整的Tx),应仅仅只在一个完整的Tx时间内进行计数。
四、应用举例
根据上述思想,并针对某大型减速器的性能测试要求,我们设计了一基于ISA总线的八通道、并行频率信号采集卡,以组成并行、多通道频率信号测试系统,该测试系统要求能进行过渡过程测试和稳态监测,其测试精度要求为0.2%。其中采集卡上设计有两路测频通道,两路测周通道,另有四路同时测频、测周通道,用以分别测两路扭矩、两路流量及四路转速信号。经综合考虑,两路测周通道时标脉冲TS取为250 KHz。四路转速测周时的时标脉冲TS取为2.5MKHz。因现场条件恶劣,干扰大,所用传感器均为频率输出型传感器,其分别为:
1)、测输入转速、扭矩选用的是:JN338系列转矩传感器,它能同时输出转速、扭矩信号,其中转速信号为50Hz~7.2KHz的脉冲方波,扭矩信号为5KHz~15KHz的脉冲方波。
2)、测流量选用的是:LWGY型涡轮流量传感器,其输出信号频率为40Hz~450Hz。
3)、测输出转速选用的是:SZMB型

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