CN106441797A - 冷板自动流阻测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种冷板流阻测试系统，旨在提供一种自动化程度高、测试精度高的流阻测试系统。本发明通过下述技术方案予以实现：三回路环控分液并联流路串联在双回路装联待测冷板循环回路与冷液循环回路之间，差压传感器(1)通过循环管道连通回液储存箱(19)与旁通调节阀(18)的共端接点构成冷板流阻测试循环回路；循环泵(17)通过变频控制单元(20)、旁通调节阀(18)通过旁通调节阀控制单元(21)共同电连接控制计算机(22)，控制计算机结合Labview软件设定的测量范围和测量步长通过对应硬件的控制接口和接口卡，选择设定的不同步长，自动测量流量范围内各流量点的差压数值和对应分点的阻力数值，自动输出测试对象的阻力特性曲线。

Description

冷板自动流阻测试系统

技术领域

本发明涉及电子设备热测试领域，测量液冷冷板流动阻力的测试系统。

背景技术

近年来，随着航空电子设备热耗和热流密度的持续升高，环控系统越来越多地开始采用液冷技术。电子设备模块化，实行多层布置、紧凑叠装，采用了液冷冷板两面贴装发热元器件的结构形式。液冷冷板是电子设备常用的冷却方式的重要载体，无论是穿透式液冷还是传导式液冷均需要冷板作为散热热沉。热沉流动阻力的大小直接关系到在一定泵功耗下，冷板实际的通流流量，从而直接影响冷板的散热能力。液冷冷板的研制需要设计流体通道和热扩散翅片，使流体流经各个热源的集中发热部位，且不能在热源器件下方形成流动涡漩和滞流区域。一块设计良好的冷板，应该保证其流动阻力低，而换热系数高。因此如何快速检测冷板的流动阻力特性就成为了评估冷板性能的重要手段。根据流体力学理论，流动阻力由沿程阻力损失和局部阻力损失组成。因此，有必要分离出液冷板的进出口接头和连接管道的流阻，以进一步细分出液冷板内部流阻指标。由于冷板中间区域内的高速流动集中在热源模块的分界处，流动并不均匀,热源对应的区域几乎为流动死角，静压很大；此处冷却液资源并不能产生良好的换热。其次，流动的压力损失比较大，大大超出了流阻考核指标。如果单机设备的流阻偏高，环控系统工作负载增大，耗能增加；设备本身的冷却液流量减少，热设计偏离设计工况，散热效能恶化。如果单机设备的流阻偏低，从单机本身来说，虽然有利于设备的工作可靠性,散热器内部压力不均匀性会得到改善，可减缓压力冲击和疲劳损伤问题；但单机在流阻偏低情况下，接入上级环控的分液系统后，从上级环控系统的角度来看，单个设备流阻偏低意味着：已经设计好的分液系统，无法工作在理论设计点；与之并联的其它单机设备的流量分配受到干扰；其它并联流路会产生流量偏少、散热恶化的问题。这给环控系统的有效工作带来极大的不确定性。因此，单机设备的流阻设计偏高或偏低均有较大影响，匹配性设计的命题就此产生。

随着液冷在散热冷却中的逐渐推广应用，除冷板外、热交换器、接头等的流动阻力特性已经成为非常重要的参数。对于工程遇到的液冷零部件多采用现场简易仪表测试的方法，通过临时搭建的测试回路对流动阻力进行粗略测试，然后用于指导设计或为工程提供支撑参数。随着对部件的量化指标要求越来越严格，传统做法误差大、费时费力、试验周期长、灵活性差、测试一致性差等缺点越来明显，因此亟需一种能够对以液冷冷板为代表的液冷系统部件进行测试的综合性测试装置。对该测试平台的基本要求将会是：自动化程度高、精度高、可按测量要求灵活编组、具有较强的扩展能力。

在埋管或钎焊冷板的工艺过程中，由于存在弯管、铸造焊接等复杂工艺，使得生产出的冷板内部通道可能存在瑕疵。例如弯管造成的折弯过渡，焊接造成的焊料堵塞，铸造脱模造成的通道塌陷等。这些工艺因素使得冷板可能存在流动阻力的差异性。这些差异性必须在生产结束后能够可观、可控，因此需要一种快速、准确的检测方式完成对成品冷板的检测工作。

现有技术图2所示的典型冷板流阻测量系统,采用机箱/冷板、流量计、调节阀、水箱与循环泵组成的循环测量系统，其循环泵通常是定频运行的，通过调节阀调节不同系统阻力，从而获得不同的循环流量，需要人为读取对应的差压计数值绘制流动阻力曲线。

现有的流动阻力测试系统搭建了流阻测试系统，通常由泵、阀门、流量传感器、温度及压力传感器、液冷板、模拟热源及回液储存箱等构成一个封闭的循环回路，相关专利申请主要分布在汽车零部件流动阻力测量、接头、阀门流动阻力测量。这些专利典型的如下：[1]中国专利申请公开号CN201310682012.2[P].2014-3-26.中国航空工业集团公司第六三一研究所公开了一种液冷快速接头流阻特性快速检测方法。

[2]中国专利申请公开号CN201210538993.9[P].2013-4-10.中国航空工业集团公司第六三一研究所公开了一种多路并联电子冷却管路的流量测试方法。

[3],CN201120547802.6[P].2012-10-10.中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所公开了一种应用于封闭油箱内部的管路流量测量系统:中国

[4]中国专利申请公开号CN201511007803.0[P].2016-3-23.北航温州研究院公开了一种阀门的流量流阻系数检测装置。

[5]中国专利申请公开号CN201520845324.5[P].2016-3-23.曼胡默尔滤清器(上海)有限公司公开了一种适用于低压条件的流量自动测试系统。

[6]中国专利申请公开号CN201310281098.8[P].2013-11-27.广西玉柴机器股份有限公司.气缸体流阻测量系统。

[7]中国专利申请公开号CN201410170580.9[P].2014-7-30.沈阳航天新光集团有限公司公开了流阻测量试验系统。

[8]中国专利申请公开号CN201410148381.8[P].2015-10-14.沈阳芯源微电子设备有限公司公开了一种管路一致性校验器及其使用方法。

其中专利申请1、4、6侧重于接头、阀门等流体控制元件的流阻的快速、方便测量。专利申请2侧重于消除串联在流路中的流量传感器对测量结果的影响。专利申请3侧重于在线对管路系统的流动阻力的测量，而专利5侧重于气动回路中对气体流动阻力的测试方法与自动化流程。专利申请8则专注于流动元件流动一致性测量方法。

上述专利申请多数测量采用半自动或手动测量方式，主要特点是在对象夹具、测试性、抑制某些测量仪器导致的测试误差上进行的工作。采用的手动测量方式，需要人工参与进行记录与测试流程的执行，测试中的主观因素可能影响测试结果。已有的测试装置无法直接应用在液冷冷板这样一种专门测试对象上，且液冷冷板的尺寸大小不一，管径大小不一，流量大小不一，接口大小不一；对应测试仪表的量程也必然大小不一。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术自动化程度低、装夹不同的冷板过程繁琐复杂、测试效率低的不足之处，结合已有的Labview编程的软硬件功能特点，提供一种测试速度快、自动化程度高、测试精度高、具有较强的扩展能力和通用性的液冷冷板流阻测试系统。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种冷板流阻测试系统，包括双连式的差压传感器1两端线阵排列串并快速接头组构成的双回路装联待测冷板循环回路，三组流量计、截止阀和过滤器顺次串联组成的三回路环控分液并联流路和经循环泵17并联旁通调节阀18与回液储存箱19构成的冷液循环回路，其特征在于：三回路环控分液并联流路串联在双回路装联待测冷板循环回路与冷液循环回路之间，差压传感器1通过循环管道连通回液储存箱19与旁通调节阀18的共端接点构成冷板流阻测试循环回路；循环泵17通过变频控制单元20、旁通调节阀18通过旁通调节阀控制单元21共同电连接控制计算机22，控制计算机22结合Labview软件设定的测量范围和测量步长通过对应硬件的控制接口和接口卡，选择设定的不同步长，自动测量流量范围内各流量点的差压数值和对应分点的阻力数值，自动输出测试对象的阻力特性曲线。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果

测试速度快。本发明采用直流变频调速循环泵，结合电动截止阀等主动机构，同时结合Labview软件及其对应的硬件控制接口及接口卡，对流量的连续调节和在各个步进点的流量、差压的自动测量，自动测量完成流动阻力的检测，大大提高了测试效率。为检测冷板的流动一致性提供简单直接的测试手段。

自动化程度高。本发明循环泵17通过变频控制单元20、旁通调节阀18通过旁通调节阀控制单元21共同电连接控制计算机22，控制计算机22结合Labview软件设定的测量范围和测量步长通过对应硬件的控制接口和接口卡，选择设定的不同步长，自动测量流量范围内各流量点的差压数值和对应分点的阻力数值，自动输出测试对象的阻力特性曲线，利用Labview及相应的采集卡和控制卡结合自动控制执行机构，实现冷板流阻力的自动化测量，只需将待测液冷冷板装夹在对应的自封闭快速接头上，在控制计算机上设定好测量范围及测量步长，即可自动进行对应分点的阻力数值，自动输出测试对象的阻力特性曲线，可以通过双回路装联待测冷板循环回路按测量要求灵活编组，使用Labview编写的程序，结合数据采集卡及信号输出卡，通过控制变频调速泵及电动调节阀旁通阀提供的连续可调节的液体流动，自动进行整个测试过程，得出相应的流动阻力曲线，实现在自动测量流量范围内各流量点的差压数值。测试过程的自动化程度非常高。克服了人工测量，按量程不断更换流量测量仪表，操作繁杂的问题和手动记录测量仪表数据的麻烦过程。

测试精度高。本发明采用直流变频调速实现小流量到大流量的平滑过渡，通过一个在循环泵进出口的旁通阀对流量再次调节，结合变频调速，极大的提高了流量的可调节性，进一步提高了流量测试的准确性。同时利用Labview提供编程能力及NI提供的数据采集及输出输出卡判断冷板流动阻力的一致性数据，通过一套由三个流量测试回路形成的组合流量测试单元自动化测试冷板流动阻力，选择设定不同步长测量点自动进行或人为设定后半自动进行，实现流量从小量程到大量程的精确测量。整套系统通过Labview编写操作界面，并通过基于NI的数据接口卡控制泵的输出转速、旁通调节阀开度，实现多点流动阻力自动测试，从而实现流动阻力曲线的测量。

具有较强的扩展能力和通用性。本发明根据待测试冷板的结构特点、流量大小分类，制定多个测试回路，以单回路、双回路和三回路的模式组合，采用三种规格测试连接管径的接头对不同大小的待测冷板进行连接，通过三个不同流量计的可拨接并联流路组合测试冷板，可环控分液测量从小到大比较宽泛的流阻，进而扩展了冷板测试的通用性和操作性。避免了实验过程总的粗大误差及新手测量时由于量程选择不当导致的系统测量误差，测试速度快且测试精度有保障。本发明根据一大类产品冷板的接头特点和接口特点，可以使用通径分别为3mm、5mm和8mm的三类接头，三类接头涵盖了一类航空电子设备从穿透式冷却冷板到机箱冷板的多种产品类型。通过上述测试对象的多样化简化实验过程，提高了实验仪器仪表的利用效率，解决了现有技术液冷冷板尺寸大小不一，管径大小不一，流量大小不一，接口大小不一，对应测试仪表量程大小不一的繁琐问题。

本发明可以采用组合连接夹具装联不同的液冷冷板，同时配套有不同的装管夹具，可轻易实现三类不同额定流量范围冷板的流动阻力曲线测量。适合不同系列不同冷板的测量。

附图说明

图1是本发明一种冷板自动流阻测试系统示意图。

图2是现有技术典型冷板流阻测量系统示意图。

图中：1差压传感器，2第一快速接头，3第二快速接头，4第三快速接头，5第四快速接头，6第五快速接头，7第六快速接头，8第一流量计,9第一截止阀,10第一过滤器，11第二流量计，12第二截止阀，13第二过滤器，14第三流量计，15第三截止阀，16第三过滤器，17循环泵，18旁通调节阀，19回液储存箱，20直流变频控制单元，21旁通调节阀控制单元，22控制计算机，23待测冷板。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的实施例中，一种冷板流阻测试系统，包括双连式的差压传感器1两端线阵排列串并快速接头组构成的双回路装联待测冷板循环回路，三组流量计、截止阀和过滤器顺次串联组成的三回路环控分液并联流路和经循环泵17并联旁通调节阀18与回液储存箱19构成的冷液循环回路，其中,三回路环控分液并联流路串联在双回路装联待测冷板循环回路与冷液循环回路之间，差压传感器1通过循环管道连通回液储存箱19与旁通调节阀18的共端接点构成冷板流阻测试循环回路；循环泵17通过变频控制单元20、旁通调节阀18通过旁通调节阀控制单元21共同电连接控制计算机22，控制计算机22结合Labview软件设定的测量范围和测量步长通过对应硬件的控制接口和接口卡，选择设定的不同步长，自动测量流量范围内各流量点的差压数值和对应分点的阻力数值，自动输出测试对象的阻力特性曲线。

液冷冷板流阻的测试系统包含流阻测试部分及供液部分，流阻测试部分包括：双回路装联待测冷板循环回路和三回路环控分液并联流路,其中：双回路装联待测冷板循环回路由分别线阵串联在差压传感器1两边的第一快速接头2、第二快速接头3和第三快速接头4第一接头组，第四快速接头5、第五快速接头6和第六快速接头7第二接头组，以及连接在所述第一接头组与第二接头组之间，由测试夹具装夹的待测模块组成，且两条线阵上对应串联的快速接头是不同规格，不同通径的接头。三回路环控分液并联流路由分别顺次串联三条管路上的第一流量计8、第一截止阀9和第一过滤器10；第二流量计11、第二截止阀12和第二过滤器13；第三流量计14、第三截止阀15和第三过滤器16组成，三条串联管路并联组成的环控分液回路串联在差压传感器1与循环泵17之间。

液部分由串联在差压传感器1与循环泵17之间的回液储存箱19和并联在回液储存箱19和循环泵17闭环回路上的旁通调节阀18组成。上述待测模块主要指待测冷板23。

测试时，将待测冷板23装夹在上述第一接头组与第二接头组之间对应通径的快速连接器上，打开控制计算机22，并为循环泵17供电，通过控制计算机22系统Labview编写操作界面，设定待测量的流量范围(a,b),确定在这段流量范围中需要进行测试的步长，选择设定不同步长测量点，通过基于输入NI的数据接口卡控制循环泵17的输出转速、旁通调节阀开度，控制程序解算设定数值，并确定采用流量测量回路中的三个、两个、一个或者其中两个待测冷板23的组合进行流量测量。测试部分从小量程到大量程流量，自动进行或人为设定后半自动进行多点流动阻力测试的测量。循环泵17从最小流量开始由最小功率开始运转；当待测的最小流量低于泵最小转速功率时，电动旁通调节阀18开度，节调对应流量，以满足设定的最小测试流量。直流变频控制单元通过变频调速机构对上位控制计算机22发出增加循环泵17转速的增频指令，同时调节旁通调节阀18对应流量的开度。

环控分液并联流路三条管路上串联的流量计、截止阀和过滤器形成的三回路流量测量在上升过程中，控制计算机22根据程序计划设定的步长点，适时电动关闭或打开三条管路上的截止阀9、12、16流量测量通路，按要求设定的步长点，测量对应的流量数值以及差压的数值，将不同流量点的差压数值采集数据送入控制计算机22，自动绘制出流阻曲线。

本发明所述LabVIEW软件是一种程序开发环境，由美国国家仪器(NI)公司研制开发，类似于C和BASIC开发环境，是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。

流阻测试部分由一个测试夹具工作台、差压测试系统、供液及回液管路系统、流量测量支路系统、循环动力系统组成。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，比如对某个器件的取舍,这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (10)

1.一种冷板流阻测试系统，包括双连式的差压传感器(1)两端线阵排列串并快速接头组构成的双回路装联待测冷板循环回路，三组流量计、截止阀和过滤器顺次串联组成的三回路环控分液并联流路和经循环泵(17)并联旁通调节阀(18)与回液储存箱(19)构成的冷液循环回路，其特征在于：三回路环控分液并联流路串联在双回路装联待测冷板循环回路与冷液循环回路之间，差压传感器(1)通过循环管道连通回液储存箱(19)与旁通调节阀(18)的共端接点构成冷板流阻测试循环回路；循环泵(17)通过变频控制单元(20)、旁通调节阀(18)通过旁通调节阀控制单元(21)共同电连接控制计算机(22)，控制计算机(22)结合图形化编程语言Labview软件设定的测量范围和测量步长通过对应硬件的控制接口和接口卡，选择设定的不同步长，自动测量流量范围内各流量点的差压数值和对应分点的阻力数值，自动输出测试对象的阻力特性曲线。

2.如权利要求1所述的冷板流阻测试系统，其特征在于：液冷冷板流阻测试系统包含流阻测试部分及供液部分。

3.如权利要求2所述的冷板流阻测试系统，其特征在于：流阻测试部分包括：双回路装联待测冷板循环回路和三回路环控分液并联流路。

4.如权利要求3所述的冷板流阻测试系统，其特征在于：双回路装联待测冷板循环回路由分别线阵串联在差压传感器(1)两边的第一快速接头(2)、第二快速接头(3)和第三快速接头(4)第一接头组，第四快速接头(5)、第五快速接头(6)和第六快速接头(7)第二接头组，以及连接在所述第一接头组与第二接头组之间，由测试夹具装夹的待测模块组成，且两条线阵上对应串联的快速接头是不同规格，不同通径的接头。

5.如权利要求3所述的冷板流阻测试系统，其特征在于：三回路环控分液并联流路由分别顺次串联三条管路上的第一流量计(8)、第一截止阀(9)和第一过滤器(10)；第二流量计(11)、第二截止阀(12)和第二过滤器(13)；第三流量计(14)、第三截止阀(15)和第三过滤器(16)组成，三条串联管路并联组成的环控分液回路串联在差压传感器(1)与循环泵(17)之间。

6.如权利要求2所述的冷板流阻测试系统，其特征在于：液部分由串联在差压传感器(1)与循环泵(17)之间的回液储存箱(19)和并联在回液储存箱(19)和循环泵(17)闭环回路上的旁通调节阀(18)组成。

7.如权利要求1所述的冷板流阻测试系统，其特征在于：测试时，待测冷板(23)装夹在上述第一接头组与第二接头组之间对应通径的快速连接器上，打开控制计算机(22)，并为循环泵(17)供电，通过控制计算机(22)系统Labview编写操作界面，设定待测量的流量范围,确定在这段流量范围中需要进行测试的步长，选择设定不同步长测量点，通过基于输入NI的数据接口卡控制循环泵(17)的输出转速、旁通调节阀开度，控制程序解算设定数值，并确定采用流量测量回路中的三个、两个、一个或者其中两个待测冷板(23)的组合进行流量测量。

8.如权利要求1或2所述的冷板流阻测试系统，其特征在于：测试部分从小量程到大量程流量，自动进行或人为设定后半自动进行多点流动阻力测试的测量。

9.如权利要求1所述的冷板流阻测试系统，其特征在于：循环泵(17)从最小流量开始由最小功率开始运转；当待测的最小流量低于泵最小转速功率时，电动旁通调节阀(18)开度，节调对应流量，以满足设定的最小测试流量；直流变频控制单元通过变频调速机构对上位控制计算机(22)发出增加循环泵(17)转速的增频指令，同时调节旁通调节阀(18)对应流量的开度。

10.如权利要求1所述的冷板流阻测试系统，其特征在于：环控分液并联流路三条管路上串联的流量计、截止阀和过滤器形成的三回路流量测量在上升过程中，控制计算机(22)根据程序计划设定的步长点，适时电动关闭或打开三条管路上的截止阀(9、12、16)流量测量通路，按要求设定的步长点，测量对应的流量数值以及差压的数值，将不同流量点的差压数值采集数据送入控制计算机(22)，自动绘制出流阻曲线。