电子压力扫描阀在叶轮机试验中的应用

随着电子技术、传感器技术和网络技术的快速发 展，为叶轮机测试技术的发展提供了广阔的空间。现代的测试仪器更趋向于集成化、小型化、模块化和网络化，将微型压力传感器和数据采集部分集成在一个模块内并通过网络传递数据成为当今测试技术发展的主流。而电子压力扫描阀作为目前在测试中先进的压 力测试系统，它将多个测量通道集成在一起，内置微型压力传感器、A／D转换器和微处理器、存储器，并 通过以太网与计算机进行通信和传递数据。扫描阀还内置有稳压激励电源，直接提供给传感器，保证了传感器输出的稳定性。

      1 电子压力扫描阀

      1.1 系统特点

      ①以太网连接TCP/IP协议;

      ②通道采样率为100 S/s;

      ③系统精度为士0.05%FS;

      ④触发方式为软件、硬件触发;

      ⑤系统内置零点，吹尘与泄漏检查。

     1.2 工作原理

     系统工作原理如图1所示。电子压力扫描阀作为服务器，将16只硅压阻传感器、AD变换器与微处理器、存储器紧凑地集成为一体。另外，为提高测量精度,每只传感器自带温度传感器进行实时温度补偿(温度补偿原理见图2)。传感器校准数据存储于存储器中，用于实时计算，测量的结果通过网络传到客户机。所有校准、运行、吹尘等状态的推阀均由客户机通过软件控制完成。

     2 压力测试系统的组建

     2.1量程选择要求

     为了便于校准，每一块压力扫描阀尽可能集成相近量程。在某叶轮机上应用时，由于压力测点非常多，量程又很宽，从几十帕(负压)到几千帕(正压)，选取扫描阀的量程时既要考虑测量精度又要考虑经济性,尽量将量程归类在-一定的范围内组合成16通道。这样即经济且满足使用要求。

       2.2系统硬件集成

       集成框图如图3所示，系统由6块9016型电子压力扫描阀、一块9032型大气压力扫描阀、一台90DB电源模块、一台交换机和一台计算机组成。9016 模块和9032模块在内部将接收到的气体压力通过微型传感器和AD变换器转变为数据信息，通过网络传给计算机。计算机接收信息并实时处理分析，得出测量结果。整个系统连接规范、整洁，易操作。

      3 标定方法

      采用标准压力发生器PPC2+ 与计算机对电子压力扫描|阀进行联机标定。标定分为试验前校准和开车前校准。每次可校准1块(16通道)相同量程的压力扫描阀(有量程组合的应按最小量程标定),其框图见图4。

      3.1试验前校准

      ①打开气源并接到标准压力发生器PPC2+的供气口，由PPC2+设置推阀压力(100~110) psi (1psi=214.296 Pa), PPC2+的输出口接到扫描阀的供气口(SUPPLY)。

      ②在计算机上安装校准程序,按要求设置网络地址并连接网络后，点击校准，此时即将压力扫描阀阀体推到校准(CAL)状态，系统提示推阀成功后，将PPC2+放气至零。

       ③PPC2+的输出口接到扫描阀的校准口(CAL),置压力扫描阀内部零点与满量程点，使其在要求的精度(0.05%)范围内。

       ④按扫描阀量程给定的步长递增加载，直至达到满量程，然后从满量程递减减载，直至回到零点，完成一次循环，依次重复二次。

       ⑤所有扫描阀校准完毕后按步骤①将压力扫描阀推阀到运行(RUN)状态。

       3.2开车前标定

       为了保证压力扫描阀的测试精度，每天试验前均需对压力扫描阀进行内置零点与满量程标定，标定方法同3.1节。

       所有步骤均由PPC2+按需要设置且自动完成，通过校准后的压力扫描阀每通道应在要求的精度范围内使用。校准完毕，将压力扫描阀推阀到运行(RUN)状态，即可进行试验数据的采集。

       4 数据采集 处理软件

       根据对压力扫描阀的接口分析，软件采用微软的Microsoft Visual C++ 6.0 软件进行开发，采用多文档Doc-View组织。为便于今后软件功能的扩充，采用模块化的程序结构，在主工程下建立若干附属工程。主工程作为软件的主体框架，建立软件的界面和菜单，实现软件对各种菜单消息、按钮消息的响应和对附属工程功能函数的调用;附属工程作为软件功能的实现，针对每一类建立一个工程，并在工程下建立若干功能模块，在功能模块下建立若干功能函数，实现不同的功能。同时，通过软件调用微软的Microsoft Excel 电子表格实现测试方案的输入、编辑、存储、打印和试验数据的存储、打印等功能。软件运行界面如图5所示。

      5   在某叶轮机 上的应用情况

      在某型叶轮机试验研究中，分别测取了7个转速下的总压、静压，并计算其性能参数，绘制出特性图(见图6)。从测量数据的分布来看，数据重复性好，提高了试验数据的可信度。测量数据按照《叶轮机气动热力学性能试验规范》中的误差传递理论进行计算，得出工作点附近的换算量相对误差为土0.222%,压比相对误差为士0.072%，其误差远小于规范中规定的值。

      由于电子压力扫描阀采用了网络传输技术，集传感器、A/D变换器、微处理器、存储器为一体，并且自带校准通道，极易对其进行实时校准，消除了传感器在使用过程中的时漂、温漂，提高了测量精度。电子扫描自带的查漏功能，可随时检查自身的漏气量，与普通的压力传感器相比，具有传输速度快、体积小、易安装、操作方便等优点，适合用于组建要求测量精度高、范围宽、压力测量点多的数据测量系统。