基于PCI-8333的電液比例溢流閥性能測試

基于PCI-8333多功能數(shù)據(jù)采集卡的測試系統(tǒng)可對電液比例溢流閥閥口溢流時的壓力、流量、穩(wěn)壓時間及動態(tài)響應(yīng)等進(jìn)行測試，通過計算機的控制與處理，可迅速準(zhǔn)確地測試出有關(guān)參數(shù)，繪出性能曲線，實現(xiàn)電液比例溢流閥性能測試的快速性和準(zhǔn)確性。

1．電液比例溢流閥的測試要求

電液比例閥測試系統(tǒng)的測試原理和方法參照機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電液比例閥試驗方法，主要完成穩(wěn)態(tài)壓力控制特性測試、輸入電信號階躍響應(yīng)特性測試、負(fù)載流量階躍響應(yīng)特性測試、頻率響應(yīng)特性測試。穩(wěn)態(tài)特性參數(shù)主要有調(diào)壓偏差、滯環(huán)誤差、線性誤差、重復(fù)性誤差以及在最高工作壓力下的壓力振擺量。動態(tài)性能一般用壓力超調(diào)量、升壓時間和穩(wěn)壓時間來衡量。通過這些特性參數(shù)分析研究電液比例溢流閥的穩(wěn)定性和快速性，評定其動態(tài)特性。

2．電液比例溢流閥的測試原理

電液比例溢流閥的測試原理如圖38所示，該測試系統(tǒng)主要由液壓系統(tǒng)、控制和數(shù)據(jù)采集部分組成。溢流閥在整個系統(tǒng)中起安全閥的作用，能夠提供32MPa的最大系統(tǒng)壓力。此外，在液壓回路中安裝了壓力表、流量計、壓力傳感器和流量變送器，用來采集壓力和流量信號。

控制和數(shù)據(jù)采集部分主要由PC計算機、PCI-8333多功能數(shù)據(jù)采集卡、壓力傳感器、流量變送器、比例控制器、信號發(fā)生器、固態(tài)繼電器組成，利用C語言編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，其中PCI-8333是核心組件。

PCI-8333多功能數(shù)據(jù)采集卡具有即插即用的性質(zhì)，是PCI總線類型的數(shù)據(jù)采集卡，具有16路模擬信號輸入通道，可以同時采集16路模擬信號，同時也具有2路模擬信號輸出通道，可以同時輸出2路模擬量。此外，PCI-8333還具有16路數(shù)字量輸出與輸入通道，可以實現(xiàn)高低電平輸出。數(shù)據(jù)的采集主要是利用PCI-8333的A/D通道，將壓力和流量信號輸人計算機，計算機對液壓系統(tǒng)的控制也通過PCI-8333來實現(xiàn)，利用D/A通道給電液比例溢流閥提供控制電壓信號，利用D0通道控制固態(tài)繼電器的通斷。

比例控制器最大輸出電流為800mA，輸入電源為直流24V（要求單獨電源供電），控制電壓為±9V，負(fù)載電阻為l8～25Q，顫振額率為200/100Hz，環(huán)境溫度為0～40℃，可以采用手動控制，也可以通過可編程控制器、函數(shù)發(fā)生器等給出差動電壓信號，幅度在0～10V變化時比例電磁鐵中線圈電流相應(yīng)為100～800mA，驅(qū)動比例電磁鐵，控制方便自如。

在數(shù)據(jù)處理方面采用限幅濾波法和算術(shù)平均濾波法相結(jié)合。具體做法是在檢測到峰值壓力之前采用限幅濾波法，即根據(jù)經(jīng)驗判斷，確定2次采樣允許的最大偏差值(設(shè)為ΔU)。每次檢測到新值時判斷：如果本次值與上次值之差小于或等于ΔU，則本次值有效；如果本次值與上次值之差大于△U，則本次值無效，放棄本次值，用上次值代替本次值。當(dāng)峰值壓力過后，采用算術(shù)平均濾波法，即連續(xù)取N個采樣值進(jìn)行算術(shù)平均運算。

3．電液比例溢流閥的性能測試方法

電液比例溢流閥性能測試主要是穩(wěn)態(tài)性能測試和動態(tài)性能測試，穩(wěn)態(tài)性能主要是指穩(wěn)態(tài)負(fù)載特性，動態(tài)性能主要是指頻率響應(yīng)特性、輸入電信號階躍特性和負(fù)載階躍特性。

(1)穩(wěn)態(tài)負(fù)載特性測試。如圖38所示，由計算機輸出一個控制電壓，經(jīng)PCI-8333多功能數(shù)據(jù)采集卡的D/A，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成為模擬量，接人比例控制器，實現(xiàn)對被測試電液比例溢流閥的控制。起動變量泵，此時電磁換向閥處于連通狀態(tài)，逐漸地調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開口量，從而改變通過被測試電液比例溢流閥的流量。利用壓力傳感器和流量變送器采集壓力和流量信號，經(jīng)PCI-8333多功能數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并輸入計算機，將采集到的數(shù)據(jù)用圖形表示出來，即為被測試的電液比例溢流閥的穩(wěn)態(tài)壓力一流量特性。

(2)頻率響應(yīng)特性測試。如圖6 38所示，由信號發(fā)生器產(chǎn)生一個角頻率為叫的標(biāo)準(zhǔn)正弦信號，將此模擬信號輸入比例控制器，給被測試的電液比例溢流閥提供一組交變的控制電流。起動變量泵，電磁換向閥處于斷開狀態(tài)，將溢流閥作安全閥用。用壓力傳感器采集電液比例溢流閥的壓力隨輸入正弦信號變化的情況，信號發(fā)生器信號和壓力傳感器信號同時輸入多功能數(shù)據(jù)采集卡，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量，輸入計算機，得到信號角頻率為。。時的壓力信號幅值比和相位移。改變信號發(fā)生器輸出的正弦電壓信號頻率（從0.2Hz開始逐漸增加），重復(fù)上述測量得到不同頻率下的幅值比和相位移。將采集到的數(shù)據(jù)在半對數(shù)坐標(biāo)紙上繪制頻率響應(yīng)特性曲線，即為電液比例溢流閥的頻率響應(yīng)特性曲線。

(3)輸入電信號階躍特性測試。如圖38所示，調(diào)節(jié)變量泵的流量為被測試閥的實驗流量，溢流閥為安全閥。由計算機輸出一個由低電平延時高電平延時低電平組成的電壓信號，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸入比例控制器，電磁閥處于斷開的狀態(tài)。利用壓力傳感器采集壓力變化情況，經(jīng)PCI-8333的A/D轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量，輸入計算機，以圖形的形式表示出來，即為被測試電液比例溢流閥的電信號階躍特性曲線。

(4)負(fù)載流量階躍特性測試。如圖38所示，調(diào)節(jié)變量泵的流量為被測試閥的實驗流量，溢流閥為安全閥。計算機輸出一個電壓信號，經(jīng)PCI-8333多功能數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，將得到的模擬信號接人比例控制器，作為被測試電液比例溢流閥的控制電流。由計算機經(jīng)PCI-8333的DO通道輸出低電平，此信號經(jīng)過固態(tài)繼電器控制電磁換向閥導(dǎo)通，節(jié)流閥全開，使變量泵輸出的流量從電磁換向閥、節(jié)流閥和回油箱回路進(jìn)行卸荷。給PCI-8333的D0通道輸出高電平，固態(tài)繼電器處于斷開狀態(tài)，電磁換向閥斷開，系統(tǒng)壓力上升，然后被測試閥打開，流量通過被測試閥溢流，實現(xiàn)負(fù)載流量的階躍。利用壓力傳感器采集壓力信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量輸入計算機并繪圖，即得到被測試的電液比例溢流閥的負(fù)載流量階躍特性曲線。

(5)實驗舉例。運用以上的測試方法，對電液比例溢流閥的穩(wěn)態(tài)負(fù)載特性進(jìn)行了測試，測試條件；溫度40℃，系統(tǒng)最大安全壓力32MPa，流量60L/min，測試結(jié)果如圖39所示，圖中Q為流量，p為壓力，測試得到被測試電液比例溢流閥的調(diào)壓偏差約為2.3MPa．

4．抗干擾措施

測試系統(tǒng)的抗干擾能力是影響計算機輔助測試系統(tǒng)精度和可靠性的重要因素。在計算機輔助測試系統(tǒng)中有許多噪聲源，影響最大的是數(shù)據(jù)采集和處理時產(chǎn)生的干擾噪聲，需要采取措施消除這些影響因素。

(1)屏蔽措施。在測試中，每一個被測信號都使用獨立的屏蔽電纜，每一屏蔽層都連接到其自身的參考電位上，屏蔽電纜單端接“地”，通過最佳布線來減小耦合。

(2)接地措施。在本測試系統(tǒng)中，模擬、數(shù)字電路分別采用獨立的接地回路，使測試系統(tǒng)有獨立的模擬“地”和數(shù)字“地”。

(3)清零處理。采集一組有用信號之后采集一組零信號，再采集其他的有用信號，減少由于不同通道間數(shù)據(jù)采集所產(chǎn)生的干擾。