基于LabVIEW的汽車空調(diào)壓力開關(guān)性能檢測系統(tǒng)

吳后平，張振東，郭　輝

(1．上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院　上海　200093；2．上海工程技術(shù)大學(xué)汽車工程學(xué)院　上?！?00093)

0　引言

汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)是人為地對車內(nèi)空氣的溫度、流動(dòng)速度、清潔度、濕度等進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而創(chuàng)造一個(gè)讓人感到舒適的車內(nèi)氣候環(huán)境[1]。汽車空調(diào)壓力開關(guān)是汽車空調(diào)系統(tǒng)中的重要部件，它直接關(guān)系著系統(tǒng)的正常運(yùn)行。目前國內(nèi)汽車空調(diào)壓力開關(guān)的產(chǎn)量很大，但性能檢測技術(shù)卻很落后，主要是采用人工手動(dòng)檢測方式，存在測試效率低、穩(wěn)定性差、測試精度低等缺點(diǎn)，不能適應(yīng)國內(nèi)汽車空調(diào)行業(yè)快速發(fā)展和產(chǎn)品大批量檢測的要求。文中針對國內(nèi)相關(guān)企業(yè)的實(shí)際需求，開發(fā)了一套汽車空調(diào)壓力開關(guān)性能自動(dòng)化檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)壓力開關(guān)性能的快速、高精度檢測和評(píng)價(jià)，滿足了企業(yè)的實(shí)際需要。

1　測試系統(tǒng)總體方案

自動(dòng)檢測系統(tǒng)對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、抗干擾性、自動(dòng)化程度、檢測精度等都具有較高的要求[2]。汽車空調(diào)壓力開關(guān)性能檢測系統(tǒng)需要具備壓力開關(guān)性能參數(shù)自動(dòng)檢測、性能評(píng)價(jià)、數(shù)據(jù)自動(dòng)保存等功能。文中開發(fā)的汽車空調(diào)壓力開關(guān)性能檢測系統(tǒng)的總體方案如圖1所示。

圖1空調(diào)壓力開關(guān)性能檢測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

其中，壓力開關(guān)屬于被測對象; 壓力傳感器將管路內(nèi)的壓力信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào); 電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過控制管路內(nèi)的空氣壓力來實(shí)現(xiàn)控制壓力開關(guān)的壓力高低; 數(shù)據(jù)采集卡有數(shù)據(jù)輸入、輸出功能，可以將采集數(shù)據(jù)輸入進(jìn)計(jì)算機(jī)，也可以將計(jì)算機(jī)的指令傳遞給電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)[2]; 存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的信號(hào)調(diào)理與數(shù)據(jù)處理的軟件是這個(gè)檢測系統(tǒng)的核心。

汽車空調(diào)壓力開關(guān)性能檢測系統(tǒng)是基于LabVIEW和多功能數(shù)據(jù)采集卡開發(fā)的，主要測試汽車空調(diào)電子壓力開關(guān)在標(biāo)準(zhǔn)工況下的輸出電壓，然后通過比較這些測量值和標(biāo)準(zhǔn)值之間的差值來判斷壓力開關(guān)的質(zhì)量好壞。

2　硬件功能實(shí)現(xiàn)

基于多功能數(shù)據(jù)采集板卡和LabVIEW編程語言的汽車空調(diào)壓力開關(guān)性能測試系統(tǒng)中，硬件是測試系統(tǒng)的骨架。該系統(tǒng)組成框圖如圖2所示，主要部件與機(jī)構(gòu)如下：

(1)壓力傳感器。壓力傳感器將壓力信號(hào)變成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，測試管路里的空氣壓力。

(2)PCI-1718多功能數(shù)據(jù)采集卡。文中采用了研華PCI-1718數(shù)據(jù)采集卡，不僅具有測量功能，還具有控制功能[3]。通過數(shù)據(jù)采集卡可以將外圍器件的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，供計(jì)算機(jī)處理分析，并能輸出計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)外圍執(zhí)行器件。

(3)PCLD-785數(shù)字量輸出板卡。檢測系統(tǒng)中需要控制空調(diào)壓力開關(guān)內(nèi)壓力的升降，這時(shí)候就需要電磁閥來控制管路的進(jìn)氣和排氣。系統(tǒng)采用PCLD-785板卡對電磁閥進(jìn)行控制。PCLD-785是一種繼電器輸出板卡[4]，設(shè)計(jì)緊湊，功能強(qiáng)大。

(4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)用到的主要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電磁閥，它的主要作用是關(guān)閉或者打開氣路，實(shí)現(xiàn)壓力開關(guān)的壓力上升或者下降。

圖2　壓力開關(guān)性能檢測系統(tǒng)硬件連接圖

整個(gè)系統(tǒng)的工作過程為：進(jìn)入測試界面后，PCLD-785數(shù)字量輸出板卡控制兩個(gè)繼電器的開閉，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣電磁閥和放氣電磁閥的通斷，達(dá)到降低和升高管路中空氣的壓力值，在制管路中空氣壓力變化過程中，采集空調(diào)壓力開關(guān)的開啟和關(guān)閉時(shí)對應(yīng)壓力值點(diǎn)的輸出電壓值，輸入計(jì)算機(jī)處理，并顯示在顯示器上，根據(jù)檢測工況需要，保存相關(guān)信息。

3　軟件功能實(shí)現(xiàn)

軟件是汽車空調(diào)壓力開關(guān)性能檢測系統(tǒng)的靈魂和中樞神經(jīng)，影響著檢測系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。檢測系統(tǒng)的軟件采用圖形化編程語言LabVIEW進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。包括測試系統(tǒng)和歷史數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)。

根據(jù)用戶需求。程序設(shè)計(jì)基本流程如下：

(1)進(jìn)入程序，輸入密碼。

(2)按照自己的需要選擇查看歷史數(shù)據(jù)還是檢測新的壓力開關(guān)，若查看歷史數(shù)據(jù)，則選擇開關(guān)的型號(hào)及測試日期，顯示歷史數(shù)據(jù)?？梢詫?shù)據(jù)輸出到EXCEL中，以標(biāo)準(zhǔn)值為橫坐標(biāo)，差值為縱坐標(biāo)，生成對比曲線，便于查看。

(3)若檢測新的壓力開關(guān)，則選擇壓力開關(guān)的型號(hào)。點(diǎn)擊開始測試，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制管路中的空氣壓力，測得的數(shù)據(jù)會(huì)實(shí)時(shí)顯示在屏幕上。測試完成后可以根據(jù)測試工況的需要選擇是否將這些測量值保存；如果測量值不能滿足要求，則需重新測量1遍。

壓力開關(guān)沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，一般都是根據(jù)客戶對壓力開關(guān)外形和性能(電子式的主要是開關(guān)的輸出電壓)的技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、開發(fā)和測試。外形要求主要是尺寸方面的要求，客戶對技術(shù)的要求則不盡相同。圖3所示為國內(nèi)某公司對汽車壓力開關(guān)的技術(shù)要求曲線。

圖3　國內(nèi)某款汽車壓力開關(guān)的技術(shù)要求曲線

該款壓力開關(guān)工作在5 V電壓下，輸出的電壓隨開關(guān)壓力的變化而變化，輸出電壓U和開關(guān)壓力P的關(guān)系為：U=0．179+1．31P，允許的誤差為2%。通常情況下，給空調(diào)壓力開關(guān)供5 V電壓時(shí)，通過判斷其輸出電壓和對應(yīng)的壓力值是否滿足所要求的線性關(guān)系及誤差范圍之內(nèi)，進(jìn)而判斷該開關(guān)是否合格。

(4)根據(jù)客戶的不同要求，生產(chǎn)的不同壓力開關(guān)，其標(biāo)準(zhǔn)值也可以保存在檢測系統(tǒng)中，供檢測對比、判斷開關(guān)性能需要。此時(shí)，只需在所設(shè)計(jì)的檢測系統(tǒng)軟件中的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)欄里添加新的開關(guān)即可。圖4為汽車空調(diào)壓力開關(guān)性能測試系統(tǒng)的軟件流程圖。

圖4　系統(tǒng)軟件流程圖

測試完成后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用EXCEL，生成測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較的折線圖，如圖5所示。

圖5　測試誤差變化曲線

圖中橫軸上的1～10表示每個(gè)開關(guān)測的10個(gè)壓力值點(diǎn)所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓值點(diǎn)，縱軸坐標(biāo)表示測量的輸出電壓值與標(biāo)準(zhǔn)電壓值之間相對誤差(精度值)。精度值計(jì)算公式為：

式中：r為相對誤差即精度值；x為被測量的測得值；x0表示被測量的真值，常用約定真值代替。

可見，精度值的絕對值越小，表示測量值越接近標(biāo)準(zhǔn)值，說明開關(guān)的質(zhì)量越好。從圖5可以看出，這個(gè)開關(guān)的精度在誤差允許的范圍±2%之內(nèi)，該壓力開關(guān)是合格的。

4　試驗(yàn)測試與評(píng)價(jià)

為驗(yàn)證測試系統(tǒng)的性能，對某款汽車空調(diào)壓力開關(guān)進(jìn)行了性能測試。分別從測試效率、測試精度、測試自動(dòng)化程度3個(gè)方面驗(yàn)證了檢測系統(tǒng)的性能。

4.1測試精度

將100個(gè)開關(guān)分為5組，每組20個(gè)，然后將每組的20個(gè)再分為兩組，分別放在汽車空調(diào)壓力開關(guān)性能檢測系統(tǒng)操作臺(tái)和傳統(tǒng)的人工操作臺(tái)上進(jìn)行測試。通過比較汽車空調(diào)壓力開關(guān)性能檢測系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)測試方法的檢測數(shù)據(jù)，來判斷兩種測試方法的測試精度。結(jié)果表明，用傳統(tǒng)的測試方法，在讀表(壓力表、電壓表)方面肯定會(huì)存在誤差，而汽車空調(diào)壓力開關(guān)性能檢測系統(tǒng)用高精度的壓力變送器檢測壓力值，用多功能數(shù)據(jù)采集卡作為數(shù)據(jù)采集載體，借助LabVIEW編程語言，能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的顯示測試結(jié)果。表1的對比結(jié)果表明，測試系統(tǒng)顯著提高測試精度。

4.2測試效率

利用同樣的分組測試方法，分別放在汽車空調(diào)壓力開關(guān)性能檢測系統(tǒng)操作臺(tái)和傳統(tǒng)的人工操作臺(tái)上進(jìn)行測試，計(jì)算每個(gè)開關(guān)所需要的測試時(shí)間。通過時(shí)間的長短來判斷兩種測試方法的效率高低。結(jié)果表明，相比較傳統(tǒng)的測試方法(將每個(gè)開關(guān)連接在電壓表上，觀察在某個(gè)壓力值點(diǎn)的輸出電壓，并且需要在壓力值附近進(jìn)行判斷)，該測試系統(tǒng)的測試時(shí)間很短，只有傳統(tǒng)方法的1/10左右。

每組測量結(jié)果和時(shí)間分別記錄如表1。

表1　結(jié)果比較

4.3測試自動(dòng)化程度

傳統(tǒng)的測試方法需要手動(dòng)控制進(jìn)氣、斷氣，數(shù)據(jù)保存只能用人工手寫的方式進(jìn)行錄入或紙質(zhì)保存。而新的測試方法全部是自動(dòng)控制，測量的結(jié)果能實(shí)時(shí)顯示、保存，調(diào)用EXCEL生成折線圖直觀顯示一批開關(guān)的質(zhì)量。相對于傳統(tǒng)的測試方法，測試系統(tǒng)顯著提高了測試自動(dòng)化程度。

5　結(jié)論

(1)針對國內(nèi)汽車空調(diào)壓力開關(guān)的檢測方法比較落后這一現(xiàn)象，開發(fā)了一套汽車空調(diào)壓力開關(guān)性能測試系統(tǒng)。

(2)運(yùn)用PCI-1718數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，提高了采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率，誤差率顯著降低。

(3)運(yùn)用LabVIEW程序語言實(shí)現(xiàn)界面和參數(shù)設(shè)置，能夠很好地實(shí)現(xiàn)對開關(guān)壓力測試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)繪圖，方便操作，并能夠及時(shí)地通過測試發(fā)現(xiàn)壓力開關(guān)所存在的問題，以便進(jìn)一步對開關(guān)進(jìn)行改進(jìn)。

(4)保證了汽車空調(diào)壓力開關(guān)產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)，降低了汽車產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中，采用了較高要求的數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)，為以后系統(tǒng)進(jìn)一步改進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。

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