基于LabVIEW的汽车空调压力开关性能检测系统

2014-03-21吴后平张振东

仪表技术与传感器 2014年1期

吴后平，张振东，郭　辉

(1．上海理工大学机械工程学院　上海　200093；2．上海工程技术大学汽车工程学院　上海　200093)

0　引言

汽车空气调节系统是人为地对车内空气的温度、流动速度、清洁度、湿度等进行调节，从而创造一个让人感到舒适的车内气候环境[1]。汽车空调压力开关是汽车空调系统中的重要部件，它直接关系着系统的正常运行。目前国内汽车空调压力开关的产量很大，但性能检测技术却很落后，主要是采用人工手动检测方式，存在测试效率低、稳定性差、测试精度低等缺点，不能适应国内汽车空调行业快速发展和产品大批量检测的要求。文中针对国内相关企业的实际需求，开发了一套汽车空调压力开关性能自动化检测系统，实现了空调压力开关性能的快速、高精度检测和评价，满足了企业的实际需要。

1　测试系统总体方案

自动检测系统对系统的稳定性、抗干扰性、自动化程度、检测精度等都具有较高的要求[2]。汽车空调压力开关性能检测系统需要具备压力开关性能参数自动检测、性能评价、数据自动保存等功能。文中开发的汽车空调压力开关性能检测系统的总体方案如图1所示。

图1空调压力开关性能检测系统的总体结构

其中，压力开关属于被测对象; 压力传感器将管路内的压力信号变为电信号; 电磁阀等执行机构通过控制管路内的空气压力来实现控制压力开关的压力高低; 数据采集卡有数据输入、输出功能，可以将采集数据输入进计算机，也可以将计算机的指令传递给电磁阀等执行机构[2]; 存储在计算机内的信号调理与数据处理的软件是这个检测系统的核心。

汽车空调压力开关性能检测系统是基于LabVIEW和多功能数据采集卡开发的，主要测试汽车空调电子压力开关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压力开关的质量好坏。

2　硬件功能实现

基于多功能数据采集板卡和LabVIEW编程语言的汽车空调压力开关性能测试系统中，硬件是测试系统的骨架。该系统组成框图如图2所示，主要部件与机构如下：

(1)压力传感器。压力传感器将压力信号变成标准的电信号，测试管路里的空气压力。

(2)PCI-1718多功能数据采集卡。文中采用了研华PCI-1718数据采集卡，不仅具有测量功能，还具有控制功能[3]。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。

(3)PCLD-785数字量输出板卡。检测系统中需要控制空调压力开关内压力的升降，这时候就需要电磁阀来控制管路的进气和排气。系统采用PCLD-785板卡对电磁阀进行控制。PCLD-785是一种继电器输出板卡[4]，设计紧凑，功能强大。

(4)执行机构。系统用到的主要的执行机构是电磁阀，它的主要作用是关闭或者打开气路，实现压力开关的压力上升或者下降。

图2　压力开关性能检测系统硬件连接图

整个系统的工作过程为：进入测试界面后，PCLD-785数字量输出板卡控制两个继电器的开闭，实现进气电磁阀和放气电磁阀的通断，达到降低和升高管路中空气的压力值，在制管路中空气压力变化过程中，采集空调压力开关的开启和关闭时对应压力值点的输出电压值，输入计算机处理，并显示在显示器上，根据检测工况需要，保存相关信息。

3　软件功能实现

软件是汽车空调压力开关性能检测系统的灵魂和中枢神经，影响着检测系统的精度和稳定性。检测系统的软件采用图形化编程语言LabVIEW进行设计开发。包括测试系统和历史数据查询系统。

根据用户需求。程序设计基本流程如下：

(1)进入程序，输入密码。

(2)按照自己的需要选择查看历史数据还是检测新的压力开关，若查看历史数据，则选择开关的型号及测试日期，显示历史数据。可以将数据输出到EXCEL中，以标准值为横坐标，差值为纵坐标，生成对比曲线，便于查看。

(3)若检测新的压力开关，则选择压力开关的型号。点击开始测试，系统会自动调节控制管路中的空气压力，测得的数据会实时显示在屏幕上。测试完成后可以根据测试工况的需要选择是否将这些测量值保存；如果测量值不能满足要求，则需重新测量1遍。

压力开关没有统一的技术标准，一般都是根据客户对压力开关外形和性能(电子式的主要是开关的输出电压)的技术要求进行设计、开发和测试。外形要求主要是尺寸方面的要求，客户对技术的要求则不尽相同。图3所示为国内某公司对汽车压力开关的技术要求曲线。

图3　国内某款汽车压力开关的技术要求曲线

该款压力开关工作在5 V电压下，输出的电压随开关压力的变化而变化，输出电压U和开关压力P的关系为：U=0．179+1．31P，允许的误差为2%。通常情况下，给空调压力开关供5 V电压时，通过判断其输出电压和对应的压力值是否满足所要求的线性关系及误差范围之内，进而判断该开关是否合格。

(4)根据客户的不同要求，生产的不同压力开关，其标准值也可以保存在检测系统中，供检测对比、判断开关性能需要。此时，只需在所设计的检测系统软件中的产品标准栏里添加新的开关即可。图4为汽车空调压力开关性能测试系统的软件流程图。

图4　系统软件流程图

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5所示。

图5　测试误差变化曲线

图中横轴上的1～10表示每个开关测的10个压力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，说明开关的质量越好。从图5可以看出，这个开关的精度在误差允许的范围±2%之内，该压力开关是合格的。

4　试验测试与评价

为验证测试系统的性能，对某款汽车空调压力开关进行了性能测试。分别从测试效率、测试精度、测试自动化程度3个方面验证了检测系统的性能。

4.1测试精度

将100个开关分为5组，每组20个，然后将每组的20个再分为两组，分别放在汽车空调压力开关性能检测系统操作台和传统的人工操作台上进行测试。通过比较汽车空调压力开关性能检测系统的测试数据和传统测试方法的检测数据，来判断两种测试方法的测试精度。结果表明，用传统的测试方法，在读表(压力表、电压表)方面肯定会存在误差，而汽车空调压力开关性能检测系统用高精度的压力变送器检测压力值，用多功能数据采集卡作为数据采集载体，借助LabVIEW编程语言，能实时、准确的显示测试结果。表1的对比结果表明，测试系统显著提高测试精度。

4.2测试效率

利用同样的分组测试方法，分别放在汽车空调压力开关性能检测系统操作台和传统的人工操作台上进行测试，计算每个开关所需要的测试时间。通过时间的长短来判断两种测试方法的效率高低。结果表明，相比较传统的测试方法(将每个开关连接在电压表上，观察在某个压力值点的输出电压，并且需要在压力值附近进行判断)，该测试系统的测试时间很短，只有传统方法的1/10左右。

每组测量结果和时间分别记录如表1。