CN101013075B - 冷热气流式高速高低温环境试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷热气流式高速高低温环境试验机，去油去水过滤器、无热再生空气干燥器、第一调压阀、第三电磁阀、制冷热交换器和加热器通过管路顺序连接；通过管路串接的第二调压阀与第二电磁阀并联在第一调压阀输出端和第三电磁阀输出端之间；第一电磁阀连接在第二调压阀与第二电磁阀之间的节点，和制冷热交换器与加热器之间的节点上。与现有的设备相比，本发明既可以进行高低温试验，也可以进行热冲击试验，设备体积小，造价低，适用于电子、机械领域对微小零部件性能的检验。

Description

冷热气流式高速高低温环境试验机

技术领域

本发明涉及一种用于电子、机械领域对微小零部件进行高低温环境试验的试验机。

背景技术

对于电子、机械领域中微小的零部件，为了保证零部件使用的可靠性，需要做高低温试验或热冲击试验。通常采用的试验设备是高低温试验箱和热冲击试验箱。进行高低温试验时，将样品放在封闭的高低温试验箱箱内，通过电加热器加热，制冷压缩机组制冷，检验样品的性能。进行热冲击试验时，需要将样品在高温环境和低温环境来回切换，检验样品的性能。对于热冲击试验箱，目前普遍采用的有两种结构形式：一种为吊篮式，具有高温箱和低温箱两个试验箱，试验样品放在吊篮中，吊篮在高温箱和低温箱中来回移动停留。另一种是气道式冲击箱，设备有三个箱体，高温箱、低温箱与样品箱，通过气道相连，样品箱通过气道与高温箱低温箱交替相通。

如果采用现有的试验机对微小的电子、机械零部件进行高低温试验或热冲击试验，需要配置高低温试验箱和热冲击试验箱两种设备，这样既会相对占用较大的使用面积，也会增加用户的设备购置成本。对于微小的电子、机械零部件进行高低温试验或热冲击试验时，制冷制热所需功率较低。如果能采用一种试验设备既可以做高低温试验，又可以做热冲击试验，则会使设备体积缩小，造价降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种冷热气流式高速高低温环境试验机，它可以进行高低温或热冲击两种试验，设备体积小，造价低。

为解决上述技术问题，本发明的冷热气流式高速高低温环境试验机，包括通过管路顺序连接的去油去水过滤器、无热再生空气干燥器或冷冻干燥器、第一调压阀、第三电磁阀、制冷热交换器和加热器；并联在第一调压阀输出端和第三电磁阀输出端之间的通过管路串接的第二调压阀与第二电磁阀；连接在第二调压阀与第二电磁阀之间的节点，和制冷热交换器与加热器之间的节点上的第一电磁阀；

当第三电磁阀打开，第一、二电磁阀关闭时，制冷热交换器工作，所述试验机工作在制冷模式；

当第二电磁阀打开，第一、三电磁阀关闭时，制冷热交换器工作，所述试验机工作在普通加热模式；

当第一电磁阀打开，第二、三电磁阀关闭时，加热器工作，所述试验机工作在快速加热模式；

制冷热交换器和加热器的温度由控制器调节控制；

第一调压阀和第二调压阀用于调节压缩空气的压力。

由于采用本发明的冷热气流式高速高低温环境试验机，对于用户提供的压缩空气通过制冷热交换器或加热器进行加热或制冷处理，达到所需温度，然后将调制好的气体传送到样品上。这样就可使用一台试验机根据需要选择进行高低温或热冲击试验，用户只需在控制器上设定温度曲线即可。本发明可有效减少设备所占用的空间和面积，购置设备的费用也显著降低(本发明设备占地仅为原来使用两种设备的2/3，价格可节省50％)，不但减轻了用户的负担，而且使用和调节非常方便。如果使用传统试验方法，需先使用高低温试验箱，再使用热冲击试验箱，而且每个试验需单独编程。

本发明的冷热气流式高速高低温环境试验机可以使温度变化速率大于25℃/每分钟。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

附图是本发明的冷热气流式高速高低温环境试验机结构图。

具体实施方式

对于微小的电子、机械零部件进行高低温试验或热冲击试验时，制冷制热所需功率较低。可以采用先对压缩空气进行加热或制冷，达到所需的温度后，再将气体直接吹送到样品上，实现用一台试验机进行两种试验。

如图所示，本发明的冷热气流式高速高低温环境试验机包括去油去水过滤器D1、无热再生空气干燥器D2(也可以采用冷冻干燥器。无热再生空气干燥器噪音较大，易于维护；冷冻干燥器噪音较小，维护较复杂)、第一调压阀V1、第三电磁阀Y3、制冷热交换器C1和加热器H2，上述元件或设备通过管路顺序串接在一起，形成一个完整的气路。

由于本发明足将调制好温度的压缩空气气体直接吹送到试验样品上，因此无需使用密封的箱体。但是依据用户的需求，可以制作各种形状的箱体，将试验样品放置在箱内，或罩在箱内。

还包括通过管路串接的第二调压阀V2(也可以选用手动阀，这样更经济但可能气压不稳)与第二电磁阀Y2，并联连接在第一调压阀V1输出端与第三电磁阀Y3输入端的节点，和第三电磁阀Y3输出端与制冷热交换器C1输入端的节点之间。

第一电磁阀Y1通过管路连接在第二调压阀V2输出端与第二电磁阀Y2输入端之间的节点，和制冷热交换器C1输出端与加热器H2输入端之间的节点上。

加热器H2采用电加热，可以将压缩空气加热到200℃。制冷热交换器C1采用复叠制冷机组、热交换器，可以将压缩空气冷却到-75℃。

第一调压阀V1和第二调压阀V2用于调节压缩空气的压力。

用户空压机M1提供大于6bar，9升/秒气量的压缩空气。压缩空气通过压缩机经管路进入去油去水过滤器D1进行去油去水过滤处理，然后再流向无热再生空气干燥器D2，对压缩空气进行干燥(在本发明的具体实施例中选择无锡汉英机器厂生产的GWX-0.6/1型无热再生空气干燥器)。

手动调节第一调压阀V1，使压缩空气压力调整在6bar左右，手动调节第二调压阀V2，使压缩空气压力调整在2bar左右，通过电磁阀控制后，进入制冷热交换器C1或加热器H2。制冷热交换器C1或加热器H2的制冷温度或加热温度由控制器控制，由温度传感器(图中未示)检测测试样品温度，将压缩空气控制并稳定在所需温度后，再通过管路到达样品。

制冷时，第三电磁阀Y3打开，第一、二电磁阀Y1、Y2关闭，制冷热交换器C1工作，加热停止，所述试验机工作在制冷模式。

加热有两种模式可供用户选择，即普通加热和快速加热模式。

普通加热时，第二电磁阀Y2打开，第一、三电磁阀Y1、Y3关闭，制冷热交换器C1工作，所述试验机工作在普通加热模式。普通加热时制冷热交换器C1将一直制冷，依靠加热器H2加热。

快速加热时，第一电磁阀Y1打开，第二、三电磁阀Y2、Y3关闭，加热器H2工作，所述试验机工作在快速加热模式。

本发明还包括一种简易加热模式，此时第三电磁阀Y3打开，第一电磁阀Y1和第二电磁阀Y2关闭。工作在简易加热模式时制冷热交换器C1和加热器H2都工作。

简易加热对压缩空气的加热速度最慢，最稳定；普通加热对压缩空气的加热速度较慢，较稳定；快速加热对压缩空气的加热速度最快，稳定性差一些，用户可以根据需要自行选择不同的加热模式。本发明默认快速加热模式。

调节制冷热交换器C1或加热器H2对压缩空气的制冷温度或加热温度的控制器采用PID(比例积分微分)调节器。

由于气流快速运动的特点，为了使压缩空气的温度达到1度以内的控制精度，本发明采用积分附加法的控制方法实现温度的调节控制。当压缩空气温度实际值(在试验样品附近放置一温度传感器来检测压缩空气温度实际值，本发明的一具体实施例中使用热电偶)与设定值偏差超过10℃时，PID控制压缩空气的输出为100％(即压缩空气输出端的开度为100％)。当压缩空气温度实际值与设定值偏差小于10℃时，按PID运算值控制压缩空气的输出，并且附加10％～20％的积分值，优选值可以选取15％。

PID控制算法的表达式为：

P(t)＝Kp[e(t)+∫e(t)*dt/T1+TD*de(t)/dt]

其中，P(t)：调节器的输出信号；e(t)：调节器的偏差信号，它等于测量值和给定值的之差；Kp：调节器比例系数；T1调节器的积分时间；TD：调节器的微分时间。

将其离散化变换得到差分公式：

P(n)＝P(n-2)+e(n)-e(n-2)+Ki[e(n)+2e(n-1)+e(n-2)]/2+2KD[[e(n)-2e(n-1)+e(n-2)]

其中，Ki＝T/T1为积分系数，KD＝TD/T为微分系数。

上述算法用VB6.0编程实现，程序代码如下。

Private Function Pidout(ByVal Sv As Long，ByVal Pv As Long，ByValPv1As Long，ByVal Pv2As Long，ByVal chNo As Integer)

En＝Sv  -Pv

If En>10then

Pidout＝100

T＝0

Else

If En<-10then

Pidout＝-100

T＝0

Else

If En＝10or En＝-10then

If En＝10 then

1＝15

Else

T＝-15

End if

Else

PidoutP＝Kp*En

PidoutD＝Kp*Td*(Pv2-Pv)/(T*2)

Pidout I＝Kp*(T+En/Ti)

Pidout＝PidoutP+PidoutD+PidoutI

End if

End if

End if

Pv2＝Pv

T＝PidoutI

End sub

本发明也可用于对机床的高速切削刀具进行冷却。

Claims (3)

1.一种冷热气流式高速高低温环境试验机，其特征在于：包括通过管路顺序连接的去油去水过滤器、无热再生空气干燥器、第一调压阀、第三电磁阀、制冷热交换器和加热器；并联在第一调压阀输出端和第三电磁阀输出端之间的通过管路串接的第二调压阀与第二电磁阀；连接在第二调压阀与第二电磁阀之间的节点，和制冷热交换器与加热器之间的节点上的第一电磁阀；

第三电磁阀打开，第一、二电磁阀关闭，制冷热交换器工作，所述试验机工作在制冷模式；

第二电磁阀打开，第一、三电磁阀关闭，制冷热交换器工作，所述试验机工作在普通加热模式；

第一电磁阀打开，第二、三电磁阀关闭，加热器工作，所述试验机工作在快速加热模式；

所述制冷热交换器和加热器对压缩空气温度的调节由控制器调节控制。

2.根据权利要求1所述的冷热气流式高速高低温环境试验机，其特征在于：所述的控制器为PID调解器，采用积分附加法控制温度的调节；当压缩空气温度实际值与设定值偏差超过10℃时，PID控制压缩空气的输出为100％；当压缩空气温度实际值与设定值偏差小于10℃时，按PID运算值控制压缩空气的输出，并且附加10％～20％的积分值。

3.根据权利要求2所述的冷热气流式高速高低温环境试验机，其特征在于：所述积分值选取15％。

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