張興源，李玉煌

(1.重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶 401331；2.重慶理工大學(xué)，重慶 400054)

前言

汽車離合器是汽車的重要組成部分，是控制汽車的啟動、停止、變速和換向等功能的核心零件。為了對汽車離合器的工作可靠性和使用壽命進行了解和分析，因此衍生出了汽車干摩擦式離合器綜合性能試驗臺。該試驗臺架能夠模擬汽車在起步工況下，測量和記錄離合器接合過程中的摩擦力矩，主、從動部分轉(zhuǎn)速以及摩擦表面溫度隨時間的變化等一系列關(guān)鍵參數(shù)。試驗設(shè)備及測量記錄裝置原理簡圖如圖1所示。

圖1 離合器試驗臺原理簡圖

為了分析機械設(shè)備所傳遞的摩擦力矩和主、從動部分的轉(zhuǎn)速，開發(fā)設(shè)計了扭矩轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，本文對該系統(tǒng)的設(shè)計進行簡要闡述。

1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件構(gòu)成

信號檢測的基本任務(wù)是獲取有用的信息，是人類認識客觀世界的手段。在機械設(shè)備運行過程中，涉及到根據(jù)檢測對象選擇合適的傳感器、信號調(diào)理、采樣、信號處理及檢測系統(tǒng)等諸多因素。通常情況下一個完整的信號測試系統(tǒng)一般由四部分構(gòu)成——原始信號、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和計算機。如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本組成

由于現(xiàn)實生活中大多數(shù)的原始信號不能直接測量，所以，我們需要利用傳感器將這部分原始信號轉(zhuǎn)換為數(shù)采設(shè)備能夠讀取的電壓或電流信號。而且，之所以需要利用信號調(diào)理設(shè)備對部分電信號進行放大、濾波、隔離等處理措施，是因為某些輸入的電信號不便于直接測量，進而影響測量精度。

2 試驗臺傳感器選擇

圖3 GIF F1is-3848扭矩傳感器

F1is 系列扭矩傳感器包含一個由極低滯后性鋼材料制作的測理單體。測量段的扭轉(zhuǎn)通過應(yīng)變片感知,轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后以非接觸的方式通過調(diào)制紅外線發(fā)送到定子上。F1扭矩傳感器主頻率為60kHz。對±額定扭矩波段為±20kHz。由溫度引起的漂移通過實時的溫度補償使之最小。一個特殊布置的磁性傳感器提供兩組組位相差90°，1024脈沖/轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速信號，最大頻率為250 kHz。F1扭矩傳感器對污染和變形不敏感。

其中F1is-3848扭矩傳感器技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 F1is-3848的技術(shù)參數(shù)

F1is-3848扭矩傳感器的重要技術(shù)參數(shù)有：

●非接觸式扭矩傳感器法蘭連接(通過紅外線傳輸信號)

●定子內(nèi)置信號處理單元

●高過載能力

●主動式溫度補償可以減小溫度產(chǎn)生零點的漂移

●綜合精度0.1(可選0.05)

城市是一個永遠沒有完結(jié)的工地，其中的發(fā)展變化個人無法預(yù)料。2017年3月，二哥居住的小區(qū)成為政府規(guī)劃重點拆遷對象，不到10年且逐漸完善的大面積生活區(qū)必須盡快夷為平地，執(zhí)行總體布局。二哥沒有費太多的麻煩與等待，按政府要求第一批簽約騰了房，有了暫住房。

●齒輪齒式速度編碼器60ppr

●磁式速度編碼器1024ppr(選項)

●結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊

●可配合228型和587型萬向軸連接

●特征值變送

●最大速度25000rpm

●最大值達2500Nm中的任一扭矩值

3 數(shù)據(jù)采集設(shè)備

在該離合器試驗臺扭矩轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中選用美國的NI 9205采集卡作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備。NI 9205是一個C系列模塊，與NI CompactDAQ和CompactRIO機箱配合使用。NI 9205的輸入通道和COM之間還具有高達60 V的過壓保護。

圖4 NI 9205

NI 9205技術(shù)參數(shù)如下：

●32路單端或16路差分模擬輸入

●16位分辨率；250 kS/s總采樣速率

●±200 mV、±1、±5和±10 V可編程輸入范圍

●熱插拔操作;過壓保護;隔離;可溯源至NIST的校準

●工作溫度范圍:-40°C到70°C

●彈簧端子或D-Sub連接

NI 9205的各通道共用一個公共地，該公共地與系統(tǒng)中的其他模塊相隔離。所有通道的輸入信號經(jīng)多路復(fù)用器，接入公用的可編程儀表放大器，然后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器。每個通道均具有±30V過壓保護功能。

4 計算機及應(yīng)用軟件

在很多試驗操作中通常采用軟硬件結(jié)合的方式實現(xiàn)試驗?zāi)康摹?/p>

虛擬儀器(virtual instrument)是在計算機的基礎(chǔ)上衍生出來的儀器，它屬于軟硬件結(jié)合的產(chǎn)物。通常情況下這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計算機嵌入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。另一種方式剛好相反，它是將儀器嵌入計算機，以基于通用的計算機硬件及操作系統(tǒng)，實現(xiàn)各種儀器功能。

在該離合器試驗臺扭矩轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，使用的應(yīng)用軟件是實驗室自己開發(fā)的軟件，它可以對采集的數(shù)據(jù)進行適時記錄和分析，具有可視化界面動態(tài)顯示等各種功能。

5 結(jié)論

以上對離合器試驗臺扭矩轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡單做了簡單介紹，該系統(tǒng)可以較方便的對傳感器輸出的信號進行動態(tài)的顯示、處理、分析以及數(shù)據(jù)保存。該系統(tǒng)的設(shè)計過程中扭矩速度傳感器的選擇對最終的正確顯示有著非常大的影響，特別是在傳感器的選擇過程中對其適用環(huán)境類型、靈敏度、頻率響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性以及精度等參數(shù)要結(jié)合實際情況綜合考慮。