本文将介绍一种基于 LabV iEW 的空气压缩机主机性能测试系统， 其借助高精度传感器及 N I公司高性能数据采集卡 PX I4351、PXI6251， 再配合LabV IEW 设计的虚拟仪器， 使得本次测试不仅测试时间短， 且测试数据的质量高， 有效的节约了测试成本。
2 LabVIEW 简介
LabV IEW 是一种用图标代替文本创建应用程序的图形化编程语言， 它主要用于开发测试、测量与控制系统。LabV IEW 的核心概念就是软件即是仪器 ， 即虚拟仪器的概念。它将软件和各种不同的测量仪器硬件及计算机集成在一起， 建立虚拟仪器系统， 采用强大的图形化语言编程， 编程界面直观形象， 编程方便， 人机交互界面友好，具有强大的数据可视化分析和控制能力， 为用户快速地构造自己的控制系统提供了良好的环境，以形成用户自定义的解决方案。本次测试所有程序都是用 LabV IEW 来实现。
3 主机性能测试台
本次测试量中有 2个关键参数量， 一个是轴功率， 一个是排气量。比功率的计算公式为：q= N e Q（ 1）式中 N e轴功率Q 实际排气量轴功率 N e计算式：N e= 2 Mw 10 - 3 =M n /9549（ 2）式中 M 传递扭矩， N m n 转速， rad /s实际排气量 Q 计算式：Q 0 = 18. 82Cd 2 T x1 p x 1 pp b T 1 1/2（ 3）式中 Q 0未计及冷凝水的压缩机容积流量，m 3 /s C 喷嘴系数d 喷嘴直径， m T x 1 1级吸气温度， K p 喷嘴压差， Pa T 1喷嘴上游气体温度， K p b试验处大气压， Pa P x1 1级排气压力， Pa 试验台结构示意试验过程中需要测量的参数主要有： M、n、T x1、p、p b、T 1、排口压力 p、吸气温度及排气温度。
在各物理量的采集上， 温度用 N I专用温度采集板卡 PX I4351， 压力及其它物理量用 PX I6251板卡。试验中通过一台变频器来实现不同排气量的变化。测试中采用虚拟仪器来监测所有变量， 并在做完相关处理后显示出来。信号的处理流程所示。
3. 1 轴功率测量
由式 （ 2）可知， 只要测得了输入扭矩和转速，就能获得轴功率。转速的获得相对容易， 扭矩的获取则相对较难。本次试验使用的是接触式扭力传感器 ， 测试过程中只需测得相位差， 就能获得扭矩。相位差的获得方法较多， 其中频谱分析对数据的采集频率要求高，本次试验负责采集扭矩仪信号的 DAQ 板卡PX I6251， 具有 1. 0M S /s 的*高多通道采集速度， 这对于频谱分析而言是完全满足的。
扭矩信号的采集程序所示。
测试程序中使用单频测量模块实现频谱分析， 对分析出来的数据进行分类求解， 并*终得到扭转角和频率， 继而得到轴功率。同时为了提程序的兼容性， 在程序中还预留了一个扭矩仪二次仪表的模拟量输入接口， 通过这个程序模块， 可以把传统扭矩仪二次仪表的测量值传到到电脑中分析。
3. 2 气量的计算
气量是一个计算量， 由式 （ 3）可以看出， 除了d、C外， 其余参数 T x1、 p、T 1、p b都是可以通过传感器直接测得的。而对于 d， 一般而言是固定的，只有 C 是一个变化量， 文献 对喷嘴系数有数值计算方程， 但有很大的局限性， 为得到 C 值， 利用文献 提供的图表， 设计了一个图表查找程序， 程序的核心思想是将图形中的线条变成可以数学表示的一次方程式：y = ax+ f （ t）对于每条曲线 f（ t）对应一个常数， 对于实际测得的 T 1、 p 通过x = f 1（T 1）y= f 2（ p ）变换， 便可得到实际点 （ x 0， y 0）具体在哪个区域， 并*终得到对应的C 值， 从而得以计算到气量。
4 主程序构成及功能特点
主程序由三大功能模块构成： 采集、数据分析、数据显示和存储。在本程序中， 温度由PX I4351采集， 其他的量由 PX I6251完成采集， 为协调两块板卡不同的采集速率， 测温程序与其它测量量程序是并行关系， 针对 PX I6251测量量的特点， 其内部结构采用串行结构。
主程序的界面分为主界面、辅界面、初始设定及拓展显示。这 3个界面从不同方面显示测量信息。
主界面主要是完成运行状况监控、比功率显示及记录选定数据点。辅界面主要是完成对部分关键量详尽显示， 其包括供、排气压力变化过程显示， 虚拟喷嘴监控仪、扭矩仪、大气压计面板。图4示出辅界面的工作情形， 图中扭矩仪面板显示的扭矩仪信号图显示的内容由扭矩仪的信号来源决定， 此时显示的是由二次仪表传输的直流电压信号。
初始设定及拓展显示界面主要功能是完成温度测量、扭矩显示、喷嘴直径的初始设定， 这些决定了主、辅界面的显示内容。这一界面中还能针对需要， 显示部分量的长时间、高精度的变化过程。
处理记录数据， 而得到 2台不同压缩机在不同压力不同转速下的比功率曲线。图中曲线从上向下分作 3个大区间， 每个区间各代表一个供气压力，每个区间中都包含两条相邻曲线， 每条曲线代表一台压缩机在排气压力不变下， 改变排气量的性能曲线。
5 测试分析
试验中为了测出一台压缩机在 3个不同压力下的性能曲线， 至少需要 60个稳定的工况点， 而一个工况点就包括环境温度、吸气温度、喷嘴上游气体温度、当地大气压、喷嘴压差、排气压力、油分压力、供气压力等 10个物理量。在传统方式下，以 30s读取一个量， 则测量 60个稳定工况点所需要的读取时间是 5h， 2个工况点间的稳定时间是5m in， 则在稳定工况上消耗的时间是 4. 9h， 加上数据整理花费 4h， 则共需 13. 9 h.这样传统方式的花费是大约 3577. 64元。
而在本测试系统下， 同样测 60个稳定的工况点， 由于数据的读取时间不到一秒， 且没有数据整理时间， 所以耗时为 4. 9h， 在稳定等待时间、消耗品、折旧费不变的情况下， 则总计需 1772. 14元，占传统方式的一半不到， 而时间只有它的 35. 3% .
两种方法的对比所示。
6 结语
本测试分析软件经过实践， 发现测试所得数据完全满足文献 的规定， 适合于工业应用， 且与传统方式相比， 本测试分析软件所代表的现代方式在界面设计、数据处理、曲线生成等方面具有明显的优势。
