淺談噴霧機的系統(tǒng)硬件設(shè)計與實驗

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1系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)工作時，藥液由液壓泵泵出，經(jīng)主管道及噴桿后由噴頭流出，通過轉(zhuǎn)換接頭流經(jīng)流量傳感器，最后由藥液收集槽收集。為便于試驗記錄，將左側(cè)噴頭從上到下標記為噴頭1～噴頭3，右側(cè)噴頭從上到下標記為噴頭4～噴頭6。轉(zhuǎn)換接頭為自行設(shè)計的快捷轉(zhuǎn)換接頭。流量傳感器輸出頻率信號，信號經(jīng)頻率轉(zhuǎn)電流模塊轉(zhuǎn)換為4～20mA電流信號，同時壓力傳感器輸出4～20mA電流信號，流量傳感器與壓力傳感器輸出的電流信號經(jīng)4～20mA信號采集模塊采集后，由RS－485總線上傳至上位機界面顯示。本系統(tǒng)可同時顯示6路流量信號及1路壓力信號。流量傳感器選用GemsF6FT—110系列TurboFlow型流量傳感器，輸出頻率范圍58～575Hz;壓力傳感器選用WLB型壓力傳感器，輸出信號為4～20mA電流信號;頻率電流轉(zhuǎn)換模塊選用ART－阿爾泰A11FV11頻率/電壓、電流信號隔離轉(zhuǎn)換模塊，輸入為0～1kHz，0～10kHz和0～100kHz頻率信號，輸出為0～5V，0～10V電壓信號和0～20mA或4～20mA電流信號。本設(shè)計根據(jù)流量傳感器輸出信號選擇輸入檔位為0～1kHz，并根據(jù)信號采集模塊選擇輸出檔位為4～20mA;4～20mA電流采集模塊選用順源ISOADA08型采集模塊，可同時采集8路電流信號，通過RS－485總線上傳至上位機界面。若噴霧機噴頭較多，系統(tǒng)可對噴頭進行分批次測量。

本轉(zhuǎn)換接頭可分為固定架、螺桿和接頭體3部分。其中，固定架用于支撐接頭，并將接頭與噴頭位置進行固定;接頭體上端采用橡膠密封墊，可將噴頭與接頭接觸部位進行密封，橡膠密封墊通孔直徑為13mm，可用于測量多類噴霧機噴頭。測量時，將橡膠密封圈與噴頭噴嘴對接，卡鉤卡至噴頭上端，且保證兩卡鉤處于同一平面內(nèi)，以保證密封性良好，旋轉(zhuǎn)螺桿使轉(zhuǎn)換接頭固定至噴頭上;藥液經(jīng)噴頭體由膠管接頭引流至流量傳感器。本轉(zhuǎn)換接頭使用方便，操作簡單，用于對單個噴頭的測量;若噴霧機噴頭數(shù)量較多，可使用多個接頭進行測量。

2上位機軟件設(shè)計

系統(tǒng)上位機控制軟件采用C#編寫，使用VisualStudio2008開發(fā)平臺開發(fā)進行開發(fā)，可以運行于Win-dowsXP及以上環(huán)境。系統(tǒng)工作時，可根據(jù)不同試驗條件在上位機界面顯示不同的測量值。因本系統(tǒng)主要測量噴頭流量值，根據(jù)擬合方程中流量與電流的關(guān)系，設(shè)定最大電流值與最小電流值所對應(yīng)流量值以及壓力值。系統(tǒng)啟動后，上位機界面實時顯示主管道壓力值以及噴頭1～6的流量值。數(shù)據(jù)采樣間隔可根據(jù)用戶要求進行設(shè)定，同時系統(tǒng)會將所采集數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中進行存儲，可供試驗后期數(shù)據(jù)分析處理。為了獲得電流與流量關(guān)系曲線，試驗時選用SCL600型噴霧機ALBUZ－ATR80型噴頭，分別設(shè)定壓力為0．3，0．7，1．1，1．5MPa，使用秒表記錄測量時間，并測量在該時間范圍內(nèi)由量筒收集的藥液體積，同時用萬用表測量輸出電流值，每個壓力值下測量3次，取平均值。

3試驗及結(jié)果分析

為測試本系統(tǒng)精度，試驗時選用SCL600型噴霧機所配置的ALBUZ－ATR80型噴頭進行試驗，記錄上位機界面所示流量值，同時用量筒測量一定時間流經(jīng)流量傳感器的藥液體積，計算其平均流量(即實際流量)，通過與試驗測量流量(即上位機所示流量)進行比較，得到系統(tǒng)精度。為了測試系統(tǒng)精度，以噴頭2為例，使用上位機軟件，以0．4MPa為間隔，在0．3～1．5MPa范圍內(nèi)記錄上位機界面所示流量值，并測量在一定時間內(nèi)量筒所收集的藥液體積。每個壓力下測量3次，取平均值。試驗數(shù)據(jù)表明，噴頭在不同壓力下流量不同，且隨著壓力的增加，流量逐漸增加;在流量為0．53～1．25L/m范圍內(nèi)，噴頭平均流量與測量流量的最大相對誤差為4．40%。為了測試系統(tǒng)精度，選擇噴頭1、噴頭3及噴頭4進行試驗，使用上位機軟件，試驗設(shè)定壓力為0．7MPa。同時，記錄上位機界面所示流量值，并測量在一定時間內(nèi)量筒收集的藥液體積，每組測量3次，取平均值，試驗數(shù)據(jù)表明:當壓力為0．7MPa時，各噴頭流量基本保持一致;當流量為0．83～0．91L/m時，噴頭平均流量與測量流量的最大相對誤差為3．88%。

4結(jié)論

本系統(tǒng)所設(shè)計的轉(zhuǎn)換接頭使用方便，密封性良好，對噴頭壽命影響較小，可便于系統(tǒng)同時對多類噴霧機噴頭流量快速測量，且系統(tǒng)操作方便，上位機界面可實時顯示各噴頭流量值，實現(xiàn)對噴霧機噴頭流量在線測量，測量精度較高。

作者：單位：西北農(nóng)林科技大學機械與電子工程學院  國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心