應用領域：
產品測試

使用產品：
NI PCI-GPIB 采集卡、SCXI-1001 機箱
、SCXI-1100/1102/1122 等模塊
，LabVIEW等軟件

挑戰：
設計並集成一個測試係統在有效壽命內具有萬無一失的運行可靠性
，即係統的任一部件出現故障時不影響係統數據采集工作；係統用作冷風機性能測試同時
，還能適應低溫試驗室新的檢測需求持續地被開發。

應用方案：
采用PCI-GPIB 主副總線和部件儲備冗餘設計
，盡量少用硬件，全部信號由 SCXI 調理後集中采集
；係統基於PC、結構開放
、LabVIEW圖象編程平台易於持續開發。

介紹：
    為冷風機等製冷設備的性能提供第三方測試數據，我們參照美國ASHRAE 標準建造了夾套式低溫試驗室，原先的測試手段難以滿足高效、可靠的要求。調研發現：NI 產品在世界數采領域的優勢和較佳的性能價格比。我們設計並集成了基於 PC、主副采卡、部件冗餘的測控係統
，集中采集由 SCXI 調理的溫度
、功率等多種參量。運行統計和計量溯源對係統的可靠性、誤差進行確認。借助於 LabVIEW 和現有係統

，冷風機性能檢驗的多重測試等持續開發十分便利。

夾套式低溫調溫調濕試驗室
    八十年代中,我們參照美國供暖製冷空調工程師學會 ASHRAE 25-73 標準的有關夾套校準內容建造了夾套式低溫調溫調濕試驗室（以下簡稱試驗室） 。即把一個小保溫室（隔熱裝配式校準室）六麵架空地置於一個大保溫室中（見圖一） 。夾jia層ceng間jian氣qi流liu可ke循xun環huan
，溫wen度du按an要yao求qiu可ke控kong，分fen布bu均jun勻yun。這zhe樣yang可ke以yi使shi校xiao準zhun室shi周zhou圍wei溫wen度du波bo動dong對dui測ce試shi結jie果guo帶dai來lai的de影ying響xiang降jiang低di到dao最zui小xiao程cheng度du。又you因yin大da保bao溫wen室shi是shi按an低di溫wen冷leng藏zang保bao溫wen技ji術shu標biao準zhun設she計ji的de土tu建jian式shi重zhong體ti型xing庫ku體ti，故gu最zui大da限xian度du地di排pai除chu大da氣qi環huan境jing溫wen度du波bo動dong對dui試shi驗yan工gong況kuang的de影ying響xiang（見圖二） 。 

圖二 低溫試驗室外形，試驗中冷風機試樣；低溫試驗室通過國家計量認證證書

    標準室容積 200m3 （長寬高10×5×4）,最低製冷溫度-350℃，最高可調濕度 80%RH，配有氨、氟係統冷源供液接管，30kW 均勻分布可調電熱源及加濕源。在試驗室可以進行冷風機、室內組合式冷庫
、 商用冷藏櫃等製冷設備性能參數測定。這種由 ASHRAE 標準推薦的方法
， 使產品測試中環境溫度波動的不確定度得到控製


，測得結果作為產品合格評定的依據，具有國際互認性。 

                                                  
三：自動測控係統結構框圖

    然而

，由於原先我們使用的是 70―80 年代的分立式儀器，如用 PF-15 多路直流電壓表測熱偶電勢換算溫度，功率儀測電熱功率。測試前準備重複，測試中故障率高
，測試後數據處理量大
，可謂事倍功半。

自動測控係統
    現有測量手段是基於PC、采用主副兩條總線（PCI/GPIB） 
、部件儲備冗餘的自動測控係統（簡稱係統） 。見圖三。  
    主線包括：PⅡ233/64M PC機，NI 公司PCI-MIO-16XE-50采集卡，SCXI-1001 12 槽信號調理箱，SCXI-1100 32通道多路轉換放大模塊
，SCXI-1102 32 通道多路熱電偶放大模塊，SCXI-1122 16 通道隔離轉換放大模塊，SCXI-1124 6通道隔離 D/A轉換輸出模塊，SCXI-1161 8 通道 SPDT功率繼電器模塊及專用電纜。全部信號用傳感器變送後
，SCXI 模塊調理，PC 機集中采集。例如：校準室內外溫度，用 T 型熱電偶、SCXI-1102 調理；試驗用電熱功率用國產 WB3P414功率傳感/變送器
、SCXI-1122 調理；零下濕度（露點溫度）用芬蘭 VAISALA  HMP35A 探頭、SCXI-1100 調理
；製冷管路壓力用PM10 係列壓力變送器、SCXI-1100 調理
；SCXI-1124 用於電熱調壓；SCXI-1161 控製加濕等狀態量。副線由 NI 通用數據總線卡（AT-GPIB/TNT  PnP） 、數據采集器（HP34970a）及內置模塊組成，作為儲備冗餘。係統的軟件
，我們選用 LabVIEW圖象編程平台作為應用程序開發工具，當然 NI-DAQ for Windows
，HP34970a儀器驅動等也是我們所必需的。

係統性能價格比優化
    通過數據采集產品的市場調研，將感興趣的幾家世界著名儀器製造商的產品
，配置成適合我們需要的 100 通道左右采集容量後，進行性能價格例表比較（見表一） 。我們發現：NI 產品在世界數據采集領域的優勢。產品選件豐富
，兼容開放性強


，主流趨向已明；另外，惠普 HP34970a 較低的單位通道價及 LabVIEW 支持它的 PC 驅動。最後我們采用 NI領先的基於PC 數采技術和 HP 的低價單位通道集成主副結構的自動測控係統，優化了係統性能價格比。 
表一

表注：表中價格僅為 97 年底參考報價，除方案 1 為成交價外

，其餘均為離岸價

係統可靠性設計及確認
    針對我們的測試特點，需要係統有萬無一失的運行可靠性。原因為：第一，200m3校準室低溫測試環境的建立時間長；第二，在校準室內的待測試件運行必須按要求

，平衡控製難度高；第三，因故未及時獲得數據，不僅增加測試成本，而且影響我們的服務信譽。因此
，冗餘設計
，部件儲備是有效的方法。
    從圖三可知，係統中主線：PCI 卡
、SCXI 與 PC 機構成串聯模式

，既使 PCI 卡、SCXI 等部件有很高的可靠度，主線還是受PC 機可靠度的製約。一旦 PC 機故障，該線無法工作。儲備的副線 GPIB 卡、HP34970a 雖也基於PC，但己與主線構成並聯
，提高了係統可靠度。另外該數采器含內置非易失存貯器，能脫離 PC 機工作，並且係統中又用二塊構成並聯模式，若設各部件故障概率均為 10-3。根據串聯支路故障率為各部件故障率之和，並聯為積原理，則主線故障概率仍在10-3量級，而副線故障概率己為 10-6， （在此不討論係統中轉換開關、軟件可靠度是因係統不直接涉及人身安全等因素）係統運行故障概率降低至 10-6量級以下。
    一年多來係統運行統計記錄顯示：累計使用次數 89 次，累計使用時數 940 小時。係統除一次PC 機內存條損壞外，其他部件運行正常。儲備部件的有效工作確認了萬無一失的係統可靠性設計。
 
係統示值誤差的計量溯源
    作為向外提供第三方公正測試數據檢測室
，我們按計量認證的要求
，對由 NI 組件集成的基於PC 的自動測試係統有關測量示值按程序進行計量溯源（見圖四） 。
    如航天部上海計量站完成了溫度示值標定。 用美國HART公司9105型幹孔槽現場直接比對法標定了我們測溫範圍-35―35℃內 SCXI－1102 32 通道定點精度。 （其中包括：T 型熱電偶、SCXI－1303 接線盒中冷端補償
、LabVIEW 中 1102熱電偶測溫換算軟件等整個基於 PC 主線測試係統）例出用於計量校準室溫度的 0―13 通道示值誤差最大和最小的二組數據，並分析經過平均處理後的校準室實際測量精度。見表二。實際測試中
，我們按照 ASHRAE 要求
，校準室內八個角測點（0―7 通道）的平均值作為室內溫度，校準室外六個麵居中測點（8―13 通道）的平均值作為室外溫度。室內外溫度平均後誤差範圍在-0.06―0.35℃之間。 
    計量標定驗證了 NI 熱電偶測溫冷端補償等技術可信度及現有係統達到我們測量要求。我們用熱電偶測量校準室內外溫度，經平均後的精度是較為理想的。
  表二

冷風機測試應用開發
    強製對流翅片管空氣冷卻器（簡稱冷風機）guangfandibeishiyongzaishipindongjiehelengzangzhilengxitongzhong。ercileizhilengshebeijiegouxingshiduoyang
，shiyongtiaojiangeyi
，shijidekongqiliudonghechuanreguochenghenfuza，nanyiyongliluntuidaofangfajianliquanbuyinsuheguochengdeshuxuemoshi。yinci，lengfengjideyanzhiyishiyanweizhu
，lilunjisuanweifudeshiyanfangfazaiyeneidedaozhongshi

，guojishangyongjiataoshidiwenshiyanshijinxinglengfengjixingnengceshiweilixiangdejishushouduan。wochushiguoneiweiyinengjinxingzhongdaxinglengfengji（蒸發麵積 25―400m2）xingnengjianyandeshiyanshi。jinnianlai
，womenyijuwoguojixiegongyebuyouguanbiaozhunweiguoneiduojialengfengjizhizaochangtigonglexinchanpinxingshishiyan，chanpinhegepingdingdengdisanfangceshibaogaojishifen。
    用空氣側熱平衡法測定冷風機的製冷量、傳chuan熱re係xi數shu己ji是shi我wo們men成cheng熟shu技ji術shu。將jiang被bei測ce冷leng風feng機ji置zhi於yu校xiao準zhun室shi內nei規gui定ding位wei置zhi
，接jie上shang製zhi冷leng管guan路lu及ji試shi樣yang上shang布bu置zhi進jin出chu風feng溫wen度du等deng必bi要yao的de測ce點dian。冷leng風feng機ji運yun行xing同tong時shi
，調tiao節jie校xiao準zhun室shi電dian熱re負fu荷he。當dang校xiao準zhun室shi達da到dao要yao求qiu工gong況kuang並bing平ping衡heng在zai規gui定ding範fan圍wei內nei時shi
，自zi動dong測ce試shi係xi統tong記ji錄lu校xiao準zhun室shi內nei總zong負fu荷he功gong率lv P，室內外溫差△ｔ
，試樣進出風溫度
，供液管路壓力（或溫度）
，即可計算出冷風機製冷量Ｑ＝Ｋc△ｔ＋P（Ｋc 為校準室漏熱係數）和傳熱係數Ｋ＝Ｑ／Ａ△ｔｍ（Ａ為冷風機蒸發麵積，△ｔm對數溫差） 。這種間接測量和數據處理方法在現係統中是很容易自動完成的（見圖四） 。
    按照 ASHRAE 標準有關冷風機測試方法

，除空氣側熱平衡法外
，還有製冷劑側焓差法
、空(kong)氣(qi)側(ce)焓(han)差(cha)法(fa)等(deng)。製(zhi)冷(leng)劑(ji)側(ce)焓(han)差(cha)法(fa)涉(she)及(ji)二(er)相(xiang)流(liu)測(ce)量(liang)技(ji)術(shu)，它(ta)的(de)精(jing)確(que)測(ce)量(liang)是(shi)當(dang)今(jin)世(shi)界(jie)測(ce)量(liang)領(ling)域(yu)難(nan)點(dian)。我(wo)們(men)正(zheng)在(zai)著(zhe)手(shou)這(zhe)項(xiang)開(kai)發(fa)，將(jiang)用(yong)兩(liang)種(zhong)完(wan)全(quan)獨(du)立(li)的(de)測(ce)試(shi)方(fang)法(fa)來(lai)同(tong)時(shi)測(ce)定(ding)冷(leng)風(feng)機(ji)性(xing)能(neng)參(can)數(shu)


，從(cong)而(er)控(kong)製(zhi)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)的(de)不(bu)確(que)定(ding)度(du)。其(qi)方(fang)案(an)是(shi)通(tong)過(guo)設(she)置(zhi)汽(qi)液(ye)分(fen)離(li)桶(tong)，用(yong)量(liang)熱(re)計(ji)過(guo)熱(re)汽(qi)體(ti)並(bing)測(ce)得(de)流(liu)量(liang)
，從(cong)製(zhi)冷(leng)劑(ji)蒸(zheng)發(fa)量(liang)、製冷劑液焓值
、氣體焓值計算出冷風機製冷量等性能參數。就測試手段而言，上述量的采集隻要在現係統中增加壓力、流量等傳感器
，而 LabVIEW 編(bian)程(cheng)平(ping)台(tai)並(bing)行(xing)處(chu)理(li)能(neng)力(li)十(shi)分(fen)容(rong)易(yi)支(zhi)持(chi)多(duo)重(zhong)檢(jian)測(ce)軟(ruan)件(jian)開(kai)發(fa)。當(dang)然(ran)實(shi)現(xian)此(ci)法(fa)精(jing)確(que)測(ce)量(liang)還(hai)涉(she)及(ji)二(er)相(xiang)流(liu)充(chong)分(fen)分(fen)離(li)和(he)過(guo)熱(re)
，製(zhi)冷(leng)劑(ji)中(zhong)含(han)油(you)量(liang)修(xiu)正(zheng)等(deng)技(ji)術(shu)和(he)數(shu)學(xue)模(mo)式(shi)問(wen)題(ti)。  

圖四:   冷風機測試程序前麵板

結論
     當今新的質量理念――讓用戶持續滿意正在被人們越來越重視。由於我們已經擁有一個開放、高效、適用自身測量要求的測控係統

， 擁有 NI 公司有效的技術支持和用戶應用信息資源，所以我們有信心按國外先進標準
， 借助於 LabVIEW和現有係統在完善冷風機性能多重測試的同時，持續開發新的測試項目和技術來適應顧客、競爭、變化（3C）市場環境的挑戰。