《传感器与测试技术》课件第9章

第9章机械工程测试综合应用实例9.2基于LabVIEW的测试系统实例-电机转矩测试系统9.2.1研究背景转矩、转速是电机的重要特性，是衡量电动机或机械动力装置能否顺利起动和稳定运行的重要指标。转矩、转速能否精确测量，对电机高性能控制的研究具有重要意义。早期的电机转矩、转速测量采用普通的指针式仪表，容易出现如电源电压波动、频率波动、负载波动等因素，会使仪表的指针摆动，工作效率低；此外，由于读表的非同时性以及读数、记录、计算中的各种人为误差，造成数据分散性大，试验结果准确度低，试验重复性差。9.2.1研究背景目前，计算机及其相关技术，如数据采集卡等发展非常迅速，将测试技术推向一个新的发展阶段，开始了基于虚拟仪器的转矩转速测试系统。利用计算机来辅助测量，使数据采集、处理及控制融为一体，具有多通道、精度高、速度快、功能强、操作简便等优点。9.2.2转矩转速测量原理1.转矩测量原理传感器转矩数值的测量采用应变电测原理，将被测转矩传递到弹性元件上，根据弹性元件物理参数的变化来测量转矩，变化的参数为应变，使用的弹性元件是扭轴，等截面圆柱形扭矩的应变可由下式计算：9.2.2转矩转速测量原理该应变传感器转矩测量原理如图9-30所示。图9-30应变传感器转矩测量原理图9.2.2转矩转速测量原理2.转速测量原理采用光电式检测方法，当测速盘的齿将发光二极管的光线遮挡住时，光敏三极管就输出一个高电平；当光线通过齿缝射到光敏管的窗口时，光敏管就输出一个低电平。旋转轴每转一圈就可得到与齿数相应的脉冲；计数器接收后经计算可以得到转速的数据。设在给定时间t内计数器测定的脉冲数为N，则被测电机轴的转速：

(9-2)式中：z—测速盘齿数。9.2.2转矩转速测量原理3.转矩、转速输出1)转矩输出在有效的量程范围内,传感器的转矩频率输出与对应的转矩值基本上成线性关系。转矩值与输出频率对应曲线如图9-31所示。图9-31转矩值与输出频率对应曲线9.2.2转矩转速测量原理下面给出转矩测量计算公式。正向转矩输出值为:反向转矩输出值为:2)转速输出每秒钟测得的脉冲数即为传感器实测转速的频率值。则该装置的转速输出9.2.3转矩转速测试系统硬件设计转矩转速测试系统的硬件组成如图9-32所示。传感器采用JN388型扭矩传感器，可输出转矩、转速2路频率信号；数据采集卡采用NI公司M系列PCI-6251，它有2路16位模拟输出(2.8MS/s)，24条数字I/O线和32位计数器，具备模拟和数字触发的功能，测量精度、分辨率和敏感度较高。图9-32转矩转速测试系统硬件组成图9.2.3转矩转速测试系统硬件设计JN388扭矩传感器将被测转矩、转速转换成与频率相关的2路电信号，送入接线盒SCB68，再送入数据采集卡PCI-6251，最后由LabVIEW软件平台进行数据采集设置、数据处理及显示。然后通过系统显示的转矩转速数据波形，来分析电机控制是否达到了效果。9.2.4转矩转速测试系统软件设计转矩转速测试系统的前面板如图9-33所示,主要由数据采集设置、数据显示部分、数据存储读取等几个部分组成。9.2.4转矩转速测试系统软件设计图9-33测试系统软件前面板9.2.4转矩转速测试系统软件设计图9-34转矩、转速显示框图程序9.2.5结果及分析试验在三电平逆变器变频调速系统的基础上，进行三相异步电机v/f控制和矢量控制的研究。图9-35(a)、(b)是进行v/f控制时,用转矩转速测试系统测得的电机在突加和突卸负载时的转矩、转速波形；图9-35(c)、(d)是进行矢量控制时,用转矩转速测试系统测得的电机在突加和突卸负载时转矩、转速波形。9.2.5结果及分析(a)v/f控制转速波形