摘要：介紹了采用ni公司的daq卡、scxi信號調理模塊及pc機構成的一個基于虛擬儀器技術的柴油發動機制測控系統。它通過labview的編程，使用戶界面直觀地顯示在顯示器上，方便了調試。該系統已應用在柴油發動機燃用柴油和十六種植物油的穩態性能測試試驗上，運行情況良好，且各測量參數的誤差與發送機試驗圖家標準對比，都滿足了要求。 關鍵詞：虛擬儀器 數據采集卡 信號調理模塊 測功器 labview 發動機測試儀器經歷了模擬儀器、數字化儀器和智能儀器三個階段。模擬儀器的基本結構是由磁機械式的，采用模擬器件組成各種電路，精度低、速度慢、適應性差；而數字化儀器如數字轉速表等，主要由數字電路來實現，在測試精度、速度和儀器壽命等方面都比模擬儀器有較大的提高。隨著數字信號處理技術及大規模集成電路的發展，出現了以微機為核心的智能儀器，但由于其是以功能模擬的形式存在的，無論開發還是應用，都缺乏靈活性。20世紀80年代后期，微機性能是得到極大提高，而向測試分析的通用軟件開發平臺的成功應用，使得虛擬儀器應運而生。利用虛擬儀器技術，用戶可以自定認義儀器的功能，創建32位編譯程序，從而提高了常規數據采集和測試等任務的運行速度。 w40型電渦流測功器是華南農業大學從德國進口的測功設備。該測試設備的數字化水平較低，控制臺均采用機械式按鈕，且經過近二十年的連續運轉，設備已嚴重老化，出現明顯的零點漂移，部分測試電路板已出現故障，經多次修理仍不正常，嚴重影響了測試工作的正常進行。為此，在確保數據采集的精度和實時性、改善數據處理功能、提高易操作性和整個測試設備數字化水平的原理下，充分利用虛擬儀器的優勢，對原有設備進行了更新和擴充，形成了一個測控系統。1 系統硬件設計1．1 系統硬件組成 測試系統的硬件組成主要包括ni公司的pci-6024e型daq卡和scxi信號調理模塊。scxi信號調理模塊包括機座模塊scxi-1000、熱電偶模塊組scxi-1125和scxi-1328、應力應變模塊組scxi-1520和scxi-1314等。系統結構圖如圖1所示。 測功能即為德國schenck公司的w40型電渦流測功器，可測發動機最大功率40kw。測耗儀是自動設計的，利用電子天平稱量燃油消耗量，通過rs232c（25芯接插件）與pc機連接。可煙度計和空氣流量計均為第三方儀器，通過rs232c（9芯接插件）與pc機連接。1．2 各組成單元功能及工況點控制1．2．1 dqa卡 ni公司的pci-6024e型daq卡是基于pci總線的12位多功能數據采集卡，最高采樣速率為200ks/s，具有16個單端模擬輸入（或8個差分模擬輸入），8個數字輸入/輸出，2個模擬輸出，2個20mhz、24位計數器/定時器。1.2.2 scxi信號調理模塊 ni公司的scxi信號調理模塊為daq卡提供一個完善的信號調理系統，有效高的靈活性和配置性能。 機座scxi-1000是一個結構緊湊、低哭聲的機箱，為調理模塊提供電源、定時和觸發等功能。 熱電偶模塊組scxi-1125和scxi-1328提供最高300vrms的隔離、1～2000的增益、4hz或10khz的可編程模擬濾波器、冷端補償等功能，終端還有鋁質溫板防止溫度從接線緊桿傳遞，提高了冷端補償的精度。 應力應變模塊組scxi-1520和scxi-1314提供1～1000的增益、10hz～10khz的可編程模擬濾波器、0～10v的直流激勵電壓以及自動調零、橋路補償等功能，還可以調理一般的模擬電壓。1．2．3 測功器和油門控制器 w40型電渦流測功能有四種工作方式：m方式、n方式、n-const方式和m-n2方式。最常用的是m方式和n-const方式，對應調整的對象分別為測功器的扭矩和轉速。當選擇external方式時，控制信號為0～10v。 油門控制器由模擬電壓控制的伺服電機構成，控制信號為0～10v。1．2．4 工光點的控制 系統可根據設定的轉速或扭矩通過daq卡輸出控制電壓給控制執行器和油門控制器，再通過測量結果進行反饋，即可實現試驗工況點的控制，完成自定義的測試流程。其中，系統采用pid算法實現測功器的控制。2 系統軟件設計2．1 編程思想 發動機試驗需要在開始時通過怠速運轉進行預熱。預熱完畢的標志是冷卻水溫度達到額定值。預熱后，當速度穩定在設定值時，開始運行主程序，進行數據顯示、處理和記錄。運行主程序時，同時還調用煙度計和空氣流量計子程序，進行同步采集、記錄。當水溫超過設定的極限值時，系統輸出數字信號，啟動揚聲器報警并停機。系統程序流程圖如圖2所示。2．2 用戶界面 這里利用簡單、易用、圖形化的虛擬儀器軟件labview編寫操作界面。 主程序界面分為控制和顯示兩個區，實現對數據采集的控制和顯示。顯示部分包括扭矩、轉速、溫度、油耗等參量的顯示，還包括超過極限亮燈顯示、統計分析顯示、日期時間顯示等；控