机械工程测试技术报告张晏珲
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机械工程测试技术
综合实验
题 目： 管道液体流量实时监测系统
学 号： 20154812767
姓 名： 张晏珲
班 级： 17机工A2
学部（院）： 工学部
指导教师： 杨淑珍 孙芳方 程慧慧
日 期： 2020年 9 月 25日 机械工程测试技术综合实验
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目录
一、内容及要求 ................................................................................................... 3
(一).实验内容 ..................................................... 3
(二).实训要求 ..................................................... 3
二、方案设计 ..................................................... 3
(一).设计思路 ..................................................... 3
(二).系统框图 ..................................................... 3
三、硬件设计 ..................................................... 4
(一).传感器选择 ................................................... 4
(二).采集卡选择 ................................................... 7
四、软件设计 .................................................... 10
(一).程序框图 .................................................... 11
(二).程序设计 .................................................... 12
五、调试与小结 .................................................. 15
(一).调试过程 .................................................... 15
(二).个人小结 ................................................... 16
参考文献 ......................................................... 17
机械工程测试技术综合实验
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一、内容及要求
（一）实验内容
基于Lab view设计一个能实时监测管道里水流量的大小，并能预警的实时监测系统，具体技术要求：
1.能实现并采集显示值号的波形;
2.能对流量大小进行超限预警，用户可以设定上下限，当出现流量超高时，控制水阅打开;
3.生成当前测试报告，包括相应的波形；
4.其他自行设计相关功能。
（二）实训要求
1. 提出设计方案（提出测量原理，选择传感器，构建测试系统）;
2. 设计测量电路，硬件连接；
3. 测试软件设计
4. 利用Labview或其它开发程序（VB，VC等），设计测量软件进行数据采集和分析。
5. 调试
6. 撰写实训报告。
二、方案设计
（一）测量原理
流量测量原理：流体在单位时间内通过管道或某截面的数量称为流体的瞬时流量，简称流量。按流量测量的不同方法，流量可分为体积流量（单位有m3/s）和质 量流量（单位kg/s）。二者均满足以下公式:
Qm=ρQv
式中：Qm=质量流量
Qv=体积流量
ρ=流体的密度
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（二）测试系统框图
图1-测试系统框图
流体经过涡流传感器时电信号输入智能流量计，转化为显示器上的实时流量读数和电流信号后，输入电流转电压模块，将传感器输出的电流信号转换为数据采集卡可以采集的电压脉冲信号，采集卡输入模拟量信号后经过A/D转换将数字信号输入上位机，经过程序显示为数值和波形。
三、硬件选用
（一）传感器选用
1. LWGY-10型涡轮流量传感器，该传感器是具有结构 简单、轻巧、精度高、复现性好、反应灵敏、安装维护使用方便等特点的新一代涡轮流量计。
图2-LWGY-10型涡轮流量传感器
主要参数及测量的原理：
★准确度：1.0级、0.5级；
★使用条件：1、环境温度：-20〜+50°C； 2、相对温度：5%〜95%； 3、机械工程测试技术综合实验
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介质温度:-20~+80°C； 4、防爆等级：ibIlBT4；
★介质压力：1. OMPa；
★输岀方式：脉冲输出或4〜20mA两线制；
流体流经传感器壳体，由于叶轮的叶片与流 向有一定的角度，流体的冲力使叶片具有转动力矩，克服摩擦力矩和流体阻力之后叶片旋转, 在力矩平衡后转速稳定，在一定的条件下，转速与流速成正比，由于叶片有导磁性，它处于信号检测器（由永久磁钢和线圈组成）的磁场中，旋转的叶片切割磁力线，周期性的改变着线圈的磁通量，从而使线圈两端感应出电脉冲信号，此信号经过放大器的放大整形，形成有一定幅度的连续的矩形脉冲波，可远传至显示仪表，显示出流体的瞬时流量或总量。在一定 的流量范围内，脉冲频率f与流经传感器的流体的瞬时流量Q成正比，流量方程为：
式中：f——脉冲频率［Hz］
k——传感器的仪表系数［l/m³］,由校验单给岀
Q——流体的瞬时流量（工作状态下）［m³/h］
3600——换算系数
接线方法：输出端由V+和V-两个端口组成，其中V+与24V直流电源正极串联，V-与电流转电压模块的IN端串联。
2. 电流转电压模块，由于流量传感器输出的是4-20mA的直流电流，不是脉冲量，数据采集卡无法接收信号，所以需要在传感器信号输出端加载一个电流转电压模块，该模块相关参数如下：
图3-电流转电压模块 机械工程测试技术综合实验
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接线方法：IN端接流量计V-,GND接24V直流电源负极，SPAN为调幅旋钮，ZERO为调零旋钮，OUT端接数据采集卡VI0，VCC接24V外接电源正极，GND接24V外接电源负极以及数据采集卡AGND端子。
3. 电磁继电器，为了实现由数据采集卡输出端输出的0-5V电压来控制额定工作电压为12V的抽水泵的通断，需要借助一个电磁继电开关，选择1路光耦隔离电磁继电器，原理如下：
图4-1路电磁继电器
继电器的VCC+、VCC-端接一个5V直流电源供电，COM是公共端口与电磁换向阀负极串联，NO是常开触点与电磁换向阀的供电电源负极串联，IN端子接数据采集卡的输出端DO0，采集卡DGND端子与VCC-串联。此时如果采集卡给一个高电平，电磁继电器线圈得电，NO与CON闭合形成通路，电磁换向阀工作。输出低电平时NO与CON断开，电磁换向阀停止工作。
4. 电磁换向阀，外接12V直流电源供电，负极串联在电磁继电器COM端子，正极与12V电源正极串联，与电磁继电器NO端子形成回路。 机械工程测试技术综合实验
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图5-电磁换向阀
5. 24V抽水泵，作为整个系统的压力源，控制系统中流体的流速，最大流量:
＜10L/min，最大扬程：＜6M，最大循环距离: 大于6M，流量: 12L/min (max)，扬程: 6M (max)，流体温度: 0 ~ 110℃，最大流量: ＜15L/min (max)，最大扬程：＜9M
图6-抽水泵
（二）采集卡选用
本次实验选用的是延华USB-4704数据采集卡，该款采集卡是一个即插即用数据采集模块，无需打开计算机机箱来安装板卡，仅需插上模块，便可以釆集到数据，通过 USB端口供电，无需连接外部电源，简单高效。USB-4704具有以下测量与控制功能： 机械工程测试技术综合实验
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16个单端模拟量输入通道
12bit分辨率A/D转换器，釆样速率高达100 kS/s
8个数字量输入和8个数字量输出通道（TTL电平）
2个模拟量输出通道
1个16-bit可编程计数器/定时器
每个模拟量输入通道的增益可编程
自动通道/增益扫描
板载用于AI通道釆样的1 K采样FIFO缓存
无需外部电源
设备状态LED指示灯
板上接线端子可移除
支持高速USB 2. 0 自动校准功 机械工程测试技术综合实验
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图7-延华USB-4704数据采集卡
输出端：DO0-DGND，DC 0-5 V
输入端：AI0-AGND，DC 0-5 V
机械工程测试技术综合实验
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表1-模拟量输入
表2-模拟量输出
图8-测量电路原理图 电流转
电压模块 机械工程测试技术综合实验
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图9-硬件连接图
四、软件设计
（一）程序框图 机械工程测试技术综合实验
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图10-程序框图
（二）程序设计
1. 开发平台
本次实验选择在Labview软件中进行程序设计，Labview是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和 BASIC开发环境，但是Labview与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是釆用基于文本的语言产生代码，而Labview使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。Labview的函数库包括数据釆集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等。Labview也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数 据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。
2. 主程序图
