基于LabVIEW的阀门动态特性试验系统的设计

基于LabVIEW的阀门动态特性试验系统的设计

作者：谭囝 刘忠 李志鹏 滕达 朱铁强 来源：《中国新技术新产品》2013年第07期

摘 要：本文基于虚拟仪器LabVIEW设计了一套阀门动态特性试验系统，该系统通过合理的结构搭配和硬件选择，实现了数据采集、信号处理等核心功能。文中介绍了该系统的原理、构成和测试方法，并对多功能水力控制阀进行了流量流阻系数试验。试验证明该系统精度高，又可避免数据的丢失，提高了工作效率。

关键词：虚拟仪器；阀门；动态特性；试验系统；数据采集LabVIEW 中图分类号：TP27 文献标识码：A 1 概述

随着国民经济的发展，阀门在工业领域中的地位越来越重要，质量、性能要求也越来越高，阀门各项性能测试的精度要求也随之增加，尤其对于阀门流量流阻系数性能的要求越来越高。因此，阀门动态测试系统的研制和开发也得以大力发展。虚拟仪器是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。美国NI公司的LabVIEW就是这一领域里的代表。LabVIEW是一个技术领先的图形化编程语言和开发环境，应用范围覆盖了从产品设计到制造的整个开发过程，被誉为\"工程师的语言\"。本文研制的基于LabVIEW的阀门动态特性试验系统具有自动采集、自动处理、自动保存试验数据和打印试验报告等功能，大大提高了阀门试验的效率和精度。 2试验系统原理及构成 2.1 系统原理图

系统原理图如图1所示。整个系统由水力机械子系统、测控子系统两大部分组成。 2.2 水力机械子系统

由水池、循环水泵、稳压灌、调节阀、测试元件、管路等组成。工作原理：变频器开启带动水泵运行，使水在管路中循环，通过改变泵的转速和阀门开度，可连续改变管道内流体的流量和压差。设计了DN100～DN500不同管径的试验管路，试验段与主管路采用异径管连接。 2.3 测控子系统

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2.3.1硬件部分

由传感器（流量、温度、压力）、调理模块、数据采集卡、工业控制计算机等组成。工作原理：传感器获取的实时状态信息，以4-20mA的电流形式输出，信号经放大、滤波、隔离等预处理工作后，经A/D转换后输入到控制器，采取USB连接方式。

根据试验要求，采用测量范围为0-11m/s、精度为0.5%、输出信号为直流4-20mA的电磁流量计；采用的压力传感器量程为3.0MPa，精度为0.5%、输出信号为直流4-20mA。采集卡采用PCI-9114DG 32通道16位多功能DAQ卡和PCI-6208V-GL 8通道16位电压输出卡。工业控制计算机采用凌华上架式工业机箱。该套调理设备和数据采集硬件能完全满足试验要求。 2.3.2软件部分

此试验系统软件基于LabVIEW平台开发。该系统可对包括流量、压差等参数在内的所有测点进行实时监控，并以数据和图形方式显示出实时状态信息和测试结果；对系统运行状态、变频器运行状态、电动调节阀和传感器工作状态进行实时监控。软件系统功能模块图如图2所示。

软件包括参数设置、数据采集、特性曲线绘制、测试报告输出等四个模块。 2.3.2.1 参数设置

参数设置将试验阀门生产厂家、阀门型号、公称压力、公称通径、试验介质等信息以表格的形式汇总，以方便操作人员在试验前输入。 2.3.2.2 数据采集

实时采集流量、压力、温度等被测量值。由于数据采集器采集的必须是1～5V电压信号，因此在每路 4～20mA电流信号串入250Ω标准电阻，将电流信号转换为1～5V电压信号，供数据采集器采集，再由数据采集器通过通讯接口将数据送入监控计算机中处理。 2.3.2.3 特性曲线绘制

将试验过程中采集到的实时数据在测试界面中显示出来，并将流量系数、流阻系数、压差的关系在同一个XY图上绘制出来。 2.3.2.4 测试报告输出

测试报告包含所用试验阀门型号、公称压力、公称通径、试验介质等试验基本信息以及试验过程中获得的各被测量的数据，特性曲线图也会在试验报告中体现出来。

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3 试验方法

3.1 流量流阻系数性能试验

试验介质：清水；试验温度：常温；试验压力：0-3.0MPa 试验步骤：

（1）将被测阀门安装在试验管段；

（2）开启泵机组供水，调节被测阀门至某一开度，通过调节被测阀门前后的闸阀使得被测阀门的压差不变；

（3）记录被测阀门前后压力表的读数；

（4）在保持压力不变的情况下，记录流量计此时的流量；

（5）保持压差不变，改变被测阀门的开度，记录不同开度下流量计的读数； 3.2 阀门动态特性系数计算 流阻系数可按公式（1）计算

将测出的每一个 和 值代入式（2），即可计算出一组流量系数，然后可求得 的算术平均值。

阀门流量系数和流阻系数关系式为： 式中：A为阀门流道的截面面积，m2。

根据以上计算方法可得出试验阀的流量系数和流阻系数。 3.3 试验结果

对DN250的多功能水力控制阀进行试验，所得压差、流阻系数、流量系数曲线如图4所示。

从图4可看出，流量系数和流阻系数逐渐成为一条较为平滑的曲线，所得结果较为理想。 3.4试验报告输出

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试验报告包含了阀门基本资料，试验原始数据及特性曲线等重要信息，便于记录和保存，如图5所示。 结语

本文将虚拟仪器应用于流体测试中，运用LabVIEW软件开发研制了一套集检测、数据采集、数据处理和自动控制等功能于一体的高精度高自动化程度的阀门动态试验系统。该系统充分利用了先进的测量技术、控制技术和计算机技术，解决了传统阀门试验台费时费力且精度低的缺点，为科研单位及生产企业进行流体控制技术研究和产品开发提供了有力的工具。 参考文献

[1]陈新.虚拟仪器技术发展[J].军民两用技术及产品，2009（8）.

[2]郭健翔.基于虚拟仪器技术的多功能流体控制试验台的研制[J].机床与液压，2008，36（5）.

[3]黄健.阀门流量流阻测试装置数据监控系统研制[J].流体机械，2010，38（7） [4]王剑.阀门流量流阻测试装置[J].阀门，2008（2）

[5]高剑.阀门流量流阻系数试验装置设计[J].自动化与仪表，2011（1） [6]靳卫华.多功能水力控制阀试验系统的研究[D].长沙理工大学.2008.