CN102507229A - 一种加温器箱式实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加温器箱式实验装置，包括测试回路、自动控制器，其中测试回路包括水回路、油回路和传感器系统；水回路由水箱、加温器、电磁阀、水箱依次连接，形成包括加温器在内的回路；油回路由油箱、节油电磁阀、加温器、油箱依次连接构成回路；其中的水回路和油回路可精确地模拟加温器的真实运行环境，即通过油回路为加温器提供油燃料，加温器对水回路中的水进行加温。通过传感器系统采集水回路中水的流量、加温器出水口温度、加温器入水口温度、加温器入水口水压、加温器出水口水压，以及油回路的加温器进油量、加温器回油量、油路压力等运行数据，即可将其输入自动控制器中结合预制的额定参数计算出加温器的运行参数。

Description

一种加温器箱式实验装置

技术领域

本发明涉及一种车辆加温器实验装置装置，特别是关于一种加温器箱式实验装置。

背景技术

车辆用加温器主要用于寒冷季节预热发动机以及为驾驶室提供暖气。加温器的核心是燃烧换热装置，燃油通过喷油嘴高压喷出形成油雾，油雾在燃烧装置中与空气均匀混合后充分燃烧释放出大量热能。燃烧装置中的热能主要通过热辐射的方式进入到换热装置中，换热装置内的换热介质通过热传导的方式快速吸收高温火焰的辐射热能，换热介质通过动力循环进入发动机系统，实现对发动机冷启动前的预热。

加温器是车辆的核心设备，在生产过程中，需要对其性能指标进行严格的检验方能出厂，目前国内外对车辆加温器制定了测试规范，如GJB2007A-2005《装甲车辆液体加温器通用规范》及加温器单项规范，生产企业需要按照其中的各项规定对加温器的性能指标进行测试。在研发过程中，通过测试加温器在不同情况下的性能指标，得到第一手试验数据，用以改进和完善加温器的性能。目前对车辆加温器测试是通过手工进行，测量过程非常复杂繁琐，测量设备结构零散，不便于工业化生产中的设备质量检验。

发明内容

本发明的目的是针对现有燃烧换热技术中的不足，提供了一种用于模拟加温器运行环境，具有立体式结构，集成化程度高的加温器箱式实验装置。

本发明的技术方案如下：

一种加温器箱式实验装置，其特征在于：它包括测试回路、自动控制器、箱体，其中所述测试回路设置在所述箱体内部，所述自动控制器设置在所述箱体外部；所述测试回路包括水回路、油回路和传感器系统；所述水回路包括水箱、节流电磁阀，水箱的出口连接加温器的入口，加温器的出口连接节流电磁阀的入口，水箱的入口连接节流电磁阀的出口；所述油回路包括油箱、节油电磁阀，所述油箱的出口连接所述节油电磁阀的入口，所述节油电磁阀的出口连接油泵的入口，所述油泵的出口连接所述油箱的入口，所述油泵的输油出口连接所述加温器的输油入口；所述测试回路在所述箱体内为立体结构，所述油箱和所述水箱固定在所述箱体的侧壁上，所述油箱的位置不低于所述加温器4米；所述水箱的位置高于所述加温器1～1.2m；

所述传感器系统采集所述水回路和油回路的运行数据；所述传感系统将采集的运行数据输入所述自动控制器中进行计算，所述自动控制器保存并输出所述加温器的性能指标，并向所述节流电磁阀、节油电磁阀、加温器和油泵输出控制信号。

所述水回路和所述油回路通过挂钉固定在所述箱体的内部。

所述运行数据包括水回路的质量流量、加温器出水口温度、加温器入水口温度、加温器入水口水压、加温器出水口水压，以及所述油回路的加温器进油量、加温器回油量、油路压力。

所述加温器的性能指标包括额定热流量、扬程、耗油量、油泵功率、热效率。

所述传感器系统包括设置在所述水回路中所述水箱和所述加温器之间的进水流量传感器、入水口温度传感器、进水压力传感器，以及设置在所述加温器和节流电磁阀之间的出水口温度传感器、出水压力传感器；和设置在所述油回路中所述油箱和节油电磁阀之间的进油流量传感器、油压传感器，以及设置在所述油泵和油箱之间的出油传感器。

所述箱体在所述进水流量传感器、入水口温度传感器、进水压力传感器、出水口温度传感器、出水压力传感器、进油流量传感器、出油流量传感器、油压传感器的对应位置分别设置观察窗。

所述自动控制器包括信号采集卡、处理器、数据库和人机接口模块，其中所述传感器系统的输出连接所述信号采集卡的输入端，所述信号采集卡的输出端连接所述处理器的输入端，所述处理器的输入端连接所述数据库的输入端，所述人机接口模块的输出端连接所述数据库的输入端；所述传感器系统采集的运行数据通过信号采集卡进行放大和滤波后，输入到处理器中，通过所述人机接口模块在所述数据库中预置加温器额定参数、性能指标的合格值；所述处理器综合所述加温器额定参数和所述运行数据，计算所述加温器的性能指标；所述性能指标保存于所述数据库中，并与所述性能指标的合格值进行对比。

所述运行数据、性能指标、性能指标和性能指标的合格值的对比结果通过所述人机接口模块显示。

所述处理器中的处理过程包括以下步骤：

1)通过所述人机接口模块输入所述额定参数和性能指标的合格值，所述额定参数包括额定扬程、额定水压、额定油压、油泵启动时间、油泵停止时间、加温器出水口设定温度；

2)调节所述水回路的节流电磁阀，直至所述出水压力传感器测量的加温器出水口水压达到所述额定水压；

3)通过所述流量传感器读取所述额定扬程所需固定压力下的质量流量，结束扬程测试；

4)调节所述节流电磁阀，使所述水回路中的水压达到所述额定水压；

5)启动所述油泵，并令其在所述油泵启动时间内空转；之后打开所述节油电磁阀，使所述油回路形成通路，并开启所述加温器；将此时所述油泵的电压及电流值存入所述数据库中；

6)当出所述水口温度传感器采集的加温器出水口温度达到所述加温器出水口设定温度后，关闭所述节油电磁阀，通过所述水箱中的温度传感器采集所述水箱的温度值，通过所述进油流量传感器采集进油流量的瞬时值、累积值，通过所述出油流量传感器采集出油流量的瞬时值、累积值，通过所述流量传感器采集所述水回路中的流量瞬时值、累积值；并将上述运行数据储存在所述数据库中；

7)令所述油泵按照所述油泵停止时间空转，之后关闭所述油泵；

8)根据所述运行数据计算加温器的额定热流量、扬程、耗油量、油泵功率、热效率，并与所述性能指标的合格值进行比较，达标的即为合格产品，不达标的即为不合格产品；将对比结果存入所述数据库。

所述步骤4)中，通过所述油压传感器监控所述油回路中的油压，如果所述油压低于额定油压，则启动油压下降报警。

本发明的技术效果如下：

本发明的一种加温器箱式实验装置包括测试回路、自动控制器、箱体，其中测试回路设置在箱体内部，自动控制器设置在箱体外部；测试回路包括水回路、油回路和传感器系统；水回路包括水箱、节流电磁阀；油回路包括油箱、节油电磁阀；测试回路在箱体内部为立体化设置，油箱和水箱固定在箱体的侧壁上，油箱的安装位置不低于加温器4米；水箱的安装位置高于加温器1～1.2m。传感器系统采集所述水回路和油回路的运行数据，并输入所述自动控制器中进行计算，所述自动控制器保存并输出所述加温器的性能指标，并向所述节流电磁阀、节油电磁阀、加温器和油泵输出控制信号。由于测试回路的各部分均设置在箱体中，且立体化设置，使得整个装置的集成化程度更高，结构合理且占空间小，在移动时可将箱体整体移动，保护了内部的零部件，使其使用寿命得到延长。

水回路和油回路可精确地模拟加温器的真实运行环境，即通过油回路为加温器提供油燃料，加温器对水回路中的水进行加温。通过传感器系统采集水回路中质量流量、加温器出水口温度、加温器入水口温度、加温器入水口水压、加温器出水口水压，以及油回路的加温器进油量、加温器回油量、油路压力等运行数据，即可将其输入自动控制器中结合预制的额定参数计算出加温器的运行参数。

本发明的系统将测试回路中的硬件和自动控制器中的软件有机地结合起来，保证测试系统具有良好的动态品质，实现测试数据的自动采集、处理和管理等功能。流程控制与运行参数计算均通过自动控制器进行，有效地解放了劳动力，提高了产品的检验效率，降低了生产成本。自动控制器还具有强大的可扩展功能，可根据需要添加传感器以及调整控制流程。自动控制器中的控制系统为闭环控制，当测试工作中出现故障，可及时地进行反馈或报警，能实现自动停机和重复点火，在测试过程中，操作者应能随时干预控制并调整参数，并具有返回与选择测试功能。

在整个过程中水回路及油回路传感器可以对水回路及油回路情况进行实时监控，及时对水回路及油回路压力过高、流量不稳定或过大、过小、温度过高、燃烧不稳定等异常情况进行报警并自动停止设备运行。

附图说明

图1是本发明的车辆加温器箱式实验装置结构示意图

图2是本发明的测试回路结构示意图

图3是水回路的压力控制回路结构示意图

图4是本发明的处理器中的处理流程示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

如图1、图2所示，本发明的加温器箱式实验装置包括测试回路1、自动控制器2、电源3、箱体4。其中测试回路1包括水回路11和油回路12，水回路11为包括加温器在内的水循环，加温器用于加热回路内的水，油回路12为加温器提供燃料油；测试回路1模拟了加温器的运行环境，通过传感器输出试验环境内加温器的各项运行数据，并将运行数据输入自动控制器2中。自动控制器2主要用于接收测试回路1输出的运行数据，并根据运行数据计算加温器的额定热流量、扬程、耗油量、油泵功率、热效率等性能指标，并与合格值进行比较，用以甄别合格产品及不合格产品，同时将运行数据、性能指标计算值以及甄别结果存入数据库中。电源3包括了24V主电源和24V副电源，24V主电源用于为加温器提供工作电源；24V副电源用于为测试回路1和自动控制器2供电。

箱体4用于将整个实验装置集成为一体，主要是使包含多个传感器、水箱和油箱的测试回路1能够在箱体4内组成立体结构。测试回路1、电源3设置在箱体4中，自动控制器2设置在箱体4之外，通过数据线与测试回路1中的各传感器连接。加温器可挂接在箱体4的外侧壁上，水回路11和油回路12分别为加温器提供水循环和油循环。

水回路11包括水箱111、入水阀门112、出水阀门113、节流电磁阀114、进水流量传感器115、入水口温度传感器116、出水口温度传感器117、进水压力传感器118、出水压力传感器119。其中水箱111、进水阀门112、加温器、出水阀门113、节流电磁阀114、水箱111，通过管路依次连接，形成工作液体的循环回路；进水流量传感器115、入水口温度传感器116、进水压力传感器118设置在进水阀门112和加温器之间的管路上，出水口温度传感器117、出水压力传感器119设置在加温器和出水阀门113之间的管路上。由进水流量传感器115、入水口温度传感器116、出水口温度传感器117、进水压力传感器118、出水压力传感器119输出的流量信号、温度信号和压力信号均输入自动控制器2中进行处理。

水箱111中内置有温度传感器和液位计，用于记录其中工作液体的温度和体积，在水回路11中工作液体为水。水箱111的安装位置需高于加温器1～1.2m。入水阀门112和出水阀门113在试验过程中为常开阀门，维护检修或试验准备时关闭。节流电磁阀114有二种控制方式，既可在手动测量过程中进行手动操控，也可在自动测量过程中由自动控制器2自动操控。进水流量传感器115用于检测水回路11的质量流量，入水口温度传感器116、出水口温度传感器117用于测试加温器入水口和出水口之间的温差，进水压力传感器118和出水压力传感器119用于测量加温器入水口水压和出水口水压，以折算加温器的额定扬程。

如图3所示，水回路11的压力控制回路由节流电磁阀114、出水压力传感器119和自动控制器2组成，在进行额定扬程流量的手动测试时，关闭节流电磁阀114的自动操控功能，由扬程折算到出水压力传感器119应达到的压力值，通过手动调整节流电磁阀114的开启大小，使出水压力传感器119达到预设值，此时进水流量传感器115采集的流量即是额定扬程的流量。在进行额定扬程流量的自动测试时，关闭节流电磁阀114的手动操控功能，由自动控制器2把设置扬程折算到加温器出水口水压应达到的预设压力值，由自动控制器2自动调节电磁节流阀的开启大小，使出水压力传感器119达到预设压力值，此时进水流量传感器115采集的流量即是额定扬程下的流量。

水回路11的热流量测量，通过进水温度传感器116测量加温器正常工作后启动时的加温器入水口水温度，通过出水温度传感器117测量加温器出水口水温度，通过进水流量传感器115测量水流量，由自动控制器2提供测量时间和水回路11中水的比热容，由此可得瞬时热流量和额定热流量。

如图2所示，在水回路11测量额定热流量的同时，在油回路12可测得燃油消耗量，即通过燃油的燃烧值计算加温器的热效率。油回路12包括油箱121、进油阀门122、出油阀门123、节油电磁阀124、进油流量传感器125、出油流量传感器126、油压传感器127和油泵128。其中，油箱121、进油阀门122、节油电磁阀124、油泵128、出油电磁阀123、油箱121，通过管路依次连接，形成工作液体的循环回路，工作液体为油；进油流量传感器125、油压传感器127设置在进油阀门122和节油电磁阀124之间的管路上，出油流量传感器126设置在出油阀门123和油箱121之间的管路上。由进油流量传感器125、出油流量传感器126、油压传感器127输出的流量信号和压力信号均输入自动控制器2中进行处理。

油箱121中设置有液位计以及入油口、出油口和注油口，其中出油口连接进油阀门122，出油口连接出油阀门123，注油口用于向油箱121中注入一定量的油。油箱121的安装位置不低于加温器4m，也即油箱121的安装位置不能过低，以保证能够顺利进行油循环。进油阀门122和出油阀门123在试验过程中为常开阀门，维护检修或试验准备时关闭。节油电磁阀124用于实现油回路12在试验中的关闭和开启，其有二种控制方式，既可在手动测量过程中进行手动操控，也可在自动测量过程中由自动控制器2自动操控。进油流量传感器125用于测量加温器进油量，出油流量传感器126用于测量加温器回油量，油压传感器127用于测量油路压力，并在油路压力下降时报警。油泵128为油回路12中的油循环提供动力。

油回路12的燃油消耗量测量，通过进油流量传感器125测量加温器的进油量，出油流量传感器126测量加温器回油量，由自动控制器2提供测量时间，由此可得额定时限内的燃油消耗量。

油回路12的油路压力报警，通过调节加温器的溢油阀，使油压传感器127测量的油路压力达到要求，自动控制器2采集并记录油路压力，在以后的工作过程中对油路压力进行动态监控，若油路压力明显下降，则自动控制器2报警。

油回路12的油路通断控制通过节油电磁阀124控制，可通过自动控制器2选择节油电磁阀124的手动操控和自动操控，实现不同控制方式的切换。

箱体4在进水流量传感器115、入水口温度传感器116、进水压力传感器118、出水口温度传感器117、出水压力传感器119、进油流量传感器125、出油流量传感器126、油压传感器127的对应位置分别设置观察窗。

自动控制器2主要用于自动测量及测量数据库存取，具体包括测量过程的自动控制、测量数据采集、测量数据的显示、测量结果的计算等。自动控制器2包括信号采集卡21、处理器22、数据库23、人机接口模块24，可放置于独立的工作间内。自动控制器2采用PC-DAQ架构与分布式控制、基于PCI总线机485总线的虚拟仪器技术。信号采集卡21将接收到的流量信号、温度信号、压力信号和液位信号等测量信号输入处理器22中进行计算，将开关控制信号输出到测试回路1中；测量信号以及计算结果均保存在数据库23中，作为历史参考数据；人机接口模块24将工作人员输入的预置数据输入处理器22中参与计算，同时处理器22向人机接口模块24输出计算结果，向工作人员显示。

系统工作时，在信号采集卡21前端采用信号调理模块将由各传感器输入的流量信号、温度信号、压力信号和液位信号进行微弱传感信号的前级放大、驱动调理成标准的4-20mA电流环，保准了测量信号由测量现场到操控间的长距离信号传输的品质，规范了测控计算机的模拟信号输入接口。信号采集卡21选用PCI-1747U多功能高精度数据采集模块，其具有64路A/D单端输入通道或32路差分输入通道，16位分辨率，采样率为250KS/s。本试验装置使用了18个差分输入通道，留有14个差分输入通道或28个单端通道用于升级备份。

处理器22在向测试回路1输出控制信号时采用分布式模拟量控制板ADAM-5024。ADAM-5024提供了4路隔离模拟量输出通道，保护隔离电压3000VDC，完成对节流电磁阀114和节油电磁阀124的控制，实现水回路11和油回路12稳压过程的自动控制。该板留有3个模拟通道用于升级备份。

如图4所示，处理器22中的处理过程包括以下步骤：

1)通过人机接口模块24在数据库23中设定额定参数和性能指标的合格值，其中额定参数包括额定扬程、额定水压、额定油压、油泵启动时间、油泵停止时间、加温器出水口设定温度等；

2)启动水回路11的压力控制回路，并调整节流电磁阀114，直至出水压力传感器119测量的加温器出水口水压达到额定水压；

3)通过进水流量传感器115读取额定扬程所需固定压力下的质量流量，结束扬程测试；固定压力是由额定扬程计算得出的，质量流量大于参考值，则被测加温器扬程合格，质量流量小于参考值，则被测加温器扬程不合格；

4)调节节流电磁阀114，使水回路11中的水压达到额定水压，由于在步骤3)中的在扬程测试过程是人为模拟水阻大的情况，因而水回路11中压力为额定扬程所需的固定压力，以考验被测加温器设备的扬程指标；

5)通过油压传感器127监控油回路12中的油压，如果油压低于额定油压，则启动油压下降报警；

6)启动油泵128，并令其在油泵启动时间内空转；之后打开节油电磁阀124，使油回路12形成通路，并开启加温器；将此时油泵128的电压及电流值存入数据库23中；

7)当出水口温度传感器117采集的加温器出水口温度达到加温器出水口设定温度后，关闭节油电磁阀124，通过水箱111中的温度传感器采集水箱111的温度值，通过进油流量传感器125采集进油流量的瞬时值、累积值，通过出油流量传感器126采集出油流量的瞬时值、累积值，通过进水流量传感器115采集水回路11中的流量瞬时值、累积值；并将上述采集的运行数据储存在数据库23中；

8)令油泵128在油泵停止时间内空转，之后关闭油泵128；

9)处理器22根据上述采集的运行数据计算加温器的额定热流量、扬程、耗油量、油泵功率、热效率，并与合格值进行比较，达标的即为合格产品，不达标的即为不合格产品；将对比结果存入数据库23。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种加温器箱式实验装置，其特征在于：它包括测试回路、自动控制器、箱体，其中所述测试回路设置在所述箱体内部，所述自动控制器设置在所述箱体外部；所述测试回路包括水回路、油回路和传感器系统；所述水回路包括水箱、节流电磁阀，水箱的出口连接加温器的入口，加温器的出口连接节流电磁阀的入口，水箱的入口连接节流电磁阀的出口；所述油回路包括油箱、节油电磁阀，所述油箱的出口连接所述节油电磁阀的入口，所述节油电磁阀的出口连接油泵的入口，所述油泵的出口连接所述油箱的入口，所述油泵的输油出口连接所述加温器的输油入口；所述测试回路在所述箱体内为立体结构，所述油箱和所述水箱固定在所述箱体的侧壁上，所述油箱的位置不低于所述加温器4米；所述水箱的位置高于所述加温器1～1.2m；

所述传感器系统采集所述水回路和油回路的运行数据；所述传感系统将采集的运行数据输入所述自动控制器中进行计算，所述自动控制器保存并输出所述加温器的性能指标，并向所述节流电磁阀、节油电磁阀、加温器和油泵输出控制信号。

2.如权利要求1所述的一种加温器箱式实验装置，其特征在于：所述水回路和所述油回路通过挂钉固定在所述箱体的内部。

3.如权利要求1所述的一种加温器箱式实验装置，其特征在于：所述运行数据包括水回路的质量流量、加温器出水口温度、加温器入水口温度、加温器入水口水压、加温器出水口水压，以及所述油回路的加温器进油量、加温器回油量、油路压力。

4.如权利要求1所述的一种加温器箱式实验装置，其特征在于：所述加温器的性能指标包括额定热流量、扬程、耗油量、油泵功率、热效率。

5.如权利要求1所述的一种加温器箱式实验装置，其特征在于：所述传感器系统包括设置在所述水回路中所述水箱和所述加温器之间的进水流量传感器、入水口温度传感器、进水压力传感器，以及设置在所述加温器和节流电磁阀之间的出水口温度传感器、出水压力传感器；和设置在所述油回路中所述油箱和节油电磁阀之间的进油流量传感器、油压传感器，以及设置在所述油泵和油箱之间的出油传感器。

6.如权利要求5所述的一种加温器箱式实验装置，其特征在于：所述箱体在所述进水流量传感器、入水口温度传感器、进水压力传感器、出水口温度传感器、出水压力传感器、进油流量传感器、出油流量传感器、油压传感器的对应位置分别设置观察窗。

7.如权利要求1～6之一所述的一种加温器箱式实验装置，其特征在于：所述自动控制器包括信号采集卡、处理器、数据库和人机接口模块，其中所述传感器系统的输出连接所述信号采集卡的输入端，所述信号采集卡的输出端连接所述处理器的输入端，所述处理器的输入端连接所述数据库的输入端，所述人机接口模块的输出端连接所述数据库的输入端；所述传感器系统采集的运行数据通过信号采集卡进行放大和滤波后，输入到处理器中，通过所述人机接口模块在所述数据库中预置加温器额定参数、性能指标的合格值；所述处理器综合所述加温器额定参数和所述运行数据，计算所述加温器的性能指标；所述性能指标保存于所述数据库中，并与所述性能指标的合格值进行对比。

8.如权利要求7所述的一种加温器箱式实验装置，其特征在于：所述运行数据、性能指标、性能指标和性能指标的合格值的对比结果通过所述人机接口模块显示。

9.如权利要求7所述的一种加温器箱式实验装置，其特征在于：所述处理器中的处理过程包括以下步骤：

1)通过所述人机接口模块输入所述额定参数和性能指标的合格值，所述额定参数包括额定扬程、额定水压、额定油压、油泵启动时间、油泵停止时间、加温器出水口设定温度；

2)调节所述水回路的节流电磁阀，直至所述出水压力传感器测量的加温器出水口水压达到所述额定水压；

3)通过所述流量传感器读取所述额定扬程所需固定压力下的质量流量，结束扬程测试；

4)调节所述节流电磁阀，使所述水回路中的水压达到所述额定水压；

5)启动所述油泵，并令其在所述油泵启动时间内空转；之后打开所述节油电磁阀，使所述油回路形成通路，并开启所述加温器；将此时所述油泵的电压及电流值存入所述数据库中；

6)当出所述水口温度传感器采集的加温器出水口温度达到所述加温器出水口设定温度后，关闭所述节油电磁阀，通过所述水箱中的温度传感器采集所述水箱的温度值，通过所述进油流量传感器采集进油流量的瞬时值、累积值，通过所述出油流量传感器采集出油流量的瞬时值、累积值，通过所述流量传感器采集所述水回路中的流量瞬时值、累积值；并将上述运行数据储存在所述数据库中；

7)令所述油泵按照所述油泵停止时间空转，之后关闭所述油泵；

8)根据所述运行数据计算加温器的额定热流量、扬程、耗油量、油泵功率、热效率，并与所述性能指标的合格值进行比较，达标的即为合格产品，不达标的即为不合格产品；将对比结果存入所述数据库。

10.如权利要求9所述的一种加温器箱式实验装置，其特征在于：所述步骤4)中，通过所述油压传感器监控所述油回路中的油压，如果所述油压低于额定油压，则启动油压下降报警。

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