基于NI LabVIEW和PXI硬件测量发动机的测量控制系统

2012-09-25 09:55:43来源: 21ic

方案

为了开发生物质气体燃料发动机,必须清楚燃料热值和气体成分的差异如何影响发动机的运行条件。在发动机运行实验中,模拟生物质气体燃料生成器为发动机提供模拟生物质气体燃料,数据采集设备采集实验数据。采用NI LabVIEW软件和PXI硬件测量发动机和模拟生物质气体燃料生成器的每个输入输出信号。

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图1 实验装置示意图

生成模拟生物质气体

7个生物质流量控制器独立监测和控制6类气体(CH4, C2H4, H2, CO, CO2和 N2)以及一罐市售13A气体的流量。因此,必须同时控制7个控制器以生成任意混合比的模拟生物质气体,这是一个复杂的过程。

所用原材料的生物质资源种类或者气化方法的不同,以及燃料生成器内温度波动而引起的改变,都会使气体混合比产生变化。此外,生物质气体含有的热值较低的气体(氢气和一氧化碳)和不可燃气体(二氧化碳和氮气),因此其热值低于市场上销售的气体燃料,这可能会在发动机运行时引起很多问题。

有机物质通过发酵和热解产生生物质气体,其中的可燃气体(例如甲烷和氢气以及一氧化碳)与非可燃气体(例如二氧化碳和氮气)相互混合。使用这些装置进行发动机运行实验,同步测量信号和提高机械运行效率是实验的两个主要的难题。

测量

为了分析和评估燃料气体成分的差异对发动机运行必要条件的影响,我们测量了大量数据。此时必须保证测量与发动机曲轴的运动同步以方便后续分析。采样率需要具有灵活性:压力信号变化剧烈,我们每一度曲轴转角采样一次(标定转速1500rpm的发动机需要9000Hz的采样率);温度变化相对较慢,曲轴每转一圈采样一次。

此外,输出电压信号因传感器放大器不同而有所差异;因此,我们对每一通道进行设置以获得精确的测量。

发动机运行控制

启动发动机时,我们必须连接离合器,转动自启动电机,当燃料供给建立时断开离合器。进一步,发动机运转过程中,利用执行机构(例如气门、质量流量控制器和火花塞)调整空气和燃料流量和点火定时以实现提前设定的实验条件。

系统结构

测量方面,采用PXI-6071E以旋转编码器的信号为基准在每一个曲轴转角对传感器的输出进行采样。运行控制方面,我们采用PXI- 6733模块操作各执行器,例如离合器、自启动电机、节气门和质量流量控制器;采用PXI-6602生成点火信号。

为了开发模拟生物质气体燃料生成系统,我们采用了商用桌面PC和PXI机箱,一套PXI-6031E模拟输入多功能DAQ模块,以及一套 PXI-6733模块。发动机测量控制系统使用了一个NI PXI-8176控制器、PXI-6071E模拟输入多功能数据采集(DAQ)模块、一个PXI-6733高速模拟输出模块以及PXI-6602定时和数字I/O模块。NI硬件统一了运行发动机时需要操作的各个设备I/O的信号。我们采用PC搭建的系统能够运行发动机并进行各种测量。

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关键字:LabVIEW  硬件测量  发动机

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0925/article_5998.html
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