活塞式空气压缩机排气量虚拟测试系统的研制

付观木，王金洋，张 颖，苗婷婷，康少楠

（东北石油大学 机械科学与工程学院，黑龙江 大庆 163318）

排气量是活塞式压缩机的一个重要性能参数，其表征了压缩机的工作能力和工作状况。目前空气压缩机排气量的测定方法，主要有两种：直接测量，如储气罐测量法；间接测量，如喷嘴法[1]。

传统的喷嘴法测量压缩机排气量，较为繁琐，测试人员在获取各项参数后，根据标准查表计算出排气量，自动化程度较低、误差较大。因此，为了提高测量精度，减轻工人的劳动强度，发展基于计算机的压缩机排气量自动测量技术已成为急需。

LabVIEW虚拟仪器软件平台，具有虚拟的仪器面板、图形化编程功能，改变了传统仪器在数据传输、显示、处理、存储等方面的限制，技术先进、功能灵活、容易构建，是测控技术发展的一个重要方向[2]。采用虚拟仪器技术，可以在计算机中实现对活塞式压缩机排气量的测试。与传统测试系统相比，性价比高，其智能化程度和数据处理能力强。

1 系统总体设计

排气量测试系统采用PCI总线方案，系统总体设计如图1所示。系统硬件包括传感器、信号调理卡、数据采集卡、PC机。

图1 系统总体设计图

选用Pt100传感器测量压缩机吸入气体和排出气体的温度。喷嘴前后的压差测量采用ADS-809型压力变送器，其综合精度±0.1%。

图2 喷嘴几何形状图

1.2 信号调理和数据采集

选用凌华的PCI 9812数据采集卡，PCI 9812是4通道10位20 MS/s同步采样模拟输入卡。根据信号输出类型和要求的采样频率，采用适当的采集模块和调理模块完成数据采集。调理卡将传感器所得信号经隔离、放大处理后送给采集卡进行A/D转换，最后送给PC机进行数据采集处理和后处理。

2 排气量测量

本次排气量测试采用的是ASME喷嘴法，喷嘴尺寸和形状应符合表1和图2的规定。其收缩面与圆柱部分应相切，并且圆滑过渡。储气罐应符合ZBJ 72041的规定。

表1 喷嘴尺寸

排气量计算需要获取以下参数：

喷嘴系数C；

喷嘴直径d，mm；

压缩机一级吸气温度Tx1，K；

喷嘴压差△P，Pa；

喷嘴上游气体温度T1，K；

试验处大气压力Pb，Pa。

根据GB/T 15487-1995中的规定，采用ASME喷嘴测量方法测量压缩机流量，当空气压缩机吸气压力等于实验处的大气压力时，空气压缩机流量计算公式为

3 修正值获取的算法

将喷嘴气体换算到压缩机吸气状态下的相对蒸汽压计算较为复杂，需要先计算出冷凝水量和一级吸入气体含湿量，然后才能计算出该参数[3]。

修正值的计算程序采用LabVIEW 编程，将各个计算公式编辑成子VI的形式，计算时通过主VI调用子VI（即调用各个公式）[4]，实现计算机自动计算。此方法比起人工查标准公式计算简单快速，且精度和效率高。

4 应用实例

结合具体的采集实例，介绍本次设计的采集系统。

本次测量选用喷嘴直径d为19.05 mm，测得喷嘴压差△P为1.5 kPa（1 mmH2O=9.806 4 Pa）；压缩机一级吸气温度Tx1为290 K；喷嘴上游气体温度T1为332 K；试验处大气压力Pb为98.76 kPa。由T1和△P 查询喷嘴系数特性曲线得喷嘴特性线位于C、D 之间，再结合喷嘴系数表查得喷嘴系数C 和D 分别为0.974、0.976，再利用线性插值法算得喷嘴系数为0.975，最后把各参数带入式（1），计算出压缩机的排气量。

图3为压缩机排气量虚拟测试系统前面板。各测量参数的换算及喷嘴系数的查询采用不同的VI程序，通过主VI调用子VI实现参数的获取和换算，最终获得压缩机排气量的计算值。

图3 压缩机排气量虚拟测试前面板

图4为获取阀前排气压力子VI程序框图。

图4 阀前排气压力子VI程序框图

5 结束语

本文研制了活塞式空气压缩机排气量虚拟测试系统，通过实例介绍了排气量的测试方法及步骤。利用LabVIEW软件，将不同功能模块编辑成独立VI，主VI通过调用子VI实现参数获取、数据简易处理、排气量计算及计算值修正计算等功能，实现排气量的自动测试代替人工查表计算。与传统测试方法相比，基于虚拟仪器技术开发的活塞式空气压缩机排气量虚拟测试系统效率高，性能可靠，系统可维护性和可扩展性好。

[1]徐从清，王尔湘.空气压缩机排气量的简易测量方法[J].机电产品开发与创新，2009，22(4)：150-151.

[2]谢 冰，陈昌鑫，等.基于LabVIEW的数据采集与信号处理系统设计[J].现代电子技术，2011，34(14)：173-174.

[3]牛群峰，王 莉，等.压缩机性能测试与参数计算的虚拟仪器实现[J].电子测量技术，2008，31(7)：81-82.

[4]金海军，王群金，等.基于虚拟仪器的压缩机性能测试系统的研究与实现[J].测控技术，2011，（9）：58-59.