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基于Labview开发平台实现电磁阀动态特性检测系统的设计

  • 产品概述

  高速电磁阀可用于水、空气和中性气体以及其他与电磁阀材质相适宜的气体、液体的开关控制,已大范围的应用于航空、航天、汽车等领域,作为电-气结合的纽带,其动态性能对总系统的性能有着重大影响,因此有必要对它的工作原理及操控方法进行深入研究。

  虚拟仪器技术是利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用,具有性能高、扩展性强、开发时间短、出色的集成等优势。

  本文基于虚拟仪器技术对电磁阀的动态特性进行了测试,为电磁阀结构的改进提供了依据。

  一般的电磁阀其结构由线圈、弹簧、衔铁和阀杆组合、阀座以及进气口、出气口和排气口组成,其基本结构如图1所示。

  给线圈通电后,衔铁和阀杆组合向左运动,阀杆组合左锥面和左阀座接触并密封,进气口和出气口连通,线圈断电后,衔铁向右运动,右锥面和右阀座密封,排气口和出气口连通。对电磁阀的工作原理进行分解,有以下几个过程。给线圈加激励电压U。加电压后线),由于线圈为感性元件,因此

  ,,式中,L为线圈电感值。根据电磁感应定律,变化的电场产生磁场,因此线圈内部会产生磁场(设磁感应强度为B),磁场方向如图1中绿线)衔铁开始运动

  由于磁场的存在,衔铁的受力情况如图1所示。衔铁所受合力为:F合=Fc-Fk,式中:Fc为通电线圈产生的磁场对衔铁的吸力(其大小和线圈激励电压、匝数、电阻以及磁导率有关);Fk为弹簧对衔铁的推力(和弹簧强度有关);当磁场强度增加到足以克服弹簧的推力时,即Fc》Fk时,衔铁开始向Fc方向运动。(2)线圈中产生感应电流

  衔铁的运动使通过线圈的磁通量增加,根据楞次定律,通过回路面积的磁通量增加会产生感应电流,感应电流所产生的磁通量将抵消原来磁通量的增加,因此可判断感应电流的方向和原电流方向相反。根据感应电动势计算公式,可得到线圈上产生的感应电动势为:

  (N:线圈的匝数;S:线圈的横截面积;B:磁感应强度(由于衔铁运动,导致线圈内磁通量发生明显的变化,如果衔铁运动位移相同,则dB为常数)),因此,感应电流为

  当弹簧达到最大形变时,衔铁停止运动,穿过线圈的磁通量不再发生明显的变化,感应电流消失,线圈上电流按衔铁运动前的变化规律进行变化,在电流曲线上即表现为吸合拐点。根据衔铁的受力情况,可得下式:Fc-Fk=ma,式中:m:衔铁的质量;a:衔铁的加速度;设衔铁的运动位移为l,根据运动公式:

  ,根据以上分析可知,线圈中产生的感应电流的大小和线圈参数、衔铁质量以及磁导率、弹簧强度均有关系。

  线圈断电后,其磁场强度减小,衔铁所受到磁场的吸力减小,当Fc≤Fk时,衔铁开始向FK的方向运动,衔铁运动时,穿过线圈的磁通量减小,同样会在线圈上产生感应电流,感应电流所产生的磁通量将抑制原来磁通量的减小,根据楞次定律,感应电流的方向和原电流方向相同,因此,线圈中的总电流为:

  当衔铁停止运动后,通过线圈的磁通量不再发生明显的变化,因此,感应电流消失,电流仍按衔铁运动前的规律变化,在曲线上表现为释放拐点。

  电磁阀动态特性测试主要是指对电磁阀工作电流的测试,其电路包括三个部分:驱动电路、电流调理电路、滤波电路,驱动电路如图2所示。

  图2为电磁阀控制电路,为电磁阀提供工作指令,指令格式为占空比可程控设置的方波信号,该信号通过编写Labview程序控制NI数据采集卡PCI-6221,由数据采集卡的DO通道发出;右半部分为电流调理电路。本设计中的电磁阀等效为电阻和电感的串联,其中电阻约为100 Ω,电感约为100 mH,吸合和释放时间均为毫秒级,考虑到开关管的开关时间和电阻对测试的影响,本设计中选择快速响应的MOSFET开关管,型号为IRF540,其导通时间小于20ns,远小于吸合和释放时间,其导通电阻为0.05 Ω,对动态特性测试的影响也可忽略。图2中RX和RC分别为泄流电阻和采样电阻。

  图3为电流信号调理电路,其中,INA117为高共模电压差分放大器,增益为1,其作用是消除高共模电压,防止损坏后向信道上的芯片,INA为仪表放大器,其差分输入模式可有效减小噪声。

  电流曲线特征参数的提取与其调理模块的带宽有着密切的关系,带宽过宽,系统噪声会影响电流曲线特征提取,带宽过窄,会影响电流曲线上升沿和拐点的陡度,结合实际测试得到的电流曲线,以及带宽经验计算公式(tr为曲线ms),可计算信道带宽为1.75 kHz,该带宽为通带频率,根据此带宽,并且通过滤波器设计软件FilterCAD可知-3 dB时的带宽应为2 kHz,由于电流芯片的带宽为200 kHz,因此在电路中加一个低通滤波器模块对带宽进行限制。滤波器电路如图4所示。

  通过数据采集卡以及Labview程序对电磁阀工作电流来测试,图5为测试结果。

  本文对电磁阀的工作原理进行了详细的分析,分析的结果与测试得到的曲线吻合,另外,本文设计的这种基于Labview的电磁阀动态特性检测系统性能较为稳定,测量精度比较高,能对不相同的型号电磁阀进行测试。

  关键字:编辑:什么鱼 引用地址:基于Labview开发平台实现电磁阀动态特性检测系统的设计上一篇:基于LabVIEW 7.0平台实现试飞科目时间历程实时监控软件的设计

  美国国家仪器公司(National Instruments, 简称 NI)于近日发布NI PXIe-5162数字化仪,并更新了LabVIEW抖动分析工具包。 该数字化仪带有10位垂直分辨率和5 GS/s采样率,它的高速测量垂直分辨率是传统8位示波器的4倍。 NI PXIe-5162单个插槽中具备1.5 GHz的带宽和四个通道,适用于高通道数数字化仪系统的生产测试、研究和设备特性记述。 工程师们因此能结合使用LabVIEW与数字化仪,以及LabVIEW抖动分析工具包中专门为高吞吐量的抖动、眼图和相位噪声测量优化过的函数库,以满足自动化验证和生产测试环境所需。 “NI PXIe-5162数字化仪结合了高速、高通道和高分辨率

  挑战:开发一个具有易用软件具有用户友好界面、高精度和高分辨率、多频模式、低电流选项,和电子邮件/文本通知功能的恒电位仪电位/恒流器电流/阻抗分析仪系统(电位系统) 解决方案:基于LabVIEW软件和PXI仪器,使用恒电位仪来确定电池,电容和燃料电池等设备的能源存储,额定功率和内阻。 使用先进的NI模块化仪器技术,SolRayo ETS能够达到或超过现有商用设备的速度和精度。同时,一个美观的,友好的用户界面大幅度的提升了设备的可用性。 可再次生产的能源是当今世界上增长最快的市场之一。能源存储技术在风能、太阳能和生物能等“绿色”能量产生源中起着重要的作用。应用于能源存储的公共和个人资金正在暴涨,使大量前所未有的研究

  摘要:为针对一般的数据采集系统精度较低、价格较高的问题,设计了一种低成本、高精度的多路数据采集系统系统由上、下位机两部分所组成,上、下位机通过RS-485总线进行通信。下位机选用C8051F350作为主控制器,A/D转换采用C8051F350内部24位∑-△型ADC,并设计了RS-485总线总线网络、上位机软件使用LabVIEW编写,具备比较好的人机交互界面实际使用表明,该系统能够很好的满足高精度数据采集的要求。 数据采集是将模拟信号转换为数字信号并进行存储、数据处理及显示的过程,相应的系统称为数据采集系统。其主要任务是将传感器输出的信号经过调理后送往A/D模块完成转换,然后输入计算机进行数据处理及显示或传输。

  应用方案     使用NI 公司的LabVIEW 图片控制工具包,IMAQ 可视化软件,研制一台以笔记本电脑为主体,插入相应的DAQ 数据采集卡,与形式多样的各种传感器组成融为一体的积木化汽车专用仪器设施检定检测系统。     介绍     长期以来,汽车行业安全检测线国家强制性检定项目,以工程车为运载工具,携带大量的各种汽车专用检定仪器,满足对汽车制造业生产第一线仪器不同参数的计量检定。     新近研制的该虚拟仪器检定、测试系统,采用美国国家仪器公司的LabVIEW 虚拟仪器软件包设计,具有页面简捷,易于操作等特点,硬件亦采用该公司配套的多功能数据采集卡,具有集成度高、性能超群、稳定性高等优点,传感器选用各国名牌

  NI携手乐高教育(LEGO Education)推出针对高中课堂的工业级软件 新闻发布——2011年6月——美国国家仪器公司(National Instruments,简称NI)近日在公司的专业旗舰产品LabVIEW图形化系统模块设计软件的基础上,推出LabVIEW for LEGO MINDSTORMS教学软件。这是一款专为高中生设计,配合乐高教育机器人,用于课堂或竞赛的教学工具。学生不但可以可视化地对MINDSTORMS NXT机器人来控制和编程,且能学习、使用与工程师和科学家们相同的软件平台——LabVIEW目前,乐高教育机器人平台包括为小学生设计的LEGO Education WeDo™ 软件和为初中学生设计的LE

  三维曲面图用x、y和z数据绘制图形上的各点,再将这些点连接,形成数据的三维曲面。 例:创建一个按倍数递增的正弦函数二维数组,显示三维曲面图。 第1步:在程序框图窗口利用For循环创建一个正弦曲线个数据点,每个正弦周期内40个点,如图1所示。 第2步:在上一步创建的一维数组的基础上,利用For循环创建一个倍数递增的二维数组,如图2所示。 图1 For循环创建一维数组 图2 For 循环创建二维数组 第3步:在前 面板 新建三维曲面图,并将上一步创建的二维数组输入至三维曲面图 z矩阵 端子 ,程序框图和前面板结果

  的三维曲面图实例 /

  引言 嵌入式系统硬件的核心是很多类型的嵌入式处理器,目前全世界嵌入式处理器的品种已超越1000多种,流行体系结构有30多个系列,嵌入式处理器通常能分为嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP处理器和嵌入式片上系统。 与标准微处理器相比,嵌入式微处理器只保留了和嵌入式应用有关的功能,并且为满足嵌入式应用的特别的条件,在工作时候的温度、抗电磁干扰、可靠性等方面都做了各种增强。 DSP嵌入式系统是DSP系统嵌入到应用电子系统中的一种通用系统,这种系统既具有DSP器件在数据处理方面的优势,又具有应用目标所需要的技术特征,在许多嵌入式应用领域,既需要在数据处理方面具有独特的优势的DSP,也需要在智能控制方面技高一筹的微处理器(MCU)

  快速入门与工程实例

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