基于流量的水泵运行数据采集系统毕业论文.docx

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基于流量的水泵运行数据采集系统毕业论文

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摘要

摘要：

水泵技术是一个半理论和半经验的实验学科。

在水泵的开发中已经进行了实验研究。

脚的地位和作用。

作者指的是大量国内外相关文献，主要关注泵流量，提出了磁头，轴功率和速度的测试原理和测试方法，并将电测量方法与电机效应相结合。

速率特性曲线测量泵轴功率，从而避免损耗分析方法中的大量复杂中间过程，满足测试设备的自动测量要求;使用漏磁感应线圈法测量电机的速度来弥补其他水下电机测试速度测量方法的局限性已经适用于Ryan公司开发的潜水泵。

实际需要。

在此基础上，作者设计了一种基于单片机系统的外围测量方法。

该电路实现了各种传感器输出信号的实时准确数据采集。

此外,作者还对水泵测试系统的精度作了分析,对测量系统误差的主要来对源进行了探索，得出了用于选择测试仪器精度的数学模型。

在处理测量数据时，采用中值滤波和二次曲线拟合技术，尽可能确保软件测量值的准确性。

关键词：

水泵；数据采集；流量

Abstract:

Waterpumptechnologyisasemi-theoreticalandsemi-empiricalexperimentalsubject.Experimentalresearchisofgreatsignificanceinthedevelopmentofwaterpumps.Apivotalpositionandrole.Theauthor,referringtoalargenumberofrelevantdomesticandforeigndocuments,emphaticallydiscussesthepumpflowrate,Thetestingprincipleandmethodoflift,shaftpowerandrotatingspeedareproposed,andtheelectricmeasuringmethodiscombinedwithmotorefficiency.Theratecharacteristiccurvemeasurestheshaftpowerofthewaterpump,thusavoidingalargenumberofcomplicatedintermediateprocessesinthelossanalysismethod.Theautomaticmeasurementrequirementsofthetestdevicearemet.ThemagneticfluxleakageinductioncoilmethodisadoptedtomeasuretherotatingspeedofthemotortocompensateThelimitationofotherrotationalspeedmeasurementmethodstounderwatermotortestingisovercome,whichissuitableforthedevelopmentofsubmersibleelectricpumpbyLaingCompany.Theactualneedsofthe.Onthebasisofdiscussion,theauthordesignsperipheralmeasurementwithsinglechipmicrocomputersystemasthecore.Thecircuitrealizesreal-timeandaccuratedataacquisitionofoutputsignalsofvarioussensors.Inaddition,theauthoralsoanalyzedtheaccuracyofthepumptestingsystem,andanalyzedthemainerrorsofthemeasuringsystemThesourceisdiscussed,andthemathematicalmodelforselectingtheprecisionofthetestinginstrumentisdeduced.Intheprocessingofmeasurementdata,Themedianfilterandquadraticcurvefittingtechnologyareadoptedtoensuretheaccuracyofmeasuredvaluesasmuchaspossiblefromthesoftware.

Keywords:

waterpump;Datacollection;traffic

一、绪论

纵观整个科学技术的发展史,科学理论的产生和科学技术的进步,在很大程

该学位归功于科学实验。

通过测试，测量客观事物和获得的测量数据通过准确处理中间环节，人们可以从客观世界中获得有益信息并实现客观事物更为真实的认识。

可以这么说,测试的方式方法、测试的准确度、灵敏测试的程度和范围在很大程度上决定了科学技术的发展水平。

一般来说，测量技术水平愈高,科学成就就愈深愈广。

该泵是一种通用的通用机器，广泛应用于农业排灌，水利电力，石油化工等行业，采矿机械，航空航天等国民经济部门。

由于泵内部有独特的流路类型和叶轮旋转运动导致泵体内部的涡流，流出和随机变化的湍流，特别是在叶轮中。

二次回流和其他现象，使得泵中的不稳定湍流更复杂，正是因为流体泵中的运动过程非常复杂，完整的数学分析公式不能用于描述泵。

在相同的工作状态下运动的特性，所以即使有更完整的流体力学理论，也不能给出一个完整的数学模型，或一个完整的数学分析公式来描述泵中流体运动的真实状态，以及而且，理论上不可能为泵提供完整的使用特性。

由于泵产品在结构和操作方面的独特复杂性，水一直存在泵过流部件的液压设计和计算只能基于某些假设理论，泵的专业设计人们经常使用现代优化设计技术，如直观优化，实验优化，价值优化，数值计算优化等',通过简化其边界条件,并结合水泵的各种试验进行修改、鉴别选择

要完成。

因此，开发新型泵，特别是开发大型泵来测试液压原型或型号该测试仍然是泵开发人员获取泵技术数据的基本手段。

特别适用于泵的空化，离心许多复杂的问题，例如泵叶轮中的流场的流速分布和压力分布，只能依赖于可靠和详细的液体流动测量来解决。

总之，泵的测试技术为泵的基础研发，泵性能的不断提高。

泵设计方法的改进和设计水平的提高，泵中难题的解决等都是极其重要的

一个重要的不可替代的角色。

可以肯定地说，泵技术是一种半理论和半经验的实验。

实验研究在泵的开发中起着关键作用。

因此，许多材料也很清楚地面表明泵试验的研究水平可以在一定程度上用于表征泵生产和研究单位，基础理论研究，泵业的潜在发展和制造能力

1.1研究背景

水泵产品设计和开发的基本过程基于产品的额定流量，扬程，气穴和效率。

设计产品各组成部分的几何参数，并在生产前进行性能测试，验证其合理性和正确性，为产品改进和改进提供准确可靠的性能测试数据。

在十八世纪一定的假设条件下推出方程气一气建立了理论压力扬叶轮前后流量参数之间的定量关系。

流体机械行业的实用工程该设计采用了基于相似理论和相似理论的类似设计方法，如速度系数法等等。

因此，良好的测试条件，可靠的测试数据和大量的技术数据被开发到产品设计中败与否的关键。

泵行业的工程技术人员在长期的产品设计实践中积累了大量的工程设计原则，理论和实践经验,设计了许多性能良好的产品。

然而传统的工程试验方法不可避免有重复的测试，计算和数据处理。

工作量大，效率低，精度差，周期长。

随着计算机技术的发展，计算机辅助测试方法被广泛应用于各个行业，以完成复杂和重复的测试过程，达到减少设计开发周期和成本的目的。

自动测试系统的开发可以分为四个过程，并且在20世纪50年代后期出现了集中式方法。

半自动数据采集系统，其主要功能是对测量结果进行统计，处理和间接测量。

在20世纪60年代末和70年代初期，随着检测技术和计算机的进一步整合，第二代计算机测试系统，即使用计算机数据采集系统，自动数据分析系统和自动检测系统。

其特点是检测过程可以对数据进行处理并将结果存储、显示、打印或者形成一份文件。

在20世纪70年代中期，生产了第三代计算机自动测试系统。

由于共同的标准接口总线的出现解决了仪器和仪器之间以及仪器和计算机之间的连接问题。

以这种方式，计算机是核心，并且多个可编程仪器和仪表组合成构建一套设备。

该测试系统占据了仪器仪表市场，并在不断完善和发展。

正在工作基于微处理器的智能测试系统的开发是第四代计算机测试系统。

这种类型的该测试系统的特点是将微处理器和仪器组合成一个整体，其特点是多仪表中的硬件功能可以由软件代替,这样不仅使系统大大简化、降低成本、减小体积和重量，以及由于软件编程工作而提高的系统可靠性和灵活性这可以极大地增强系统的功能。

这种智能仪表通常具有到计算机的标准接口。

作为智能程控仪器单元访问系统，它构成了更强大的功能。

较大的早期检测系统系统的软件处理也可用于将各种数据处理技术应用于检测系统，以使系统更准确。

加上增加。

可以肯定的是，随着计算机技术的进一步发展和传感器等信号采集技术的进一步完善，自动测试系统的性能将得到进一步提高。

数据显示，特别是在美国和德国等发达国家，微电脑水泵的性能测试和测试装置已经过测试。

普及化，其测试准确性和自动化程度相对较高，我们一直处于工作的最前沿。

这家美国公司最初实施了泵模型试验台的数据采集和计算机处理。

日本到富士以重工为代表的泵制造商也建立了以计算机为中心的涡轮机模型实验室。

从八十年代起,环境下开发的软件已开始用于一些实时性相对较低的工业控制场合。

在20世纪80年代初，中国开始了泵模型试验台的数据采集和计算机处理。

但发展相对缓慢。

国内一些研究单位和泵制造商已经推出了一整套先进的国外测试。

技术。

但这些引进的设备以今天的眼光来看,一是在经济上昂贵,二是在操作上复杂，第三是技术上相对过时，计算机辅助测试技术发展到20世纪90年代，它已被广泛应用于国民经济的各个行业，大多数国产软件已相当成熟并已商业化。

但由于,技术应用的对象不同,领域不同,处理方法上的差异很大,这些商品软件应该应用于泵试验台的性能测试，需要进行大量调整。

基于此，生活用水泵业界开始开发相关的专用测试软件，如葛洲坝水电站水轮机双机测试系统。

通化，华中科技大学水机教研室多功能液压机械计算机测试装置。

这些水表算机辅助测试系统大多采用单片机技术或技术实现。

环境下也出有些产品现已上市。

这些测试设备专注于检测和分析测试条件的某个方面。

自动化程度还有待提高。

众所周知，准确度是测试平台技术性能中最重要的综合技术指标。

泵试验台必须需要足够的精度来识别泵性能的微小差异。

水泵基础研究与应用研究并且产品出厂性能的确定必须具有相应的测试装置精度，以及高低可用误差的准确性测量精度和误差用于解释测量结果与目标真值之间的差异，误差高，精度低。

相反，误差小，精度高。

由于测试条​​件的波动，人们不可能像静态对象一样输入。

多次重复测量以减少测量数据的分散，从而提高测量精度并减少误差。

好吧度与误差分析在水泵试验中显得十分重要,而要在原有产品基础上进一步提高其精度,往往要付出巨大的代价。

对泵试验台的精度和误差的分析改进了泵试验技术。

学习的基础。

利用微机自动采样实现实时测试，从根本上消除了工作条件波动引起的波动。

最小化随机误差的效果，结合使用高精度传感器，可以实现高精度，可重复的测试结果。

为了减少测试中的系统误差，有必要提高仪器本身的准确性。

由于高精度仪器价格高，泵的测试精度和误差只能根据实际情况进行划分。

分析，找出较大的误差和影响因素并加以改进，使资金投入更加经济合理。

本文误差分析和计算基本上反映了泵测试中存在的各种误差因素，并且也符合国家标准有关规定。

1.2研究意义

1.高精度，高自动化是泵采集信息的总体发展趋势。

当传统的手动测量系统用于泵测试时，测量单个参数通常需要多次测量。

人员参与，测试周期长，测量效率很低。

而且人工读数（采集数据）及原初始测量数据处理也容易带来随机误差，粗差和计算误差，使泵测试精度大大降低,与此相反,以微机控制系统为核心的数据采集、数据的实时处通常可以使用更少的测试器，更短的测试周期和测试期间的避免来实现设备因素造成的错误。

因此，现代泵测试系统必须实现测试过程的计算机化和自动化。

此外，低精度测试系统不允许识别泵设计中的微小差异，这使得很容易掩盖泵开发人员在水力模型上花费的大量研究工作。

因此，泵的性能数字测量测试还必须争取高精度。

2.多功能化是水泵信息采集的发展方向

带计算机辅助测试的水泵试验装置可以进行型式试验和工厂试验，也可以从中进行完成性能曲线和测试报告。

另外，可以进行轴力测量和振动测试。

并对流速分布，压力脉动和空化等内部特性进行了试验研究。

因此作为一个功能完善的微电脑水泵综合测试系统一般应能测试多型和多尺寸泵，增加测试设备的适应性和多功能性。

二、基于流量的水泵运行数据采集系统的设计

2.1水泵运行平台的设计和搭建

试验所用水泵为武汉农业水泵厂生产的离心式清水泵,试验过程中未

改变水泵参数,其主要参数如表一所示,实物如图所示

根据水泵性能检测和处理的要求设计并搭建水泵运行试验平台。

如图一所示

水泵运行平台装置和运行简图如图2-3所示。

由于待测水泵是清水式离心泵,在将水泵安装到试验运行平台上之后,为了使离心式清水泵能抽水运行,需设计并安装水泵试验运行平台的抽真空装置,抽真空装置如图2-4所示

水泵试验运行试验平台实物图和抽真空装置图分别如图2-5和图2-6所示

2.2水泵性能参数测量与计算原理

水泵性能指在额定转速运行时,流量与扬程、流量与轴功率、流量与效率的关系特性。

按如图2-3所示方式将被测试水泵与吸水管,压力管连接起来。

水泵在电机的驱动下,以某一转速运行时,则水池里的水便可不断地被抽吸到高处,这时安装在水泵进口断面上的真空表,出口断面的压力表,压水管上安装的孔板流量计,测孔装置便能测出相应的扬程·流量·轴功率戈耐同时还可由计算得出相应的效率叮,另外,在压水管路安装了调节阀门,可以通过改变阀的开度来调节水泵的流量,这样就可以测得在不同流量情况下的扬程、轴功率从,以及效率。

等参数,从而完成对水泵的性能试验。

水泵流量·扬程、轴功率戈。

以及效率叮的测量和计算原理和公式如下流量的测量和计算流量可由流量传感器测量。

此外,还可以由孔板流量计测量,孔板流量计为一节流式流量测量装置,只要测出孔板前后过水断面相应点的压强差或压强水头差就可由其流量计标定的流量公式来计算管道中通过的流量。

孔板前后各装有一只精密的压力表,可用来显示前后两个过水断面上相应的压强前、后,则流量可通过公式计算,即以下公式中的各参数单位为非国际单位的是因为相应仪表上的单位为非国际单位量指示。

为读取处理方便采用表盘显示单位,得到最终结果后再换算成国际单位。

扬程的测量和计算

水泵扬程是指单位重量水体通过水泵所获得的能量,它用液柱高度表示,将基准面取在水泵轴心线上,对水泵的进、出口两过水断面写能量方程用绝对压强表示

式中,pv.pm可由真空表和压力表测取,单位用kg/cmv1v2为1-12-2断面的平均流量,可由流量和断面面积计算,单位m/s

2.3数据采集方法

2.3.1虚拟仪器法

设计并实现了基于虚拟仪器技术的泵性能检测和处理系统。

使用的研究方法是为了便于泵性能测试系统的开发和建设，首先确定总体设计方案。

在其硬件系统的设计和搭建中,采用一设计的方式来实现。

为了使系统具有各项检测与处理数据的功能,以作为发工用模块化测试软件实现数据采集，显示、存储和输出以及分析和处理华中农业大学硕士论文是基于虚拟仪器泵性能多功能检测与处理系统的研究。

收集泵性能数据后，使用相关软件分析和处理数据以获得泵，性能曲线,并得出结论。

在虚拟仪器测试台上设计和构建虚拟仪器硬件系统，用于水泵性能检测和处理统,运用开发水泵性能检测与处理软件,运用此系统进行水泵性能检测试和治疗测试研究。

在构建虚拟仪器系统之后，操作水泵和虚拟仪器系统

开展检查和加工工作。

泵测试设备基于虚拟仪器技术，结合计算机技术，传感泵的技术实现了泵性能的检测和处理。

具体地，首先建立了泵性能测试系统的测试平台，然后建立并采用了基于虚拟仪器检测和处理泵性能的硬件系统。

添加开发泵性能测试软件，使用此开发的系统测试泵性能，收集数据，处理数据，并获得泵的外部特性曲线和功能关系。

在虚拟仪器测试方法中，需要直接测量的物理量是速度，流量，扭矩以及进出，口压等。

使用流量传感器进行流量测量，例如涡轮流量计或电磁流量计，入口压力和出口压力的测量采用压力变送器用压力表辅助测量、读数,将测量的进、出口压力差可以通过适当的校正来获得头速度和扭矩的测试。

使用霍尔速度传感器和扭曲。

力矩传感器将电流信号转换为标准电压信号输出。

通过速度和扭矩计算获得水泵的输入功率可以通过前述原理中的方法和公式计算将每个传感器安装到泵检测系统的适当位置，以便泵由电机驱动操作，信号调节，采集和通过接线盒和数据采集卡输入计算机在处理系统中，检测并处理数据以获得泵的数据和性能图表。

2.3.2传统法

根据上述原理和公式，泵性能验证检测系统采用传统仪器和设备构建测试和处理测试以获得相关的曲线，方程和结论。

在传统的泵性能检测和处理系统中，每个测试装置都按照设计安装，而泵则是安装，管道系统，真空泵系统布局，各种仪器和阀门的安装。

设备安装调试后，采用传统的测试方法进行泵性能检测和处理记录有关常数

水泵1-1断面处的直径40mm

启动水泵。

检查泵轴是否灵活，每个连接部件，开关阀和真空都可靠表和压力表开关。

打开真空泵的工作水源，按下真空泵启动按钮，真空泵开始旋转，然后打开排气阀和真空计开关，调节图1所示的阀门，控制进入真空泵的水量，观察真当空的仪表指针稳定在上方时，按下泵启动按钮，并立即关闭吸入阀，按下真空泵停止按钮，泵被泵送，启动完成。

然后打开压力表开关，当出口压力稳定在“，出口阀门关闭到最大值时，此时测量并记录真空计读数，压力表读数，仅在孔板前后的压力表读数，以及作为泵性能的耳，速度和力参数测试的第一组参数。

测量数据时，请尽可能读取上述值。

检测和处理泵性能的方法和用于检测和处理泵性能的虚拟仪器的性能对结果进行了比较，得出了虚拟仪器检测和处理系统的最终结论和结论。

通过关小阀门的开度,对流量进行调节,重复测量上述各参数,流量从调整到拍摄点，并在每个流量下测量泵的参数。

收集数据后，按泵停止按钮。

测量记录的数据并计算数据表，绘制水泵的性能曲线对曲线进行排列并进行实验分析以得出结论，在测试中，注意首先将流量调节到最大值，并在水流稳定后测量每个点的读数。

数量数据旨在同时读取，以确保测试合理。

如果测试的最后一个测量点为零，则流速为零。

当阀门关闭时，应立即读取相应的参数，然后关闭泵以避免烧毁电机。

三、水泵采集系统的原理和结构

3.1系统的结构

系统的整个过程设计需要从要测试的硬件系统构建到软件系统的整个系统。

结构体。

基于虚拟仪器开发平台，建立并测试了泵性能检测和处理系统。

处理系统的整体结构如图3-1所示。

压力变送器，流量传感器，速度传感器和扭矩将测量仪器放置在待测物体上的适当位置。

当泵稳定运行时，安装的传感器开始收集。

信号如压力，流量，速度和扭矩，信号通过电流量转换成电压，并在获得标准电压后，通过数据采集卡进入计算机。

整个检测和处理系统分为硬件部分。

和软件部分,各组成部分分述如下

在阐明泵性能检测和处理系统的基本原理和设计思想的基础上，建立整个水

泵性能检测和处理系统的硬件系统和软件系统。

测试系统的总体设计包括系统的整体流程设计和硬件，软件设计和实现。

系统的整体工艺设计需要从泵测试平台构建到泵的性能整体结构以及硬件和软件系统的检测和处理。

硬件系统包括待测泵和信号采集系统和传感器等软件系统包括主程序接口设计，数据采集部分，数据显示和存储部分等模块。

图3-2水泵性能检测和处理虚拟仪器系统示意图

3.2水泵流量测量与流量变送器选择

流量就是指水泵在单位时间内通过泵出水口的体积量,通常用Q,单位常用L/s或者耐s/表示。

1.流量测量原理

在水泵性能参数试验与水泵汽蚀试验中,流量是一个重要的物理参量。

目前流量测试仪器仪表和测试方法有很多,如节流流量计、量水堰、超生波流量计、涡轮流量计等,测量方法和测量原理都各不相同。

我们在参照了国家标准

图3-3

1一涡轮;2一支承;3一永久磁钢;4一感应线圈:

5一壳体;6一导流器

GB/T3214一91《水泵流量的测量方法》,考虑到涡轮传感器测量流量比较简单和普遍,自动化程度与测量精度容易得到保证,利用微计算机进行流量数据的采集也特别简单,所以在为莱恩电泵公司试验装置设计时,我们首选了涡轮流量计作为测试水泵流量的传感器。

在结构上,涡轮流量计主要由涡轮、支承、永久磁钢、感应线圈、壳体、导流器组成,如图3-3所示。

其流量测量过程在于:

如图3-4涡轮流量计流量测量原理所示。

涡轮流量计是遵循动量守恒的一

图3-4

种速度式流量仪表。

当流体沿管道的轴线方向流动并冲击具有导磁性的涡轮叶片时,涡轮便周期性地旋转,其旋转速度口一般随流量大小的变化而变化;由于变送器内装有磁电转换装置（由永久磁钢和感应线圈组成）,当导磁性叶片旋转时,叶片便周期性地改变磁电系统的磁阻值,使通过线圈的磁通量发生周期性的变化,因此感应线圈便感应出连续的脉冲电信号;当液体流速相当大,且在变送器许可的测量范围内时,变送器电磁阻力矩、机械摩擦阻力矩、粘滞阻尼矩均可忽略不计,这时涡轮流量计输出的脉动信号与流量可近似为线性关系,即有毋七咨Q。

假如通过微计算机对脉动信号进行计数,由单位时间的脉冲数和累计脉冲数不难折算出流过变送器的瞬时流量和累积流量。

流量系数者（次/米3）是涡轮流量计的重要特性参数,须由制造厂家提供。

由于变送器是通过磁电装置将角速度口转换成相应的脉冲数,因此杏的含义是单位体积流量Q（Ls/）通过变送器时,变送器所输出的脉冲数,即脉冲数NL/,所以咨也称为流量系数。

在仪表出厂时,生产制造商均取测量范围内流量系数的平均值作为仪表常数。

则流量总量Q与脉冲总数N的计算关系式为:

2.流量测量结果按规定转速的换算

同扬程测量一样,在流量测量中,若电机的转速与规定转速不符,此时所得到的水泵流量值Q也应换算为以规定转速为基准的流量值Q。

假如实测电机转速与规定转速间的差异在士20%范围内,则流量值Q。

可用下式换算而得:

3.流量测量的涡轮流量计选择

为了达到用户对测试试验装置的B级试验精度这一基本要求,我们参照国标GBT/3214一91中涡轮流量测量的不确定实用估算和取压方法,参照国标GB3216一89规定流量测试仪表的允许系统误差范围:

B级为士1.5%,C级为士2.5%;在最大总误差限中,流量测量误差允许范围:

B级为士2.5%,C级土3.5%,所以选用了目前使用范围比较广,计量精度比较高（0.5级）、反应也很快,而且刻度线性化程度好,耐高压能力强的LW型涡轮流量计

3.3单片机系统硬件设计

在我们设计的水泵性能参数试验台中,弱电硬件电路系统主要由传感器部分、信号调理部分、单片微机处理部分、数据通讯部分、上位PC机处理部分五大块组成,如图3-5所示。

在传感器这一部分,主要由变送器来完成,实现把流量、入口压力、出口压力、电机转速、输入电压、输入电流、输入功率等

图3-5

原