高速離心機動平衡系統(tǒng)上位機軟件的實現(xiàn)揭秘
高速離心機憑借其適應(yīng)性強以及速度的快,活躍在各種實驗室中,隨著市場需求,離心機廠家還在高速離心機基礎(chǔ)上衍生了,集真空、高速和冷卻于一體,可以用于大量的細(xì)胞、亞細(xì)胞器、細(xì)菌及病毒的快速分離的高速離心機,從而完成各種核酸、蛋白、細(xì)胞和納米材的分離工作,可滿足動物科學(xué)、食品科學(xué)生命科學(xué)等相關(guān)專業(yè)實驗人員的實驗需求。
高速離心機用影響系數(shù)法進(jìn)行動平衡的優(yōu)勢在于把動平衡問題最終轉(zhuǎn)化為線性方程組的求解,方法十分簡單,而且非常便于計算機數(shù)值計算。由于采用空氣軸承的離心機軸系的剛度是很高的,是準(zhǔn)剛性的,通過對軸系振動響應(yīng)的測試,高速離心機上下測試面上測微儀測得的振動響應(yīng)與上下校正面的不平衡量是線性關(guān)系,它們之間的關(guān)系系數(shù)即是所謂的影響系數(shù)。影響系數(shù)法就是通過給動平衡系統(tǒng)附加一個確定的激勵,即附加不平衡量,測量出其振動響應(yīng),根據(jù)它們之間的關(guān)系,辨識出動平衡系統(tǒng)的影響系數(shù),并根據(jù)影響系數(shù),計算出原始不平衡量。
高速離心機離心技術(shù)是根據(jù)微小顆粒在離心力場中的行為建立并發(fā)展起來的。離心機轉(zhuǎn)子能夠以穩(wěn)定的角速度作圓周運動,從而產(chǎn)生一個強大的輻射向外的離心力場,它賦予處于其中的任何物體一個離心加速度。使之受到一個向外的離心力。離心機所產(chǎn)生的離心力場 G,可由下公式計算
G=ω2r ω—轉(zhuǎn)子的角速度 r—旋轉(zhuǎn)半徑(物質(zhì)質(zhì)點所處位置與旋轉(zhuǎn)中心的距離)
高速離心機離心力場常用相對離心力RCF(Relative Centrifugal Force,RCF)來表示。相對離心力的大小用相當(dāng)于地心引力(重力加速度,g)的倍數(shù)來表示,即:
RCF=ω2r/g×g=(2πn)2r/602g×g=1.119×10-5×n2r×g N—轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,rpm/min g—重力加速度,980.6cm/s2 、沉降速度 沉降速度是指在強大的離心力作用下,單位時間內(nèi)物質(zhì)顆粒沿半徑方向運動的距離。
被分離物質(zhì)顆粒(或大分子)在離心管中與轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)時承受著沿半徑方向的直接離心力Fc作用。 Fc=Mω2r, M—被分離物質(zhì)顆粒的質(zhì)量。
高速離心機其沉降速度v為;v=6.092×10-4×D2(ρ-ρm)n2r/ηm D—顆粒直徑,cm;ρ和ρm分別為顆粒和介質(zhì)的密度,g/cm3;ηm—介質(zhì)粘度,單位帕?秒Pa?s
動平衡系統(tǒng)上位機軟件主要利用影響系數(shù)法或綜合解算法進(jìn)行不平衡量解算,最終解算出轉(zhuǎn)子不平衡量的大小和方向。軟件主要實現(xiàn)的功能包括:
高速離心機動平衡系統(tǒng)上位機軟件的實現(xiàn):
1.同主軸計算機進(jìn)行通訊,等待主軸運行到勻速狀態(tài),接收測微儀和角度數(shù)據(jù),并對數(shù)據(jù)進(jìn)行文件的記錄。
2.對從測微儀采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅立葉變換,分離出和不平衡量密切相關(guān)的一次諧波,并進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示和日志文件的記錄。
3.初始不圓度補償、頻率特性補償、初始相位補償。分別用影響系數(shù)法和綜合解算法進(jìn)行不平衡量的解算,得到不平衡量的大小和方向并進(jìn)行顯示。
4.同卸荷系統(tǒng)進(jìn)行通訊,對力傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、LED 顯示、日志文件的記錄。
高速離心機動平衡系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理、不平衡量的解算、執(zhí)行部分等組成。為了保證系統(tǒng)平衡的精度,選用高性能的電容測微儀作為振動量的測試傳感器,通過對震動信號的數(shù)據(jù)處理,分離出由產(chǎn)生不平衡振動的一次諧波分量;利用影響系數(shù)法原理對不平衡量進(jìn)行解算,最后由PLC 控制步進(jìn)電機驅(qū)動離心機調(diào)整面的平衡滑塊,完成對高速離心機的動平衡。
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