基于LabVIEW的空氣流量傳感器性能檢測系統(tǒng)

羅浩，徐威，毛海波

（1.長安大學汽車學院，陜西 西安 710000；2. 廣東工業(yè)大學機電工程學院，廣東 廣州 510006）

基于LabVIEW的空氣流量傳感器性能檢測系統(tǒng)

羅浩1，徐威1，毛海波2

（1.長安大學汽車學院，陜西 西安 710000；2. 廣東工業(yè)大學機電工程學院，廣東 廣州 510006）

本文簡述了傳統(tǒng)空氣流量傳感器檢測系統(tǒng)的弊端，提出了一種基于LabVIEW軟件的空氣流量傳感器測試系統(tǒng)的設(shè)計方案。本系統(tǒng)運用LabVIEW靈活性和多輸入多輸出的特點，能夠很好地實現(xiàn)對測試數(shù)據(jù)實時繪圖，方便操作。同時，給出了詳細的硬件和軟件設(shè)計方案。

LabVIEW；空氣流量傳感器

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)06-84-02

引言

空氣流量傳感器質(zhì)量精度等性能的好壞對汽車發(fā)動機能否達到最佳工作狀態(tài)有著很大的影響，故而有必要對企業(yè)所生產(chǎn)的流量傳感器產(chǎn)品性能進行評估檢測。由于國內(nèi)工藝水平的落后以及人工測量的隨意性等原因，造成產(chǎn)品質(zhì)量極不穩(wěn)定以及性能指標分散等問題，不能適應(yīng)國內(nèi)此行業(yè)快速發(fā)展和產(chǎn)品大批量檢測的要求。所以設(shè)計能夠自動檢測傳感器質(zhì)量合格與否的系統(tǒng)勢在必行。

美國國家儀器公司提出的虛擬儀器技術(shù)引發(fā)了測試領(lǐng)域一場重大變革，開創(chuàng)了“軟件即是儀器”的先河.虛擬儀器是指以通用計算機作為系統(tǒng)控制器，由軟件來實現(xiàn)人機交互和大部分儀器功能的一種計算機儀器系統(tǒng)。與傳統(tǒng)儀器不同，虛擬儀器是由通用計算機和一些功能化硬件模塊組成的儀器系統(tǒng)。在這種儀器系統(tǒng)中，不僅儀器的操作和測量結(jié)果的顯示是借助于計算機顯示器以及虛擬面板的形式來實現(xiàn)的，而且數(shù)據(jù)的傳送、分析、處理都是由計算機軟件來完成的，這就大大突破了傳統(tǒng)儀器儀表在這方面的限制，方便了用戶對儀器的使用、維護、擴展和升級等.美國國家儀器公司開發(fā)的LabVIEW是目前最為成功的虛擬儀器軟件之一。

汽車空氣流量傳感器性能檢測系統(tǒng)是基于LabVIEW和多功能數(shù)據(jù)采集卡開發(fā)的，主要測試汽車空氣流量傳感器在標準工況下的輸出電壓，然后通過比較這些測量值和標準值之間的差值來判斷其質(zhì)量好壞。

1、系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)包括被測對象，傳感系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，如圖1：

1.被測對象

被測對象是通過改變變頻器的頻率來控制風機發(fā)出不同大小的風量通過流量傳感器，以此來模擬進入發(fā)動機的空氣流量的大小。

2.傳感系統(tǒng)

傳感系統(tǒng)主要包括標準流量傳感器、被測流量傳感器及有關(guān)連接部分。

(1) 標準流量傳感器

標準流量傳感器選用LAB-10型玻璃轉(zhuǎn)子流量計，它與被檢的空氣流量傳感器測量范圍相當，準確度較高。

(2) 被測流量傳感器

工廠生產(chǎn)的未檢測的產(chǎn)品。

3.數(shù)據(jù)采集卡的選擇

采用研華PCI一1718數(shù)據(jù)采集卡，不僅具有測量功能，還具有控制功能。通過數(shù)據(jù)采集卡可以將外圍器件的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，供計算機處理分析，并能輸出計算機的數(shù)字信號驅(qū)動外圍執(zhí)行器件---變頻器。

2、系統(tǒng)軟件設(shè)計

此部分是系統(tǒng)的核心部分，數(shù)據(jù)的采集、處理、分析、數(shù)據(jù)顯示都是由系統(tǒng)軟件控制來實現(xiàn)的。本系統(tǒng)軟件分為以下幾個模塊：板卡初始化及參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊。本測試系統(tǒng)的程序主流程圖如圖2所示：

下面將詳細介紹系統(tǒng)軟件各個模塊的功能及實現(xiàn)方法：

1．板卡初始化及參數(shù)設(shè)置模塊

板卡初始化及參數(shù)設(shè)置模塊系統(tǒng)的功能是實現(xiàn)檢驗并初始化板卡，然后設(shè)置系統(tǒng)基本參數(shù)來控制硬件系統(tǒng)。在啟動采集之前，首先對研華PCI一1718數(shù)據(jù)采集卡初始化,確定自檢成功或提示“無數(shù)據(jù)采集卡”。然后設(shè)置采樣參數(shù)。根據(jù)采集數(shù)據(jù)的需要，設(shè)定相應(yīng)的采樣頻率，使用軟件觸發(fā)方式，即手動點擊采集按鈕，則開始運行采集程序。

2．數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)多通道實時數(shù)據(jù)采集與顯示，它的設(shè)計是動態(tài)測試中的核心部分，直接影響數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，影響系統(tǒng)其它功能的實現(xiàn)。該系統(tǒng)能否正常工作直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的工作。在程序面板上，與傳統(tǒng)開發(fā)一樣，可以使用各種程序控制結(jié)構(gòu)，如順序、條件循環(huán)等，也可以使用其他VI。

3．數(shù)據(jù)分析模塊

數(shù)據(jù)的分析模塊實現(xiàn)對采集的原始數(shù)據(jù)進行分析處理，通過判斷其輸出電壓和對應(yīng)的標準電壓值是否滿足所要求的線性關(guān)系及誤差范圍之內(nèi)，進而判斷該空氣流量傳感器是否合格，將計算結(jié)果生成EXCEL表格。

4．數(shù)據(jù)庫模塊

數(shù)據(jù)庫模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的管理功能，包括數(shù)據(jù)的存儲與回放，添加與刪除等功能。

3、實驗結(jié)果

本設(shè)計的試驗是在模擬汽車發(fā)動機真實工作環(huán)境下測試的，通過改變變頻器的頻率控制風機發(fā)出不同大小的風量通過流量傳感器來模擬進入發(fā)動機的空氣流量。

在變頻器從1Hz～23Hz變化中，對應(yīng)的輸出電壓為0V～3V之間，經(jīng)過標定試驗，在溫度為20℃時，可得到相應(yīng)的被測傳感器與標定傳感器的測試數(shù)據(jù)。測試完成后系統(tǒng)會自動調(diào)用EXCEL,生成測試結(jié)果與標準值進行比較的折線圖，如圖3所示。

圖中橫軸上的1一10表示此被測傳感器的10個流量值點所對應(yīng)的標準輸出電壓值點，縱軸坐標表示測量的輸出電壓值與標準電壓值之間相對誤差(精度值)。精度值計算公式為:

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準值，說明傳感器的質(zhì)量越好。從圖4可以看出，這個傳感器的精度在誤差允許的范圍士3.0%之內(nèi)，該傳感器是合格的。

在測量過程中采用變頻器控制風機的供氣方式，氣體仍然不可避免的存在一些脈動，又由于空氣流量傳感器的高敏感性及氣壓的影響，也會造成部分附加誤差。

4、結(jié)論

本系統(tǒng)運用LabVIEW靈活性和多輸入多輸出的特點，能夠很好地實現(xiàn)對測試數(shù)據(jù)實時繪圖，方便操作，并能夠及時地通過測試發(fā)現(xiàn)傳感器所存在的問題，以便進一步對傳感器進行改進。保證了空氣流量傳感器產(chǎn)品的質(zhì)量指標，降低了汽車產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。同時，在設(shè)計過程中，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)進一步改進奠定了基礎(chǔ)。

[1] 吳克剛.溫差式熱膜空氣質(zhì)量流量傳感器[J].長安大學學報, 2002(9).

[2] 王曉偉.車用熱膜式空氣質(zhì)量流量傳感器的研究[D].哈爾濱工業(yè)大學，2007.

[3] 楊琳 .空氣流量傳感器智能測試系統(tǒng)[D].武漢理工大學，2012.

[4] 吳后平 .基于LabVIEW的汽車空調(diào)壓力開關(guān)性能檢測系統(tǒng)[D].上海理工大學，2014.

[5] 朱廣榮 .基于LabVIEW的多傳感器空氣流量測試系統(tǒng)的設(shè)計.空軍第一航空學院，2005.

Based on the performance of the air flow sensor detection system on LabVIEW

Luo Hao1, Xu Wei1, Mao Haibo2
(1. Automobile Chang'an University, ShaanXi Xi'an 710000; 2.Mechanical and Electrical Engineering, Guangdong University of Technology, Guangdong Guangzhou 510006)

This paper outlined the shortcomings of the traditional air flow sensor detection system and proposed a way to design air flue test system based on LabVIEW. The system can achieve a good test data in real-time graphics and easy to operate by using the LabVIEW's characteristics of flexibility and multi-input, multi-output . At the same time, it gave the concrete design procedures of hardware and software.

LabVIEW; Air flow sensor

U467.3

A

1671-7988(2015)06-84-02

羅浩，就讀于長安大學研究生院。