离心泵性能测试装置及其控制系统龚德利，张慧敏，骆德发（上海应用技术学院机械与自动化工程学院，上海200235）速、进出口调节阀的开度等采用单片微机检测，通过自动调节进出口阀控制汽蚀和流量。控制面板可同时显示所有参数，这些参数通过串行通讯输入PC微机，并由PC微机处理储存控制及绘制成性能曲线。试验装置能方便地实现离心泵的恒流输出、恒压输出等各种功能。
离心泵已广泛用于国民经济生产和生活的各个领域。随着科学技术的不断发展和提篼，对离心泵的性能和使用要求也越来越高。为了进一步提篼泵的生产质量，改善泵的使用性能，提高泵的工作效率，设计结构更趋合理，对泵工作性能的测试技术必须不断提篼。为此，设计了这套离心泵的性能及汽蚀性能测试装置，如所示。本装置提篼了测试过程中的自动化程度和精度，目前在国内尚属先进之列。
1测试装置本测试装置在IS50-32-200离心泵上进行，如所示。整个装置由泵、电机、水箱、进口电动调节阀、出口电动调节阀、进水管、出水管、进口压力传感器、出口压力传感器、涡轮流量计、功率测试仪、转龚德利，等：离心泵性能测试装置及其控制系统速测量探头、液位计、单片机、微机等组成。
2性能测试原理离心泵性能测试的参数包括流量Q、进口压力/M、出口压力/>2、电机输出功率、泵转速离心泵性能曲线包括：流量扬程（Q―H）曲线，流量轴功率（Q―iVz）曲线，流量效率（Q―7）曲线。测试时，通过自动调小出口节流阀，使流量从大点向零变化，直至出口阀关闭，此时扬程由小变大，计算公式为：离心泵测试装置压力，MPa；7为泵效率；Z为压力传感器的垂直位差，m；心、心为进出口直径，m；7m为电机效率为离心泵汽蚀性能曲线为流量汽蚀余量（Q―NPSHc）曲线。测试时，设定7~8个流量，在每个流量下分别自动调小进口节流阀，测量调节后的扬程，当扬程突然明显下降时，即发生汽蚀，计算扬程下降（2 +K/2）H处的有效汽蚀余量JVPSHa，即为必须汽蚀余量NPSHc，K为型式数。其计算公式为：3参数测量方法3.1流量流量计主要有涡轮流量计、电磁流量计、孔板流量计及水槽式流量计等，本装置采用涡轮流量计。
涡轮流量计主要由壳体、前导向架、轴、叶轮、后导向架、压紧圈和带磁电感应转换器的放大器等组成。
叶轮上均匀分布着叶片，液体流过时冲击叶片产生旋转。
当被测流体流经过传感器时，传感器内的叶轮借助于流体的动能而产生旋转，周期性地改变磁电感应转换系统中的磁阻值，使通过线圈的磁通量周期性地发生变化而产生电脉冲信号。在一定的流量范围下，叶轮转速与流体流量成正比，即电脉冲数量与流量成正比。该脉冲信号经放大器放大后，送至模数转换器经转换后输出标准信号或由单片微机直接记录其脉冲频率并转换成流量显示。
在测量范围内，传感器的输出脉冲总数与流过传感器的体积总量成正比，其比值称为仪表常数，用是表示。每台传感器经过实际标定测得仪表常数值。当测出脉冲的频率和某一段时间的脉冲总数N后，分别除以仪表常数是便可求得瞬时流量和累积流量0.即：上海应用技术学院学报3.2压力压力的测量可通过压力表直接显示，也可通过压力传感器进行测量。传感器的敏感材料有许多种，主要有硅材料为主的半导体材料、石英材料、精密陶瓷材料、高分子材料、酶以及新的复合材料等。这些敏感材料与介质接触时，通过电阻、电容、电感或位移的变化，使相应的输出电流或电压变化，从而获得压力变化值。
本装置采用的材料为精密陶瓷，可将压力的变化转变为陶瓷表面电荷的变化，再经过电容转变为电压的变化，电压的变化与压力的变化成正比，所以该元件测压时线性十分好，其测量范围广，这类传感器线性度为±0.5，重复和迟滞精度为±0.2，误差小，反应快。它须输入24V直流电压，根据压力大小，输出信号为4~20mA的电流，信号送至模数转换器。
3.3栗转速泵转速测量通过在连轴节上贴片以及固定在支架上的电磁传感器，将转速频率信号变成直流信号输入模数转换器，或由单片微机直接记录其脉冲频率并转换成转速显示。
3.4电机输出功率电机输出功率的测量有两种方法：一是通过天平秤法测电机定子与转子的驱动力矩，从而获得电机的输出功率；二是通过测量电机的输入功率及电机的效率曲线，获得电机的输出功率。本装置采用的是第二种方法，选用了LW-301B型的有功功率测量仪。
3.5电动调节阀本装置采用西门子带手动的电动调节阀，包括WG41.40（WG41.50）型阀门及SQX62型执行器。它通过手动或自动输人~lV的电压信号给执行器，来控制阀门开度的大小以改变流体流量的大小，执行器同时又输出4~20mA反馈信号，代表阀体的实际开度大小。使用电动调节阀，使单片微机通过闭环调节来实现自动调节流量、吸人真空度、保持恒压或恒流等操作功能。
4信号分析与处理4.1数据转换本装置采用TLC2543多路模数A/D转换器处理来自压力传感器、涡轮流量计、功率测试仪、转速变送器、进出口电动阀等输入信号。其微机控制测试原理图如所示。
TLC2543是一片具有11路模拟量输入端位开关电容逐次逼近的模数转换器，该器件有三个控制输入端：片选（CS）、输入/11出时钟（I/OCLOCK）以及地址输入端（DATAINPUT）。它还可以通过一个串行的3态输出端（DATAOUT）与单片微机处理器通讯，输出转换结果。本器件中的转换器结合外部输人的差分高阻抗的基准电压，具有简化比率转换、刻度、模拟电路、逻辑电路和电源噪声隔离的特点，使微处理器的工作量相应的减小。开关电容的设计可以使在整个温度范围内有较小的转换误差，工作温度范围为~85t：。
4.2数据处理与控制数据的采集处理及仪表箱上数据显示通过单片微机完成，本装置的控制采用8位单片微机89C52. 89C52是ATMEL公司继89C51系列之后推出的功能更强、速度更快的高档单片微型计算机系列，更适用于各种复杂的控制系统、智能化系统。它与Intel公司的MCS-51系列产品（8751、87C51）完全兼容。
为保证单片微机工作的可靠性、准确性，控制系统选用了美国Xicor公司生产的芯片X25045，它将三种功能电压监控、看门狗定时器和EEPROM组合在单个芯片之内，既保证了单片微机的正常工作又能存储512字节的设定参数。单片微机的可靠性还在于电器上通过光电隔离器使微机电源与输入、输出、通讯等电源隔离，阻止了外部干扰信号进人微机系统内部造成死机、失控等现象。面板的参数显示采用了多片高性能、低价格LED显示驱动器MAX7219.其接口采用流行的同步串行外设接口（SPI），每一片可同时驱动8位LED（或64只独立LED）。控制电动调节阀和变频器的模拟量主要由10位数龚德利，等：离心泵性能测试装置及其控制系统模转换芯片TLC5615输出完成，所有系统控制键和参数设定键由微机端口扩展使用。
离心泵性能试验微机控制原理。3数据通讯一般PC微机都带有RS232的串行接口，利用单片微机的串行口，通过MAX232芯片的转换，使单片微机与PC微机之间能进行数据交换，单片微机将所有测量参数传输给PC微机，PC微机完成在屏幕上显示、绘制曲线、保存测量数据等功能。还可利用篼级软件编制各种复杂程序来控制整个测试装置，方便地实现其它各种所需的控制功能。
5PC微机控制界面及程序5.1控制界面本离心泵性能测试装置界面的设计、实时监控及数据分析采用了VB6.0企业版，其控制界面如所示。界面分为两组：离心泵性能测试及离心泵汽蚀性能测试。测试分手动、自动或演示。
5.2程序介绍程序由十多个窗体组成，其中fmimain窗体是本系统的主要控制界面，可进行实时监视和控制。同时还有多个辅助窗体，实现通讯控制、数据采样、数据分析及报表打印等功能。
在程序的通讯窗体中，根据通讯约定接收从单片微机发送的所有参数，同时将数据赋值给变量，使采样数据在多个窗体中同时引用。其中输入的数据包括流量Q、进口压力/M、出口压力化、转速77、功率N、进出口阀位等。
本程序主界面调用了多个Shape、Line、PiCture等控件进行流水和泵转动的模拟，通过显示阀门的开度大小，直观地描述出整个测试过程；通过循环语句清理所有表示流水和泵转动的控件；通过Timer控件及选择性语句依次调用控件，达到流水的流动过程。还调用了较多的Msgbox控件，在用户进行非正常操作时及时进行提示和警告，确保整个流程操作的正确性，也可以切换到自动演示状态，对流程先有一个初步的了解。在液位控制图形方面，本程序采用ProgressBar控件配合传感器进行显示，并模拟泵出水速度作相应变化，液位显示条通过实际容器液位进行模拟调整。
上海应用技术学院学报离心泵性能曲线6测试结果M）通过测试可得到如所示的性能曲线。4e通过离心泵性能试验装置可测量泵的流量、扬10程、功率、效率、汽蚀余量、转速等性能参数，并绘制其性能曲线。本装置采用了单片微机及PC微机进°行系统控制，能够实现自动调节、自动采集计算泵的各种性能参数以及自动绘制相应的性能曲线，提高了测试离心泵性能参数的自动化程度和手段。
