[发明专利]一种基于LabVIEW的增氧机自动测试系统

权利要求书

1.一种基于LabVIEW的增氧机自动测试系统，其特征在于，包括一台用于在水体中产生溶解氧的增氧机，一台用于检测水体溶解氧的溶氧仪，溶氧仪的输出接入数据采集仪的输入，数据采集仪的输出接入计算机的输入，所述增氧机的另一个输出接入电能分析仪的输入，电能分析仪的输出接入所述计算机的另一个输入。

2.如权利要求1所述的基于LabVIEW的增氧机自动测试系统，其特征在于，所述溶氧仪采用美国YSI公司研制型号为YSI-58的溶氧仪，该型号的设备具有自动温度补偿的膜探头，附带搅拌器，设备支持电压信号输出，最大输出直流电压为1V，溶氧值变化范围在0～20mg/L之间，精度达到0.01mg/L，所述溶氧仪输出电压值的采集采用单声道接口；

数据采集仪选用GRAPHTEC公司研发的型号为GL900的多路数据采集仪，该设备支持8路通道同时采集，搭载16位A/D转换功能，数据收录最高达到100kHz高速取样，同时还配有内置RAM，最大数据点数达到100万点；

数据采集仪与计算机的连接接口支持USB接口和/或LAN网口，可根据实际情况任选，在所述系统实际运行的过程中，只需要使用前3路通道进行实时溶解氧值的采集；

所述的增氧机电能的消耗值选用型号为DZFC-1型电能分析仪来进行测试。

3.如权利要求1所述的基于LabVIEW的增氧机自动测试系统，其特征在于，所述的增氧机自动测试系统采用的是NI公司的LabVIEW平台，在进行测试前首先进行参数的设置，“基本设置一”界面中实现对于检验编号、检测日期、试验的次数选择等参数的设置；

在“基本设置二”界面中实现对于试验地点、水温、气压及试验水体积等参数的设置，此处水温直接影响氧在水中的饱和溶解值，在输入气温、气压参数的同时已经通过软件自动索引到对应的饱和溶解氧值；

在“高级设置”界面中实现对于采样率、采样间隔及采样通道输入信号类型等参数的设置；

参数设置完毕后进入“主测试界面”，等待采集系统采集的溶解氧值到达一定值的时候自动或者通过手动方式开始进行数据收录，收录的数据通过路径选择存入NI公司主推的TDMS格式的二进制文件中，方便后期的调用并查看原始数据；

当采集到的3路溶解氧平均值大于之前索引到的饱和溶解氧值80%的时候，自动停止收录；

通过调用数据处理程序进行后期的数据处理，消除由于增氧机电机的运行及水体电解物质等所引起的数据偏移的现象并通过相关标准中算法的运算，最终实现报表的输出及打印。

4.如权利要求3所述的基于LabVIEW的增氧机自动测试系统，其特征在于，当3路通道所采集到溶氧值的平均值大于或等于饱和溶解氧值80%时，采集收录停止，对原始数据进行后续的处理，分为3部分：

首先，通过建立线性回归方程的方式，删除偏离回归曲线较大的数据；

其次，当数据筛选完毕之后，依据《SC/T6009-1999增氧机增氧能力试验方法》中“增氧能力”及“动力效率”的算法进行运算处理；

最后，将3路信号通过计算平均值的方式得出水池中总体增氧速率，继续通过建立回归方程的方式最终建立回归曲线以排除无效数据，最终输出增氧机试验报告、取样点溶解氧值记录表及溶氧值与时间曲线图。

5.如权利要求4所述的基于LabVIEW的增氧机自动测试系统，其特征在于，《SC/T6009-1999增氧机增氧能力试验方法》中增氧能力的计算过程中需要结合4个参数推算而出，分别为氧质量转移系数K_La(T)、20℃水温时氧质量转移系数K_La(20)、试验用水体积V及20℃时饱和溶解氧值C_s，

氧质量转移系数K_La(T)计算公式如下：

KLa(T)=In[(Cs-c1)/(Cs-C2)]t2-t1×60---(1)]]>

式中C1、C2——t1和t2时的溶解氧值，单位mg/L；t1、t2——C1和C2的读数时间，单位min；Cs——试验用水饱和溶解氧值，单位mg/L；T——试验用水水温，单位℃，(C_s-C_t)为每一时刻的亏氧值，

亏氧值的对数与时间t存在着线性关系，而斜率K的相反数就是所要求的任意水温下的氧质量转移系数K_La(T)，

即将公式（1）转换为线性方程，方程如下：

Y_i=-K△t+Y₀；             （2）

式中Y_i=ln（C_s-C_i）；

Y_0i=ln（C_s-C₀）；

K的相反数即为氧质量转移系数K_La(T)，

根据工程数学中回归分析法，即公式（3），计算出K值和Y₀值，式中K的相反数即是氧质量转移系数K_La(T)，Y₀即是0时刻水体中的溶解氧值，线性回归方程推算公式如下：

Y0=Y‾+KT‾K=Σi=1nXiYi-nXY‾Σi=1nXi2-nX‾2---(3)]]>

式中n——单通道采集数据的个数；——时间平均值；——溶解氧的平均值，

根据回归数值和实测值之间的差值，计算出标准差σ即数据的偏离程度，标准差的计算公式如下：

σ=Σi=1n(Xi-Yi)n-1---(4)]]>

式中X_i——每一时刻所采集到溶氧值的值；Y_i——每一时刻溶氧值的回归值。

根据3σ准则，当回归数值与实测数值之差大于等于3σ时，删除对应时刻所有通道的溶解氧值，将筛选完毕的数据通过式(1)进行运算，计算出环境温度下的氧质量转移系数K_La(T)；

将环境温度下的氧质量转移系数K_La(T)转换为20℃水温时氧质量转移系数K_La(20)，

20℃水温时氧质量转移系数K_La(20)计算公式如下：

KLa(20)=KLa(T)1.024(T-20)---(5)]]>

增氧能力计算公式如下：

Q_s=K_La(20)×V×C_s×10^-3            （6）

式中V为水体体积，单位m³；C_s——对应温度下的饱和溶解氧值，

动力效率计算公式如下：

Es=QsN---(7)]]>

式中N——实测输入功率，单位kW，

增氧能力及动力效率的计算按照式（6）（7）计算。