公司現有的生產線上的油位傳感器性能測試設備采用靜態測試方法，該方法無法對油位傳感器進行全量程的動態性能測試。為更加精確地進行油位傳感器性能測試，提高品質并縮短測試時間，需要在較短的時間內高效、快捷、獨立自主的開發出全新的油位傳感器動態性能測試設備。該設備要求在主要完成多種型號（包括 哈飛、奇瑞、夏利、通用、長城、吉利、江淮等公司的40多種車型）油位傳感器（以下簡稱TSG）全量程動態性能測試、低油位報警性能測試和斷點測試的基礎上，還要完成電子燃油泵（以下簡稱EKP）的啟動電流性能測試和插頭接線極性測試。 由于虛擬儀器為用戶提供了創新技術并能大幅降低生產成本，而且能提高生產率和測量精度及設備性能，用戶可以根據需求靈活而快捷的組建自己的測控設備，不用再受由廠家提供的傳統儀器的限制，所以結合本項目的特點，決定將虛擬儀器技術應用到測控設備研發中，完成數據采集和自動測控的功能。 數據采集（DAQ）離不開驅動軟件。NI-DAQmx驅動軟件具有很多的優點，為本項目在縮短開發時間、降低開發成本和提高測量精度等方面起到事半功倍的作用。 測控設備的硬件設計 1 設備結構 TSG動態性能測試設備的硬件部分由數據采集系統、阻值和低油位報警測量系統、運動控制測量系統、啟動電流測量系統、極性測量系統、氣動系統和報警系統等組成，其相互關系如圖1所示。 2 數據采集系統 數據采集系統主要由基于PCI的采集卡PCI-6527和PCI-6052E構成。PCI-6527卡是應用在24Vdc下的24路輸入、24路輸出的數字采集卡，用于滿足TSG動態測試設備20路數字輸入信號，21路數字輸出信號的控制要求；PCI 6052E卡是能提供8路差分信號輸入，最高采樣率333kS/s，輸入分辨率16位，輸入范圍±10V的模擬量采集卡，完全滿足設備5路 模擬量差分輸入，采樣率4000Hz，輸入分辨率16位的要求。該系統作為設備的硬件核心。 3 阻值和低油位報警測量系統 如圖2所示，TSG是帶中間滑動抽頭的非線性跳躍型可變電阻器。它由如圖3所示的連接浮子桿的運動帶動中間滑動抽頭的運動，而隨之產生的電 阻值變化可以真實反映出油箱中燃油的多少。為準確測試出TSG動態性能，即阻值隨浮子桿運動高度變化而變化的性能，需要PCI-6052E進行阻值數值和高度數值的實時采集。 TSG阻值的采集是通過采樣電路將阻值信號轉變成0～10Vdc的電壓信號，經過信號調理后再以差分信號的方式輸入到PCI-6052E，其原理如圖4所示。 根據（其中R為TSG阻值，VR為R的電壓，r為外接定值電阻，Vr為r的電壓），Vr輸入到PCI-6052E的CH0通道，VR輸入到PCI-6052E的CH1通道，通過公式計算可得TSG的阻值。低油位報警阻值的測量方法與此相同。 4 運動控制測量系統 TSG浮子桿上下運動和高度測量系統由SMC公司執行器LJ1H2022NF-400K-R2、控制器LC1-1B1VH2-L5和 Balluff公司微脈沖位移傳感器（包括定位磁鐵塊BTL5-N-2814-1S、傳感器的本體BTL5-A11-M400-P-S32和L型連接插頭 BKS-S33M-05）組成，如圖5所示。 將開發的運動控制程序輸入到SMC控制器后，由測控軟件通過PCI-6527控制SMC控制器選擇不同的產品運動程序，SMC控制器通過控 制交流伺服電機來驅動滾珠絲桿以100mm/s的速度帶動浮子桿上下運動，同時執行器將滾珠絲桿的位置信息反饋回SMC控制器，實現浮子桿運動的閉環控制。而實際的運動高度值則經過微脈沖位移傳感器測量后處理為0～10Vdc的電壓信號輸入到PCI-6052E的CH3通道。 利用LabVIEW進行應用軟件開發 1 軟件功能模塊 LabVIEW軟件是一個圖形化的開發環境，帶有大量的內置功能，能夠完成系統仿真、數據采集、儀器控制、測量分析和數據顯示等任務，避免了傳統開發環境的復雜編程工作。此次開發的軟件是在WIN2000平臺上利用LabVIEW無縫開發的一套基于虛擬儀器的TSG動態性能測試的測控軟件，其軟件功能模塊如圖6所示。 2 TSG動態性能測試分析 列舉出四種TSG（共40多種）在滾珠絲桿以100mm/s的速度在大致6s的時間內抬升浮子桿過程中關鍵測量點的要求，另外部分產品 還需測量低油位報警點的阻值。從中可知TSG高度范圍是-30～330mm，阻值范圍是2～320Ω。這樣在以高度為橫坐標，阻值為縱坐標構成的坐標系中，由高度與阻值組成的判斷窗口至少有7個，而且在控制高度點±1mm內必須有采樣數據。為保證可靠地數據采集，經過測量系統分析，發現浮子桿的運動高度至多每間隔0.15mm就必須要保證同時有高度值和阻值輸入到PCI-6052E，考慮應用程序是個復雜的、完成諸多功能的測控程序，設定PCI-6052E的數據采樣率≥4000Hz。 3 軟件結構總體設計 TSG動態性能測試設備測控軟件的程序編寫上采取順序結構，包括兩個獨立的、可并行運行的任務：EKP性能測試St8.1和TSG動態性能 測試St8.2。在開機執行由Case編寫的初始化程序后，設備自動選擇009產品，程序進入操作狀態。通過下拉菜單選擇設備校驗、校驗調整、型號設置、型號選擇和手動操作等功能，完成設備設置與調整。按下人機界面上的自動按鈕后，設備進入自動狀態。 4 數據采集與曲線處理 當測控軟件執行到數據采集時，PCI-6052E進行5個通道（2個TSG、2個低液位、1個高度）連續差分數據采集，同時進行阻值的計算，直到浮子桿運動結束。 一方面，測控軟件將實時采集TSG阻值構成的縱坐標和高度值構成的橫坐標打包成Cluster后輸入到X-Y Chart Buffer子VI，該子VI與由TSG關鍵測量點構成的控制限框子VI一起經過Build Cluster Array處理后輸出到Multiplot X-Y Graph子VI，最終畫出TSG實時測量曲線。圖7為TSG動態性能實時測量曲線。實時曲線用于觀察TSG動態性能測試過程中曲線趨勢，比較粗略。低液位報警實時曲線的處理與此類似。 另一方面，測控軟件將整個采集過程中的TSG阻值數據、高度值數據和低液位報警數據分別用一維數組存儲起來，在浮子桿運動結束后進行數據后臺的組合、排序、篩選和結果判斷，同時畫出最終詳盡的TSG動態性能測量曲線。 結束語 這一設備投入運行后，生產節拍從原來的90s提高到現在的30s，產量提高了近3倍。TSG動態性能測試的過程完全模擬油箱中TSG的真實狀態，設備達到BOSCH相關廠的性能要求，其性能穩定、用戶界面友好、操作簡便及可靠性贏得了好評。