基于LabwindOws/CVI的润滑油微量水分在线测量系统的研究

1、前言
    润滑不良以及磨损是导致机械设备损坏和发生故障的主要原因。传统的润滑油液含水量检测是抽取待测油液若干,在实验室离线完成的,这往往需要很长的一段时间,不能及时的反映油液含水量的实时信息;并且在油液的运输过程中有可能造成二次污染,从而影响检测结果的准确性。此外，由于实验室检测方法工序复杂、费时、精确性差、费用高以及不能在线测量等缺点,往往隐藏了故障隐患,给公司造成损失。油液在线检测技术就是基于这一问题而迅速发展起来的。本文叙述了基于LabWindows/CVI6.0开发的润滑油含水量的在线检测系统。硬件部分采用了WS05系列电容式水分传感器,PCI-6024E数据采集卡以及个PC机。该系统能实时在线的监测润滑油中微量水分含量的变化,具有数据保存、打印和超限报警等功能,完全满足现场需求。
2、LabWindows/CVI简介
    LabWindows/CVI6.0是美国某公司推出的面向仪器与测控过程的C/C++交互式开发平台。该平台简单易用、功能强大,可适用于有一定C语言基础的科技人员,它不仅提供了对虚拟仪器的支持能力,还具有各种测试、控制和数值分析的能力,具有图形建模简单、控制功能强大、实时性强、编程容易等优点。另外,从软件开发的角度来看,它还具有兼容性好,强大的函
数库,自动生成程序代码等一系列优点,从而使得其成为测试领域首选软件开发平台。
3、系统工作原理
    本系统将测试系统和虚拟仪器系统相结合,采用数据采集卡(DAQ)和信号调理电路组成的PC-DAQ测试系统做为硬件平台,数据采集卡插入计算机,接线端子板将信号接入数据采集卡,由计算机处理数据,并将结果直观的显示在由LabWindows/CVI语言开发的虚拟仪器面板上,以便于用户很好的掌握润滑油含水量的动态变化(如图1所示)。

                图1: 系统工作原理框图
    将传感器置于待测油液中,传感器的敏感元件吸收或者释放水分,当与周围的待测油液含水量达到平衡,传感器中水分含量的变化会修改其绝缘常数,而绝缘常数反过来会改变传感器的电容大小。传感器的信号处理电路将电容信号转换为电压信号进行放大,并经数据采集卡传送到计算机进行处理。经过大量实验表明,本系统主要性能指标为:
        长期稳定工作温度范围:-40℃~100℃ :
        测量微水范围：0-100ppm。
        输出信号:方波频率信号;
        灵敏度:±2%基于ASTME104-85;
        响应时间:<60s。
4、系统软件设计
    用LabWindows/CVI6.0开发的整个软件系统由虚拟仪器前面板(图2)和测试程序组成,该软件系统采用如图(3)的逻辑结构,包括主控模块、信号采集模块、显示存储模块、信号分析模块和数据库管理模块。

图2 测试系统前面板

                 图3 虚拟仪器软件模块结构

   (1)主控模块:主控模块是整个软件的最上层,是所有模块的管理者,由它进行对各模块的控制、调用、组织、协调各功能模块的工作,完成信号分析和测试的控制;
   (2)数据采集模块:负责接收从数据采集卡上传来的数据,确定其采集位数,按通道传给显示存储模块;
   (3)显示存储模块:完成包括示波、数据存储、波形记录、静态分析等功能,是信号分析功能的基础,它不断地将采集来的新数据按照设置显示在监视器上,并存储数据;
   (4)信号分析模块:是整个软件的核心模块,对采集的数据进行分析和处理,包括时域和频域分析等;
   (5)数据库管理模块:用来设置数据采样的工作参数、系统信息和管理数据,同时根据检测内容做出记录,以便保存数据和数据回放。
5、结束语
    基于LabWindows/CVI6.0开发的润滑油在线微量水分检测系统,同传统的测试系统相比较,具有人机界面友好、操作方便、扩展性能好,控制灵活,系统开发维护费用低廉等一系列优点,实践证明,选用NI的产品开发数据采集及信号分析系统能大大的提供工作效率,从而节约成本。
      参考文献:
[1] 张毅刚,乔立岩,等虚拟仪器软件开发环境LabWindows/CVI6.0编程指南[M]北京:机械工业出版社,2002。
[2] 刘君华,等虚拟仪器编程语言教程[M]北京:电子工业出版社,2001。
[3] 江凡,薛冬新,等基于LabWindows/CVI平台的数据采集及信号处理软件的开发[J].仪器仪表与分析监测,2003(l)
[4] 孙才新,等变压器油中微水含量的实时测量[J] HIGH VOLTAGE ENGINEERING,l988(3)。