设计与研究ＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈ关于准确检测水泵性能参数的研究Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｏｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｆｏｒｐｕｍｐｔｅｓｔ胡锦美（闽江学院计算祝科学系））摘要：本文论述采用数字滤波法与整体曲线拟合法实现对水泵试验数据处理的原理，利用计算机辅助测试系统，以一组实际测量的试验数据进行数据处理，并按最小二乘原理、整体拟台曲线法来绘制水泵的・眭能曲线，得到较为准确水泵的性能参数。关键词：整体曲线拟合法，数据处理．・眭能曲线中图分类号：ＴＨ３１Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｂａｓｅｄｅｒｅａｏｎｄｉｇｉｔａｌｆｉｌｔｅｄｎｇａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｕｒｖｉｎｇｄｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｍａｋｅｕｓｅｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒａｉｄｅｄｔｅｓｔｉｎｇｓｙｔｅｍ。ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｕｒｖｅｆｏｒｐｕｍｐｉｓａｌｓｏｐｒｅｓｅｎｔｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗａｙｓｏｆｕｓｉｎｇｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌＣａｌｌｔｅｓｔｉｎｇｄａｔａ．ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｅｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｐｕｍｐｂｅｏｂｔａｉｎｅｄ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｕｒｖｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｕｒｖｅ１引言现场水泵试验的采样数据不可避免会带有一定的误差，如传感器的非线性误差、温度误差、零点漂移误差、系统误差和随机误差等。带有误差的数据，若采用人工读取数据条件下，一般不能很快识别，甚至不能发现。即使人工能够预测误差的数据，分析和处理也较困难。本文利用计算机辅助测试系统，采用数字滤波法、整体曲线拟合法和数值计算等方法，实现对复杂的测量数据进行快速计算处理，找出或发现误差的某些规律，予以及时处理，最终减少误差甚至消除误差。测试精度、测试稳定性和可靠性。在滤波程序编制中，可＿以采用中值滤波法。所谓中值滤波法，就是对某一性能参数值连续采样１１次，然后把ｎ次采样值从大到小或者从小到大，按递增或递减顺序排列，最后取中问一段的平均值作为这一性能参数的采样值。即１Ⅳｙ＝专三ｘｍ的Ｎ次算数平均值；式（１）式中Ｙ—ｎ个采样值在剔除两端数值后剩余Ⅳ一ｎ个采样值在剔除两端数值后剩下的采样值个数。ｘ。一排序后的第ｉ次采样值；一般来说，中值滤波法对于去掉偶然因素引起的采样值波动或采样不稳定产生的偶然误差比较有效，在剔除两端可能有较大误差值后，再求剩余的Ｎ个测量值的平均值，使得数据处理中又包含了算数平均值滤波．而算数平均值滤波就是要寻求一个Ｙ使该值与各采样值之间的误差平方和ｎ２处理试验数据的原理２，１数字滤波法在水泵测试试验过程中，为了消除由于被测对象的环境比较恶劣，干扰因素比较多，如车间各种噪音、振动、及电磁波等因素对测试结果可能产生的影响，除在硬件中采用了一些抗干扰技术外，我们还可以对各变送器输出的信号进行低通滤波；在水泵试验装置数据采集部分的软件设计中，以期通过数字滤波程序来提高试验泵性能参数的Ⅳ为最小，即Ｓ＝Ｍ／ｎ［三ｅｉ。）］＝Ｍｉｎ｛三［１，一工；：）］｝式（２）ＷＯＯＤｗＯＲＫＩＮＧＭＡＣＨＩＮＥＲＹ万方数据 由一元函数求极值原理，不难由上式推出式（１）成立。２２整体曲线拟合法整体曲线拟合的基本思想就是指在整个测量范围内，如何利用实际实验测量结果对函数进行曲线逼近。由于最小二乘拟合法给出的参数估计具有优良的性质，而且处理方法简单易行，具有广泛的适用性，所以在水泵试验装置数据处理部分的软件设计中，采用二次多项式逼近函数（抛物线方程）可以达到更理想的数据。如果某一函数ｆ（Ｘ）在若干点Ｘ．（ｉ＝０，１，２，…，ｍ）处的值为Ｙ．（ｉ＝０，１，２，…，ｍ）己经求得，便可根据插值原理建立一个不高于ｎ次的插值多项式Ｐ。（ｘ）作为函数ｆ（ｘ）的近似表达式。但是，如果函数ｆ（ｘ）的解析表达式未知，而ｘ，各点对应的函数值Ｙ．可以通过实验得到，情况就有所不同。因为函数总带有不同程度的误差，它们具有随即误差的性质，这就需要我们在计算过程中设法消除由于误差干扰所造成的影响。最小二乘拟合法就是根据实验数据找到一个ｎ次多项式Ｐ。（Ｘ）使其较好地逼近Ｙ，以求尽可能减小误差，一般多项式的次数要尽可能小（远低于ｎ）。对于函数的逼近程度，常用的一种方法即方差，也就是各点偏差的平方和ｓ。＝∑［Ｐ。（Ｘ．）一Ｅ］２式（３）而最小二乘问题，即是指找出一待定的函数Ｐ。（Ｘ）使得式（３）达到极小。设：Ｐ。（ｘ）＝Ⅱｏ＋ｎｌｚ＋＾＋ｏ。ｘ“＝王吩一式（４）则一＝。２善ｏＥｅ。（ｘ．）一Ｉ］２＝。磊［，Ｘｏａ／，一１］２为使口极小，有当＝ｏ（女＝ｏ，１，２，＾，ｎ）ｏａｋ老＝２“＝０２限”Ｘｉｔ］掣一∑ｈ［Ｐ。（≈）一ｌＷ＝２２＿ｏＥ，毛州”一蹦］＝２｜磊吁。列”一。邑蹦］（％＝Ｏ，１，２，＾，ｎ）式（５）木工机床２００７Ｎｏ．２万 方数据ＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈ设计与研究由式（５）得到线性方程组（正规方程组）砉ｎＪ。弘”＝；笺一ｘ：式（６）计算方程的系数Ｓ、ｔ：ｓｔ＋＾＝∑《”Ｊ＝０，１，２，＾，ｎｍ“＝２：ｘ，＾＝，，，＾，ｎｒ０ｏ１）２７（式用高斯消元法求解式（６），得ａｊ，ｊ＝一０，１，２，…，ｎ。将ａ，代入式（４），计算出各点函数值。通过把测量数据作最小二乘法处理，获得一条最佳一致的函数曲线，保证各测量数据的偏差平方和最小，不仅如此，我们还可以利用这条曲线方程来计算测量数据的残余误差，最后用式求出水泵某一参数测量数据的精度估汁量１３＂如扬程、水泵转速、效率及水泵汽蚀余量的估计量，并以这一估计量ａ作为评判测量数据的可信赖程度。僻式（８）式中ｔ为正规方程组中方程的个数；［］为高斯求和符号，［ｖｖ］＝ｖ，２＋ｖ：２＋…＋２Ｖｉ（ｉ＝０，１，２，…，１３）为测量数据的残余误下面是针对出厂编号为１０１、试验编号为表１性能试验数据试验点流量读数进１３压力出口压力转速功率叭１．２４６—３．０３３．３８２６５８Ｏ．５４０２１．１４５—２．７１６３９２６５００５４１０３１．０５—２．４３８．３５２６５５０．５４０４０．９６６—２．１５ＩＯ．０３２６６００．５３４０５０．８７—１．９１２２６６８０．５２５０６Ｏ．７２—１．６１１３．４２２６８３０．５０７Ｏ６２５—１．４９１４５２２７０００．４８３０８０．５０１—１．３２１５．５５２７１８０．４７０９０．３５４—１．１４１６．７５２７３５Ｏ．“７１００—０．６５１９．３８２７８ｌ０，３９３Ｖｎ；差。３处理实际测量数据与绘制水泵性能曲线０１１１０、产品型号为ｓｃｍ一２２的电泵从现场采集到的１０组原始试验数据，利用计算机辅助测试系统，采用上述数字滤波法、整体曲线拟合法和数值计算方法，得到减少误差数据试验报告及性能曲线图。设ｉ十与研究ＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈ在测试试验前选择好试验介质、试验方法、试验形式、进出水管直径、空转试验运行时间等。然后年Ｉ用上位机与下位机测定出试验泵的主要参数、试验电机主要参数、涡轮流量计流量系数等，然后利用性能试验初始数据（如表２），再结合性能参数测试原理，可以计算出该离心泵的实际流量、扬程、轴功率（即电机输出功率）、效率等参数值。表２泵性能试验初始数据产品名称ｓｃｍ型离心泵产品型号￥ＣｌＴＩ一２２流量Ｑ１Ｌ／Ｓ试转速２８５０ｒ／ｒａｉｎ验扬程Ｈ：１５ｍ泵主效率２２％要试验介质清水参数试验方法开式试验形式性能试验水温２Ｉ℃由于试验过程中实际转速与规定转速不相符，所以还得把所测得的数据换算成以规定转速为基准的数据，具体换算公式如下：基准流量＝燃×堑蠢篷速式（９）基准扬程＝［（出口压口一进口压力）Ｘ１．０２］＋出ＶＩ高差～进１２１高差＋０．０８２６７×１０“×ｒ煎量鎏量１、流量计系数７“、ｚ×ｒｌ（出口管径）４进口管径）４×ｃ臻擎，２轴功率：功率读数×（譬）３式（１０）效率＝鳖丝镯产加２）式（１１）最后用验收点（额定点）为圆心的椭圆方程值（Ｈｓｐ×ＸＨ／ＡＨ）２＋（ＱｓｐＸＸＱ／△Ｑ）２是否大于１作为判断电泵的等级。其中Ｂ级Ｘｎ＝０．０２，Ｘ。＝０．０４，Ｃ级ＸＨ＝０，０４，Ｘｎ＝０．０７，△Ｈ，△Ｑ是拟合曲线偏离验收点的竖直距离、水平距离（参见ＧＢ３２１６—８９１０１流量、扬程允差）。电泵性能参数的大小，标志着电泵性能的优劣。电泵各性能参数之问的关系和变化规律，可分别用一组性能，万 方数据曲线来表示。对每一台电泵而言，当电泵转速为一定值，通过性能试验后，我们就可以绘制电泵性能曲线图。所绘制的性能曲线，都以流量Ｑ为横坐标，分别用扬程Ｈ、功率Ｐ、效率Ｅ和汽蚀余量（ＮＰＳＨ）作纵坐标，即绘出Ｑ—Ｈ，Ｑ—Ｐ，Ｑ—Ｅ，和Ｑ一（ＮＰＳＨ）曲线。图ｌ为泵性能曲线图，图中曲线是把表ｌ中的数据经公式９—１２转换成基准数据后，并按最小二乘原理、整体拟台曲线法而得。从此图来看，由于直线穿过内椭圆，椭圆方程值＝１．０３＞１，因此该泵为Ｂ级。这与设计的试验装置对该泵的Ｂ级试验结论一致。从水泵三条性能曲线可以看出：Ｑ—Ｈ曲线是一条下降曲线，即随着流量Ｑ的增大，扬程Ｈ逐渐减小。扬程相应于效率最高值的各参数，它是水泵最经济工作的一个点。在该点左右的一定范围内（即最高效率点的１０％左右），属于水泵效率较高的区段。Ｑ—Ｐ曲线是一条随流量增加而逐渐增加的曲线，当流量为零时（闸阀关闭），轴功率最小，这时的功率值主要消耗在机械损失上。因此，为便于水泵的起动，当水泵起动时，应将闸阀关闭，待起动完毕，再将闸阔逐渐打开。Ｑ—Ｅ曲线均具有从高效率点向两侧下降的变化趋势，当流量由小变大时．效率则由低到高再变低。在高效率点的两边若变化较缓，可以认为水泵的高效率区范围较广，即流量在较大范围内变化时，效率变化不大，这便于试验时流量的调节。这里不再给出Ｑ—ＮＰＳＨ曲线。一般来说，确定（ＮＰＳＨ）曲线主要是给出一个安全余量，评判水泵汽蚀性能是否达到设计要求，确定水泵使用时的安装高程。４结论本文从数字滤波法与整体曲线拟合法两个方面来阐述处理试验数据的原理，并说明了整体曲线拟合法的优越之处，同时以～组水泵试验实际测量的数据来描述处理数据的过程，并按最小二乘原理、整体拟合曲线法绘制了水泵的性能曲线，并给出了水泵的等级判定。本文所研究的内容对于在实践工作中如何采用最小二乘原理，利用计算机辅助测试系统，较准确测定水泵性能有着一定的参考价值。ＷＯＯＤＷＯＲＫＩＮＧＭＡＣＨＩＮＥＲＹＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈ设计与研究∞垤¨圬¨智ｎｉ０”¨０“Ｏｎ拍ｇｎ０ｎＯ川图１为泵性能性能曲线图参考文献电子工业出版社［４］《计算方法》易大义、沈云宝、李有法编浙江大学出版社作者：胡锦美闽江学院计算机科学系讲师邮编：３５０１０８［１］刘阳，郭修煜．基于Ｐｃ总线虚拟仪器的关键技术及发展前景．电子技术应用，１９９６（１１）［２］ＧＢ３２１６—８９．离心泵、混流泵、轴流泵和旋涡泵试验方法［３］（ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ从入门到精通》邱仲潘译（收稿日期：２００７．４．１５）ｔｅ‘ｃ＾ｅｔｅ＾ｔ吒ｅｌｅｌｅ＾ｔ＾ｃ＾目７｝ｏｔｃ气ｅｌｅ代ｅ气ｃｌｅ啃ｅ‘ｅ＾ｃ＾≈＾ｅ‘ｅ‘ｅｌｅ‘ｃ气ｃ＾ｅ＾ｅ＾ｔ＾肆气ｅ＾ｅ＾≈＾肆，啦ｑｅＧｃｔｅ＾≈啊ｏｔｅｔｅ，啦，（上接第２ｌ页）有些创新则源自生活的情趣，丹尼尔．雷高（ＤａｎｉｅｌＬａｇｏ）设计的七巧板书架（图８）则与设计融人到自己的作品中去，赋予设计灵动的生命。总之，只有认真观察生活，认真体验生活，生活才会赋予你创新的灵感与启示。参考文献师小时侯玩的一种古老游戏——七巧板有关，这种游戏是由七块几何图形的板组成，这七个图形是由一个正方的图形分割而成的，有限的七块板根据游戏者的智慧和不同的组合方式可以创造出无限多的图形来。设计师将这种游戏、这种思想运用到书架的设计中，赋予书架新的涵义，寄托了设计师儿时的情趣和快乐。技术出版社，２００２．［１］许柏鸣．办公家具精品赏析［Ｍ］．南京：江苏科学［２］胡景初、戴向东．家具设计概论［Ｍ］．北京：中国林业出版社，１９９９．［３］许柏鸣家具的功能设计［Ｊ］．家具，２０００（３）：４６——４９４结语生活是家具创新设计的源泉，生活需求是家具创新设计的原动力。现代家具设计师应该深入生活，体味生活，在生活方式发生微妙变化时，就能迅速捕捉到信息与灵感，适时研发出与潜在生活方式相适应的新家具。家具设计师还应该紧跟时代潮流，努力去观察、分析现代工作环境与生活环境，最快最好的适应科技进步、体现科技进步。另外，在家具创新实践中还要把自己对生活的爱［４］朱小杰中国当代著名设计师学术丛书一朱小杰家具设计［Ｍ］．吉林美术出版社，２００５［５］尹定邦设计学概论［Ｍ］湖南科学技术出版社，２００３［６］安胜足等家具中的人性化设计［Ｊ］．家具与室内装饰，２００５（６）：５０—５ｌ［７］欧志恒．家居设计新视角［Ｍ］．北京：中国建材工业出版社，２００２第一作者：赵永刚河北大学研究院研究生河北保定邮编：０７１０００（收稿日期：２００７２２８）木工机床２００７ＮＯ２万方数据
