用Origin绘制差压气路特性曲线及数据分析

　　气动测量是一种以压缩空气作为介质，利用空气在管道中的流量或压力随喷嘴与被测工件之间的间隙不同而改变的特性，将尺寸量或位移量转化为流量变化或气压变化信号，从而实现测量。对差压式气动量仪来说其差压 ΔP 与喷嘴挡板间隙是一一对应的，以 s 为自变量，以 ΔP 为函数作图就形成了差压气路特性曲线。从理论上讲，该特性曲线主要由量仪气动变换环节的几何参数和工作压力 Pc决定，并直接影响量仪的线性测量范围和测量精度。因此绘制和分析差压气路特性曲线是设计和研究差压式气动量仪的关键。通过建立气动量仪参数设计的理论模型，利用Origin 软件强大的数据分析和函数绘图功能可以方便快捷地实现差压特性曲线的参数化绘制及分析。

　　1 差压式气动测量的基本原理

　　1. 1 差压式气路系统

　　目前，气动在线检测系统中普遍采用背压式和差压式两种测量方法。单纯压力式测量有它的缺点，即对气源要求过高，否则当喷嘴与工件之间的距离改变时，气源压力一旦产生波动，工作压力就会发生变化，从而造成测量差，破坏量仪的稳定性。而采用差压式测量就可解决这一问题，并能改善量仪的性能。所以本系统中用差压式测量技术。

　　差压式气动测量气路原理图如图 1 所示。由气源1 来的压缩空气经过滤器 2、进气阀 3 和稳压器 4 后，具有恒定的压力 Pc，分为两路流动. 一路经节流孔6通过喷嘴挡板机构 8 流入大气，另一路经节流孔5 通过可调节阀7 流入大气[1]。显然测量气路由两个背压气路( 调零腔和测量腔) 组成，测量时两个背压气路处于相同的环境压力和温度下，使外界环境( 压力、温度和湿度等) 对测量的影响降到最小，测量精度高、稳定性好[4]。两腔压力之差为: ΔP = Pt- Px; ΔP = f( s) 式中: Pt为调零腔压力; Px为测量腔压力。一般可调节流阀在测量前调节好背压 Pt之后在测量过程中不变，即 Pt是个常数。而测量腔压力 Px则随测量间隙 s 的改变而变化。用硅压阻差压传感器9 检出 ΔP，作为被测信号，经放大后输出就可测得被测参数 s 的大小。

　　1. 2 差压式气路数学模型

　　如图2 所示，稳压后压力为Pc的压缩空气进入稳压气室1，经主喷嘴 2 进入测量气室3 后，由测量喷嘴4 和挡板( 被测工件表面) 之间的间隙流入大气。差压式传感器 5 测得的差压ΔP 与测量喷嘴挡板之间间隙s 的函数关系为:

　　由流体力学原理知，主喷嘴和测量喷嘴的气体流动状态有4 种工况，见表1。

　　根据流体力学知识通过某截面的亚临界状态的流量公式为[1]