基于LabVIEW的空气流量传感器性能检测系统

罗浩，徐威，毛海波

（1.长安大学汽车学院，陕西 西安 710000；2. 广东工业大学机电工程学院，广东 广州 510006）

基于LabVIEW的空气流量传感器性能检测系统

罗浩1，徐威1，毛海波2

（1.长安大学汽车学院，陕西 西安 710000；2. 广东工业大学机电工程学院，广东 广州 510006）

本文简述了传统空气流量传感器检测系统的弊端，提出了一种基于LabVIEW软件的空气流量传感器测试系统的设计方案。本系统运用LabVIEW灵活性和多输入多输出的特点，能够很好地实现对测试数据实时绘图，方便操作。同时，给出了详细的硬件和软件设计方案。

LabVIEW；空气流量传感器

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)06-84-02

引言

空气流量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流量传感器产品性能进行评估检测。由于国内工艺水平的落后以及人工测量的随意性等原因，造成产品质量极不稳定以及性能指标分散等问题，不能适应国内此行业快速发展和产品大批量检测的要求。所以设计能够自动检测传感器质量合格与否的系统势在必行。

美国国家仪器公司提出的虚拟仪器技术引发了测试领域一场重大变革，开创了“软件即是仪器”的先河.虚拟仪器是指以通用计算机作为系统控制器，由软件来实现人机交互和大部分仪器功能的一种计算机仪器系统。与传统仪器不同，虚拟仪器是由通用计算机和一些功能化硬件模块组成的仪器系统。在这种仪器系统中，不仅仪器的操作和测量结果的显示是借助于计算机显示器以及虚拟面板的形式来实现的，而且数据的传送、分析、处理都是由计算机软件来完成的，这就大大突破了传统仪器仪表在这方面的限制，方便了用户对仪器的使用、维护、扩展和升级等.美国国家仪器公司开发的LabVIEW是目前最为成功的虚拟仪器软件之一。

汽车空气流量传感器性能检测系统是基于LabVIEW和多功能数据采集卡开发的，主要测试汽车空气流量传感器在标准工况下的输出电压，然后通过比较这些测量值和标准值之间的差值来判断其质量好坏。

1、系统硬件设计

本系统包括被测对象，传感系统，数据采集与处理系统，如图1：

1.被测对象

被测对象是通过改变变频器的频率来控制风机发出不同大小的风量通过流量传感器，以此来模拟进入发动机的空气流量的大小。

2.传感系统

传感系统主要包括标准流量传感器、被测流量传感器及有关连接部分。

(1) 标准流量传感器

标准流量传感器选用LAB-10型玻璃转子流量计，它与被检的空气流量传感器测量范围相当，准确度较高。

(2) 被测流量传感器

工厂生产的未检测的产品。

3.数据采集卡的选择

采用研华PCI一1718数据采集卡，不仅具有测量功能，还具有控制功能。通过数据采集卡可以将外围器件的电信号转换成数字信号，供计算机处理分析，并能输出计算机的数字信号驱动外围执行器件---变频器。

2、系统软件设计

此部分是系统的核心部分，数据的采集、处理、分析、数据显示都是由系统软件控制来实现的。本系统软件分为以下几个模块：板卡初始化及参数设置模块、数据采集模块、数据分析模块、数据存储模块。本测试系统的程序主流程图如图2所示：

下面将详细介绍系统软件各个模块的功能及实现方法：

1．板卡初始化及参数设置模块

板卡初始化及参数设置模块系统的功能是实现检验并初始化板卡，然后设置系统基本参数来控制硬件系统。在启动采集之前，首先对研华PCI一1718数据采集卡初始化,确定自检成功或提示“无数据采集卡”。然后设置采样参数。根据采集数据的需要，设定相应的采样频率，使用软件触发方式，即手动点击采集按钮，则开始运行采集程序。

2．数据采集模块

数据采集模块实现多通道实时数据采集与显示，它的设计是动态测试中的核心部分，直接影响数据分析的结果，影响系统其它功能的实现。该系统能否正常工作直接关系到整个系统的工作。在程序面板上，与传统开发一样，可以使用各种程序控制结构，如顺序、条件循环等，也可以使用其他VI。

3．数据分析模块

数据的分析模块实现对采集的原始数据进行分析处理，通过判断其输出电压和对应的标准电压值是否满足所要求的线性关系及误差范围之内，进而判断该空气流量传感器是否合格，将计算结果生成EXCEL表格。

4．数据库模块

数据库模块实现数据库的管理功能，包括数据的存储与回放，添加与删除等功能。

3、实验结果

本设计的试验是在模拟汽车发动机真实工作环境下测试的，通过改变变频器的频率控制风机发出不同大小的风量通过流量传感器来模拟进入发动机的空气流量。

在变频器从1Hz～23Hz变化中，对应的输出电压为0V～3V之间，经过标定试验，在温度为20℃时，可得到相应的被测传感器与标定传感器的测试数据。测试完成后系统会自动调用EXCEL,生成测试结果与标准值进行比较的折线图，如图3所示。

图中横轴上的1一10表示此被测传感器的10个流量值点所对应的标准输出电压值点，纵轴坐标表示测量的输出电压值与标准电压值之间相对误差(精度值)。精度值计算公式为:

式中：r为相对误差即精度值；x为被测量的测得值；x0表示被测量的真值，常用约定真值代替。可见，精度值的绝对值越小，表示测量值越接近标准值，说明传感器的质量越好。从图4可以看出，这个传感器的精度在误差允许的范围士3.0%之内，该传感器是合格的。

在测量过程中采用变频器控制风机的供气方式，气体仍然不可避免的存在一些脉动，又由于空气流量传感器的高敏感性及气压的影响，也会造成部分附加误差。

4、结论

本系统运用LabVIEW灵活性和多输入多输出的特点，能够很好地实现对测试数据实时绘图，方便操作，并能够及时地通过测试发现传感器所存在的问题，以便进一步对传感器进行改进。保证了空气流量传感器产品的质量指标，降低了汽车产品的生产成本。同时，在设计过程中，采用了较高要求的数据采集和处理技术，为以后系统进一步改进奠定了基础。

[1] 吴克刚.温差式热膜空气质量流量传感器[J].长安大学学报, 2002(9).

[2] 王晓伟.车用热膜式空气质量流量传感器的研究[D].哈尔滨工业大学，2007.

[3] 杨琳 .空气流量传感器智能测试系统[D].武汉理工大学，2012.

[4] 吴后平 .基于LabVIEW的汽车空调压力开关性能检测系统[D].上海理工大学，2014.

[5] 朱广荣 .基于LabVIEW的多传感器空气流量测试系统的设计.空军第一航空学院，2005.

Based on the performance of the air flow sensor detection system on LabVIEW

Luo Hao1, Xu Wei1, Mao Haibo2
(1. Automobile Chang'an University, ShaanXi Xi'an 710000; 2.Mechanical and Electrical Engineering, Guangdong University of Technology, Guangdong Guangzhou 510006)

This paper outlined the shortcomings of the traditional air flow sensor detection system and proposed a way to design air flue test system based on LabVIEW. The system can achieve a good test data in real-time graphics and easy to operate by using the LabVIEW's characteristics of flexibility and multi-input, multi-output . At the same time, it gave the concrete design procedures of hardware and software.

LabVIEW; Air flow sensor

U467.3

A

1671-7988(2015)06-84-02

罗浩，就读于长安大学研究生院。