1引言水泵全性能测试是水泵研究、试制生产中不可缺少的重要环节。以往采用人工读数、人工计算的老式实验方法，此法费力、耗时、且精度低、人为因素较多。国内也有水泵智能测控系统，但大多数系统庞大、接口复杂、价格偏高。为满足广大水泵厂家水泵测试智能化的需要，我们研制了微机水泵全性能测试系统。该系统能自动对水泵的5个原始量：吸程、压程、流量、转矩、转速同时采样，并将测试数据进行分析计算，打印输出彩色试验报表和曲线。
2系统组成系统组成框图，如图1所示。
系统主要由传感器、接口板、计算机、彩色显示器、打印机、稳压电源组成。主板选用工业控制CPU模板，其内存有64KB、4B浮点运算库、常用算法软件包，并有8KB RAM数据可掉电保护，确保失电后数据不丢失。
系统由不同传感器同时采集吸程、压程、流量、转矩、转速五个物理量，模拟信号经8路模拟转换开关后，再进行信号调理及整形变换，全部变为频率信号，再由8253计数器计数。此时信号，一方面经显示板，送CRT显示器对各量进行数据和图形显示，另一方面经工业控制主板后，送彩色打印机对各量进行图形曲线输出。
3软件结构系统软件主框图，如图2示。软件设计中，以操作简便、功能齐全、数据处理准确为目标。系统的主要特点有：（1）设计大字符显示功能，便于远距离操作（2）自动校零（3）人工、人机混合数据处理（4）结论数据分析（5）全部测试值、计算值、结论数据显示、打印并绘制曲线。
程序采用模块化设计，主要分为：主菜单模块、采样模块、显示模块、数据分析处理模块、数据输入模块、表格打印曲张绘制6大模块，其中每个模块又由若干小模块组成。数据分析计算，主菜单模块用BASIC语言编写，其他均用汇编语言编写。整个内存由用户汇编程序区、用户BASIC程序文本区、运算子程序区、BASIC解释程序和相应的工作单元、数据存贮区组成。所有输入参数、原始数据、计算值、结论数据均存于带锂电池后备电源的RAM单元中，失电后数据不丢失。
4软硬件设计分析作为测试系统，在软硬件设计中，常遇到很多方面的问题，本节重点对以下几点作一详细读者讨论。
4 .1校准功能的设计接口板中有8路模拟输入通道（其中六路外接输出信号），输入模拟信号经多路转换开关选择其一，通过放大、V/ F转换后变为频率信号，再经同步处理，由8253计数器计数。多路转换开关输入中，还有两路接基准电源，这是专为校准功能设计的。校准功能用于克服模拟多路转换开关、放大器、V/ F转换器的零漂、温漂对系统测量精度的影响。两个基准源由LM399提供， LM399为内带恒温装置的高稳定电源，其稳定度为十万分之一。模拟输入电压V和V/ F的输出频率f间存在图3所示对应关系，图中V为基准电源电压， f为其对应的频率，在短时间内，零漂、温漂的影响很小，因此假定此段时间为图3中V i，频率为f i，则有关系式：上式中，（V为常数。从图2、3中可看到，每进入一次主菜单，即运行一次校准程序，求得此时的f 2，因此，无论何时采集的f i，经过修正式（1）后，就能得到消除零漂、温漂影响的V值。
4 .2周期法测频率信号一般频率信号测量中，存在±1个脉冲的误差，对于低频信号，其采样的误差较大，且时间长。如水泵中的流量，在小流量时，涡轮流量计的输出频率仅几十赫兹，在采样时间为1秒时，其采样误差高达几。为消除±1个脉冲的误差，我们采用整周期法测频率。其电路原理，如图4示。
A 输入脉冲D 控制脚B 周期信号时基计数器测出准确的计数时间t ，从而求得输入信号的频率。这里的测量误差主要为时基计数误差，但时基信号频率很高1MHz，其误差为正负百万分之一。采样程序流程图，如图5示。
采样主程序：该水泵测试系统中，所有原始量的输入信号终均变换为频率信号，软件中转矩、吸程、压程、孔板流量的采样时间各为160ms ，流量（涡轮）采样时间为400ms， 5个原始量采样一次的时间不超过1s.
4.3主要结论数据数学模型的研究在水泵测试中，结论数据是依据国标GB389将测试的原始数据通过处理从而得到能反映水泵综合性能指标的数据。
4.3.1曲线的获得采用三次多项式小二乘法拟合Q H（流量扬程）曲线， Q P（流量效率）曲线，如果Q η（流量效率）曲线也用此法拟合，则出现效率曲线不过零的现象，原因在于该曲线不符合三次拟合曲线趋势，且零流量点附近试验点较少。
后，通过计算的方法得到比较好的Q η曲线。
Q H拟合方程式为：Q P拟合方程式为：式（2）、式（3）中系数a是对测试计算值进行三次多项式拟合后得到的。
已知水泵效率计算公式：η=所以可以推出Q η拟合方程式：基于单片机的数控系统红外遥控器的设计高山，王治森，赵志中（合肥工业大学CIMS所，安徽合肥230009）设计和主体软件设计。
即：4 .3.2求解扬程差ΔH、流量差ΔQ（1）扬程差是规定点扬程H与Q H曲线上规定点流量Q所对应的扬程之差值，表达式为：式中H（Q）可由式（2）计算得到（2）流量差是规定点流量Q与Q H曲线上规定扬程Hsp所对应的流量f）的差值，即：式中f）通过求解H（Q）函数的反函数而得到。我们用迭代法求解，设初值为Q sp，由式（2）可以推出下式：当Q×0.1（0.1指迭代精度）时，则迭代计算完毕。求得f 4 .3.3效率分析规定效率是由通过规定性能点Q和QH坐标轴原点的直线与Q H曲线的交点所确定的性能点，此点效率根据对应的横坐标在Q η曲线上得出。
上述Q点和QH坐标轴原点的直线方程为：设其交点所确定的性能点即交点流量为Q为下列联立方程的解：用迭代法求解，设初值为Q sp，代入下列方程：当Q代入方程式（3），可计算出交点效率η分别代入方程式（1）和（2），可求得交点轴功率P x，交点扬程H 5结论水泵全性能测试系统结构简单、功能强，利用它可减轻劳动强度，增加劳动效率，提高产品质量，经使用表明，该系统性能稳定，操作灵活，具有实际使用价值。
严钟豪。非电量电测技术[ M] .北京：机械工业出版社，沈德金等。MSC51系列单片机接口电路与应用程序实例[ M] .北京：北京航空航天大学出版社， 1992， 70～75.
徐惠明等。单片微型计算机[ M] .北京：北京邮电学院
QQ交流群
