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1、工业工程基于的增压压力传感器检测试验台测控系统设计毕摘要增压压力传感器是一种绝对压力传感器，它是汽车发动机电控单元用于实时监测涡轮增压器增压压力的重要元器件。其作用是将涡轮增压器后方空气的绝对压力转化为电信号，发送给电控单元（ECU），电控单元将此电信号与根据发动机工况得出的理论增压压力作比较，不断调节涡轮增压器的可变喷嘴截面积或者旁通放气阀以使实际增压压力达到最佳。可见增压压力传感器质量精度等性能的好坏对汽车发动机能否达到最佳工作状态有着很大的影响，故而有必要对企业所生产的增压压力传感器产品性能进行评估检测。本课题的研究内容是增压压力传感器检测试验台测控系统的设计（主要任务是测控系统的软件设
2、计）。本论文采用虚拟仪器技术，以LabVIEW为平台，结合增压压力传感器特性曲线特点，开发了一套计算机软件测试系统。并且本文还简要介绍了增压压力传感器测试系统的硬件设备组成及相关原理，用以对今后测控系统软硬件搭配的实现做铺垫。具体地说，本论文的主要工作有以下几个方面：1.虚拟仪器技术与LabVIEW简介；2.增压压力传感器的简介；3.基于LabVIEW的增压压力传感器试验平台的硬件及软件设计；4.系统测试及结论。关键词：增压压力传感器，检测，LabVIEW，软件设计ABSTRACTThesuperchargingpressuresensor,alsoknowastheabsolute-pres
3、suresenor,isaimportantponentofelectroniccontrolunitontheautomotiveengineforreal-timemonitoringturbochargerboostpressure.Itcantransformtheabsolute-pressureofairbehindtheturbochargerintoelectricalsignalswhichwouldbesenttotheelectroniccontrolunit(ECU).Electroniccontrolunitparesthiselectricalsignalwitht
4、hetheorysuperchargingpressureresultedfromengineoperatingconditions,andcontinuouslyadjuststheturbochargervariablenozzlecross-sectionalareaorthebypasspurgevalveinordertomaketheactualsuperchargingpressureachievethebestperformance.Thequalityandaccuracyofsuperchargingpressuresensorhaveagreatimpactonautom
5、obileengineachievingthebestworkingcondition,thereforeitisnecessarytoassesstheperformanceofsuperchargingpressuresensor.Theprojectcontentistodesignsuperchargingpressuresensormeasurementandcontrolsystem(themaintaskistodesignthesoftwareofmeasurementandcontrolsystems).Thispaperusesthevirtualinstrumenttec
6、hnologytoLabVIEWplatform,binedwiththesuperchargingpressuresensorcharacteristics,thedevelopmentofasetofputersoftwaretestingsystem.Anditalsobrieflydescribesthehardwarepositionofthesuperchargingpressuresensortestsystemandtherelevantprinciples,forpavingthewaytotheimplementationofthefuturemeasurementandc
7、ontrolsystemaboutthecollocationbetweensoftwareandhardware.Specifically,thisthesisworkmainlyinthefollowingareas:1.briefintroductionofvirtualinstrumenttechnologywithLabVIEW;2.briefintroductionofsuperchargingpressuresensor;3.experimentalplatformbasedonLabVIEWsuperchargingpressuresensorhardwareandsoftwa
8、redesign;4.systemtestsandconclusions.KEYWORDS:superchargingpressuresensor,detect,LabVIEW,test,softwaredesignIV目录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.1课题的提出及意义11.1.1汽车电子技术的应用11.1.2发动机涡轮增压技术的应用21.2传感器检测试验台测控系统的发展状况31.3LabVIEW软件41.4增压压力传感器51.4.1增压压力传感器简述51.4.2增压压力传感器的工作原理61.5研究目的及主要工作7第二章 系统方案设计及试验台构成92.1测试系统要求92.1.
9、1测试参数92.1.2测试功能92.2系统结构设计92.3试验台总体要求102.4试验台组成112.4.1空压机112.4.2真空泵122.4.3加压阀132.4.4降压阀152.4.5控制台162.5本章小结16第三章 试验台测控系统硬件设计173.1工业控制机183.2数据采集卡183.3接线端子203.4本章小结20第四章 试验台测控系统软件设计214.1测控软件基本功能214.2软件开发平台214.3主监控程序设计224.4前面板控件选择与布置234.4.1测量与显示控件234.4.2报警控件254.4.3输入控件274.4.4曲线生成控件284.4.5前面板总布置294.5后面板程序
10、设计与布置304.5.1标准传感器输出电压生成程序304.5.2被测传感器输出电压生成程序314.5.3电压值检测指示灯程序324.5.4质量检测指示灯程序324.5.5绝对压力参数输入程序334.5.6信号生成图像程序344.5.7后面板程序总布置344.6本章小结35第五章 传感器的测试365.1被测传感器的质量检测365.2传感器特性曲线的生成415.3本章小结42结 论43参考文献44致 谢45VII第一章绪论1.1课题的提出及意义1.1.1汽车电子技术的应用随着现代生活的快速发展，汽车已经成为人们生活中重要的一部分，并且成为我国乃至全世界的主要经济产业之一，汽车工业为人类社会的发展和
11、经济建设做出了巨大的贡献。电子技术、微机技术、信息技术等在汽车上的应用使汽车工业发生了翻天覆地的变化，20世纪末大量的新工艺、新技术、新材料的应用将汽车工业完全带入汽车电子控制时代。汽车电子控制技术以汽车技术、电气技术、微电子技术、新工艺技术为基础解决生态环境保护、资源紧缺及交通安全等社会问题，旨在改善汽车的动力性、经济性、安全性、舒适性、排放性等。近几年汽车电子技术在控制精度、控制范围、智能化、网络化和集成化等方面有了较大的突破，汽车电子技术已经成为衡量现代汽车技术发展水平的重要标志。汽车电子技术的发展大约可以分为三个阶段：第一阶段：1967年BOSCH公司开始批量生产利用进气歧管的绝对压力
12、信号和计算机来控制发动机空燃比（A/F）的D型燃油喷射系统开启了汽车电气化的新时代；第二阶段：随着微型计算机技术的快速发展，汽车进入了微机控制阶段，控制技术朝着智能化方向发展。微机控制技术的引入使汽车上的许多控制从开环控制转化为闭环控制，从而提高了汽车的经济性、动力性、舒适性等，同时自动变速器、电子点火系统、电子转向系统、防抱死制动系统、安全气囊系统、车辆防盗系统等技术已经形成；第三阶段：21世纪以来发动机的电控燃油喷射技术、电子点火技术、底盘控制技术、车身控制技术、汽车自诊断系统、导航系统等在汽车上得到了普遍的应用。这些新技术的广泛应用使汽车电子装置在汽车制造成本中所占的比例越来越大，在普通
13、轿车上汽车电子装置大约占汽车制造成本的20%-30%，中高档轿车上汽车电子占汽车制造成本的30%-35%，而在一些豪华轿车上电子装置所占的比例已超过50%。汽车电子化的快速发展使得电子控制元件及电子装置的数量不断增多，而采用的总线网络实现快速通信是一种既可靠又经济的做法，因此汽车工业开始依靠车载局域网对汽车电器及电子控制系统进行控制，从而汽车进入车载局域网控制阶段。车载局域网控制技术使汽车布线简化传感器的数目减少实现了资源共享，从而降低了汽车制造成本，并且使电控单元之间的交流更加简洁提高了汽车总体运行的可靠性1。因此，汽车工业仍将会朝着电子化的方向发展，汽车电子技术是企业夺取汽车市场最强有力的
14、手段。1.1.2发动机涡轮增压技术的应用发动机涡轮增压是一种利用内燃机运转产生的废气驱动涡轮机来带动同轴的增压器以使进气压力增高的技术。自涡轮增压技术概念提出至今已有百年时间了，在这百年的时间里，涡轮增压技术经历了轴流式、径流式、混流式及配置放气阀、可变截面积喷嘴等自身的不断改进，其在航天、航海及陆地机械上得到了广泛的应用。特别是车辆的广泛应用及当前人们对车辆节能、功率和环保要求的不断提高，为车用涡轮增压技术的应用、发展和进步提供了广阔的空间和需求。增压技术首先在柴油机领域得到发展，目前工业发达国家大中功率柴油机已全部采用增压技术，中小型车用柴油机增压也达80%。汽油机增压的发展相对较晚，技术
15、水平也落后于柴油机。20世纪70年代末国外汽油机开始逐渐采用增压技术，并得到了迅速的发展和完善，1990年美国生产的汽油机已有1/4采用了增压技术，1992年国际市场上出售的汽油机有15%采用增压技术，目前国外的汽油机增压正处于完善和推广应用阶段。内燃机增压的先进技术主要集中于美国、德国和日本。相对于柴油机而言，汽油机在小排量，尤其是轿车发动机领域，有其独特的应用优势及地位，所以汽油机的增压研究对于节约能源及提高汽车性能都要具有重要意义。我国20世纪70年代末开始研究汽油机增压，并在CA-10B和DG26100-12机型上取得成功。20世纪80年代末，清华、西安交大等几家高等院校和内燃机厂也相
16、继对49ZQ汽油机进行增压研究2。作为汽油机增压，除提高功率扭矩，还用于高原上恢复功率。由于受爆震的影响和热负荷的限制，增压度都不高，性能也不够完善，实际应用很少。到2001年，只有少数车型采用增压，还没有国产车型。现在，国内已开发出轿车用增压柴油机和汽油机产品，如帕萨特-领驭1.8T、大众-速腾1.8T、奥迪A6L2.0T等均采用了涡轮增压技术。国内一些著名公司和院校都非常重视发动机与增压器匹配的研究。中科院工程热物理所、清华大学、燃气涡轮研究所通过可变喷嘴涡轮器与发动机的匹配实验测得增压压力和排气压力值，结合发动机结构参数，计算了发动机的流通特性，建立了可变喷嘴增压器与发动机的联合工作曲线3。
