活塞压缩机性能虚拟测试系统的研制

　　在传统的容积式压缩机性能测试中，采用常规指示仪表和测试设备，由人工调节压缩机的参数，达到容积式压缩机验收试验国家标准规定的各项指标值后，进行压缩机十多个参数的人工观测抄录，再按国标 GB/T-3853《容积式压缩机验收试验》要求进行查表计算等数据处理[1]，最后得到压缩机的性能参数。此方法耗时较长，测试效率低。为了改善测试手段，提高测试效率和精度，发展基于计算机的压缩机性能自动测试技术成为必然。

　　虚拟仪器，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义，具有虚拟面板，测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统[2]。虚拟仪器大大突破传统仪器在数据处理、显示、传送、存储等方面的限制，使用户可以方便地对其进行维护、扩展和升级等，是全新概念的新一代测量仪器，是仪器产业发展的一个重要方向[3]。

　　依据国标要求结合活塞压缩机的工作特点，采用串口通信将采集到的参数传送至上位机，通过上位机中虚拟仪器设计的活塞压缩机性能虚拟测试系统，自动实现活塞压缩机性能的测试。

　　1 测试系统总体设计

　　压缩机测试参数主要包括温度、压力、流量、转速、湿度、电压、电流、功率、扭矩等。按照国标中给出的测试方法，在压缩机的特定部位安装相应的传感器，传感器采集的信号经信号调理卡处理(信号隔离、滤波、放大及多路复用等)后转变成数字信号[4]，该信号由数据采集卡采集并输入计算机，再利用 Lab-VIEW 软件结合 Matlab 实现各测试参数的计算分析。

　　压缩机测试系统硬件采用 PCI 总线方案，测试系统的总体结构如图 1 所示。

　　测试系统前面板如图 2 所示。

　　2 系统硬件设计

　　2.1 传感器的选取

　　选用 Pt100 传感器测量压缩机吸入气体和排出气体的温度，量程为 -10～250 ℃，精度为± 0.2 ℃。缓变的压力信号采用压力变送器采集。

　　缓冲罐阀前排气压力和大气压的测量采用ADS-805 型压力变送器测量，量程 0～250 MPa、-100～0 kPa，工作补偿温度 -10～70 ℃，综合精度± 0.1%。

　　喷嘴处排气压力采用 ADS-809 型压力变送器测量，量程为 0～400 kPa、0.06～100 kPa，补偿温度 –10～70 ℃，综合精度为 0.5 %，属于差压型测压方式。

　　气缸内快速变化的压力信号，采用压电压力传感器采集，量程为 0～1.0 MPa，传感器响应频率为10 kHz 以上。

　　流量测量采用国标 GB15487-1995 中规定的ASME 喷嘴测量法测量，依此计算出压缩机排气量。

　　转速测量采用 CZF 型位移传感器，其工作原理是基于高频磁场在金属表面的“涡流效应”，线性误差为 0.5%～3.5%，分辨率为 0.05%(静态)、0.1%(动态)，频率响应为 0～10 kHz。