一、系统概述

在我国的冶金、有色金属、化工、建材和煤炭等部门,风机得到了广泛地应用。为使风机经常保持在高效区运行,须参照风机性能曲线来选择风机的运行工况点,因此在风机出厂之前须进行风机性能试验以准确绘制性能曲线。为适应现代试验技术的要求,增加实验过程的稳定性,提高试验精度和试验效率,本系统采用一套基于Windows环境的风机性能自动检测与分析系统,该系统能实现风机性能试验中试验数据的采集与分析,控制及试验数据存储、查询等功能,同时具有直观方便的人机界面，现场运行结果表明该系统的有效性与优越性。

本系统参照国家标准GB 1236-85 《通风机空气动力性能试验方法》,硬件结构及功能系统硬件主要实现各个物理信号的采集、转换、放大、整形和处理,该试验台硬件主要由传感器、数据采集系统、计算机等组成,其主要结构如图1所示。

图1 风机便携式空气动力性能测试系统

信号采集系统的硬件采用CompactDAQ机箱可控制C系列I/O模块和外部主机之间的时序、同步和数据传输。这些机箱提供USB、以太网或WiFi等连接选项，具有多个插槽，可以为各种应用提供充足的I/O。CompactDAQ机箱具有一个总线供电的USB机箱，专为小型便携式传感器测量系统而设计。您可以将这些机箱与C系列I/O模块共同使用，以创建模拟I/O、数字I/O和计数器/定时器测量的组合。CompactDAQ机箱可包括多个通用计数器/定时器，您可以通过安装的硬件定时数字C系列模块访问这些计数器/定时器，用于涉及正交编码器、PWM、事件计数、脉冲序列生成以及周期或频率测量的应用。CompactDAQ机箱还提供多个定时引擎，可针对模拟输入以独立的速率同时运行多个硬件定时操作。

信号采集系统的硬件也包括9216型电子压力扫描阀，9216型电子压力扫描阀将16个采用了最新微处理器技术的具有任何压力范围的硅压阻式压力传感器集成在一个紧凑、坚固耐用的封装内。每个现场可替换的压力传感器都包括一个温度传感器和 EEPROM，用于存储校准数据以及传感器标识信息，如压力范围、出厂校准日期和用户管理的上一个或下一个校准日期。微处理器使用来自 EEPROM 的数据来校正传感器偏移、量程、线性度和热误差。微处理器的数字温度补偿算法可将传统传感器补偿的传感器热误差降低 10 倍或更多。微处理器还控制整体歧管的致动，以根据请求在线校准零点或量程。该功能实际上消除了传感器偏移漂移误差，使系统精度误差小于 ±0.05% FS（满量程）。9216 最多可使用三个并发扫描列表，以工程单位中高达每秒每信道500次测量的连续速率通过时间戳进行采样。工程单位内的压力数据通过支持TCP和UDP协议的自动协商10或100Mbit以太网接口输出。

二、系统组成

1. 9216型电子压力扫描阀

9216型电子压力扫描阀支持16个压力通道；系统测量精度（包括非线性、迟滞、重复性误差）为±0.05% FS；每通道采样率可调，最大为 500 Hz；主机工作温度为-30到80°C，储存温度为-30到80°C；温度补偿范围：-30°C到60°C；自动设定10/100 Base-T 以太网接口；支持TCP/IP、UDP协议，静态或动态IP分配；指令触发、外部触发（TTL电平）、定时触发，支持PTP时间同步协议，数据带时间戳；防护等级为IP66；输入电压为12~36VDC，参考端耐受压力大于500kPa；测量精度校准周期为12个月；支持自检、出厂恢复；支持零位校准、满量程校准、自定义校准；支持高速数据流采集；支持32次、64次等均值滤波；气路连接规格为φ1.6mm×0.3mm（外径×壁厚），带止脱卡环；外形尺寸为241.3 mm×88.9 mm×89.92 mm。

图2 9216电子压力扫描阀

2. NH122W大气温度传感器

NH122W大气温度传感器采用进口传感核心，金属壳体结构；具有结构坚固、使用寿命长、测量精度高、稳定性好，传输距离长、抗外界干扰能力强等特点，符合WMO世界气象组织规范（CIMO Guide）。可广泛用于环境、农业、养殖业、温室、实验室等各类需气压测量的场合。输出信号：4-20mA电流环；精度为±0.2℃；测量范围是-50℃-80℃；引线长0.5m；功耗≤240mW@12V；工作电压为DC 7.5V-36V。

图3 NH122W大气温度传感器

3. NH122Y大气气压传感器

NH122Y大气温度传感器采用进口传感核心，金属壳体结构；具有结构坚固、使用寿命长、测量精度高、稳定性好，传输距离长、抗外界干扰能力强等特点，符合WMO世界气象组织规范（CIMO Guide）。可广泛用于环境、农业、养殖业、温室、实验室等各类需气压测量的场合。输出信号：4-20mA电流环；测量范围是100-1100hpa；功耗≤240mW@12V；工作电压为DC 7.5V-36V。

图4 NH122Y大气温度传感器

4. PT100铂热电阻测温传感器

PR-11-2-100-1/16-6-E温度传感器为精密100Ω A级DIN铂元件；小直径1/16in或1.5mm探头；有四种款式的探头可供选择：带转换功能的PR-11浸入式探头；PR-13标准尺寸快速断开探头；PR-16手持式探头；PR-17微型快速断开探头；随时提供标准尺寸（6in、12in、18in和24in）或公制尺寸（150mm、300mm、450mm和600mm）的四种护套长度。系统配备的温度传感器转换接插型探头，100Ω A级DIN铂元件，带PFA引线，1/16in直径护套，6in护套长度。

图5 PT100铂热电阻测温传感器

5.ROLS-W激光转速传感器

Monarch-ROLS激光转速传感器，传感器外壳由带螺纹的不锈钢制成，方便固定，采用红色可见激光光源。采集有效信号后尾部绿色LED灯亮起，表示测量有效，量程大，应用范围广，测量距离为7.62m，最大倾角为70°，量程范围1-250,000 RPM；温度范围是-10℃-70℃；供电电压为3.3Vdc-15Vdc，信号输出为TTL，连接线长度为2.4m；尺寸为长79.4×ɸ18(mm)，适合测量距离远的绝大多数场合。

图6 ROLS-W激光转速传感器

6.cDAQ-9185机箱

cDAQ-9185是4槽，基于TSN的以太网CompactDAQ机箱，cDAQ-9185是专为小型或分布式传感器测量系统设计的总线供电CompactDAQ以太网机箱。该机箱还可控制C系列I/O模块与外部主机之间的定时、同步和数据传输。您可结合多种C系列I/O模块，创建模拟I/O、数字I/O和计数器/定时器测量的组合。机箱通过使用TSN的网络提供精确，同步的时序，非常适合长距离高分布测量。机箱具有集成网络交换机，机箱还有四个32位通用计数器/定时器，可通过硬件定时数字C系列模块访问，适用于涉及正交编码器、PWM、脉冲串生成等的应用。

图7 cDAQ-9185

7.NI-9217温度输入模块

NI-9217温度输入模块是4通道，400S/s总采样速率，0Ω-400Ω，PT100 RTD C系列温度输入模块，NI‑9217是一款电阻温度探测器(RTD)输入模块。可以将NI‑9217配置为两种采样率模式：高采样率或高分辨率。NI‑9217可兼容3线和4线RTD测量，能够自动检测与通道连接的RTD类型（3线或者4线）并可自动把每条通道配置成正确的模式。模块提供了每通道电流激励。NI-9217具有校准功能和双重通道对地隔离屏障，实现了安全性、抗扰性和高共模电压范围。

图8 NI-9217

8.NI-9253电流输入模块

NI-9253电流输入模块是50kS/s/ch，±20mA，24位、8通道C系列电流输入模块，NI-9253是一款用于ComapctDAQ和CompactRIO系统的8通道模拟输入模块。每个通道提供±20 mA输入范围和24位分辨率，采样速率为50kS/s。NI-9253具有多种诊断功能，可确保系统正常运行，具有开放式通道检测、电源检测和可配置阈值。NI-9253有8个LED指示灯，用于指示每个通道和电源的状态，以便现场用户可以轻松验证系统是否正常运行。NI-9253还具有许多可编程硬件滤波器。为应用选择特定的Butterworth和梳状滤波器，可以显着降低系统的噪声。

图9 NI-9253

9.NI-9265电流输出模块

4通道C系列电流输出模块，NI‑9265是高速连接和控制工业电流驱动执行器的理想选择。该模块具有内置的开环检测功能，在检测到开环时软件会发生中断，同时将输出归零，以确保安全性，避免系统上电时驱动执行器。 NI‑9265需要一个外部电源，通过通道‑大地/地面双隔离屏障来确保安全性和抗噪声性。

图10 NI-9265

10.NI-9401数字输入模块

NI-9401为双向数字模块，可用于 NI CompactDAQ 或 CompactRIO 机箱。8 个 DIO 通道分为两组端口，输入或输出可独立配置。使用 NI 9401 可实现自定义数字系统，例如，计数器/定时器、数字通信协议、脉冲生成，以及更多其他功能。

图11 NI-9401

11.PS-15电源模块

PS-15电源模块用于为CompactDAQ和CompactRIO系统、CompactRIO单板控制器、智能相机、触摸面板计算机(TPC)等供电。24 VDC至28 VDC，5 A，120 W，DIN导轨安装式工业电源，该工业电源包括现场连接所需的DIN导轨安装配件和免工具安装的弹簧夹端子。PS-15的输出功率为120 W，工作温度在-25°C至+60°C之间。为满足特定地区对电源线的要求，PS-15的输入范围为100 VAC至240 VAC。此外，该工业电源通过20％的功率储备来应对负载波动，并且在环境温度低于45°C时，此额外电流可以连续使用。

图12 PS-15电源模块

12.9IFC扫描接口

9IFC扫描接口为9216型智能压力扫描阀提供电源和通信，为用户提供直流电源和硬件触发输入，以及用于TCP通信的以太网接口。9IFC为每一种输入提供了行业标准连接，并为多种安装选项提供了可靠的设计。输入电压为110 V AC或220 V AC；10/100 Base-T 以太网接口；触发接口选项（可选）。

图13 扫描器接口，通用AC电源