CN106710395B - 一种小型化斯特林发动机教学实验测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型化斯特林发动机教学实验测试平台，包括斯特林模型机、数据收集处理及控制系统、自动控制燃料转换系统以及固定台架；数据收集处理及控制系统由单片机、传感器以及控制器组成，用以完成数据收集处理和自动控制燃料转换系统的控制；所述自动控制燃料转换系统固定在固定台架上，其受数据收集处理及控制系统的控制，用以完成燃料转换；自动控制燃料转换系统包括点火装置、转换装置、熄灭装置，转换装置固定在固定台架的底板上，点火装置、熄灭装置以及斯特林模型机分别相邻放置在圆形转台周围。本发明实现了斯特林机稳定运行数据的自动测量和燃料自动转换的功能。

Description

一种小型化斯特林发动机教学实验测试平台

技术领域

本发明涉及一种小型化斯特林发动机，特别是用于发动机方向本科生的教学所用的小型化的能够综合地完成燃料转换和数据收集显示的斯特林发动机教学实验测试平台测试系统。

背景技术

发动机实验教学是培养能源动力方向本科生运用到所学的相关知识，用实验的方法研究斯特林发动机，解决斯特林发动机相关问题的重要环节，也是引导学生能从发动机结构结构，发动机特性等多方面地掌握斯特林发动机的工作原理、特性、构造以及其相互关系的综合教学方法。发动机实验教学有利于培养学生对斯特林发动机的结构和功能特性的认识，锻炼学生的动手能力，提高学生的创新能力。

目前，已经出现了很多优秀的实验教学平台，如专利号CN201510528289.9的技术文献中提到的一种起重机教学实验平台，以及专利号CN201510830418.X技术文献中提到的一种并行多用途教学实验平台，它们在实验平台的功能设计和结构设计方面都有功能多样，内容全面等优点。但是公知的斯特林发动机实验教学平台，除了单纯的模型裸机，就是庞大的工业级斯特林机。单纯的斯特林模型机只有一套根据斯特林热力循环原理而构建的完整机械机构，需要人工布置燃料，没有数据采集装置。如专利号CN201220515492.4的技术文献中提到的一种斯特林发动机模型，是一种很好的体现斯特林发动机运行特点与原理的模型，可以完成完整的斯特林循环做功，并通过发电机转化为电能。但是如果它用于高校斯特林发动机实验教学方面，其过程简单枯燥，内容单一，无法激起学生兴趣，且难以体现斯特林发动机的运转特性，不利于学生学习。大型的工业级斯特林机，有完整的传感器设备，易于投入实际使用。但是其结构复杂体积庞大不利于学生直观地了解斯特林机的原理及运行特性。如专利号CN2014072079.0技术文献中提到的一种斯特林发动机，是一种十分实用且成熟的工业级斯特林发动机。但是如果将其用于高校斯特林发动机实验教学，其又显得结构复杂，体积过于庞大，因此难以体现出斯特林机器结构简单、燃料多样的特点，难以为学校教学实验所用。现在，斯特林发动机教学方面需要一种既足够小型化，又具有数据收集处理和自动控制功能的斯特林发动机实验教学平台。但是目前，没有一种斯特林发动机实验教学平台既体积合，适方便实验又能够拥有数据收集处理和自动控制功能。

申请人综合分析了导致上述问题发生的原因，发现主要是因为斯特林发动机实验教学平台缺少燃料自动转换的控制功能，难以体现其燃料多样的特点，内容单一，无法激起学生兴趣；以及缺少数据收集处理及控制系统，无法体现斯特林发动机过程简单枯燥的运转特性，不利于学生学习。如果能够找到一种斯特林发动机实验教学平台，既体积合适方便实验，又能够拥有数据收集处理和燃料自动转换的功能，显然有助于学生学习斯特林发动机相关知识，激起学生兴趣。

发明内容

本发明为了解决现有斯特林机的实验平台体积庞大，教学实验不便，以及没有数据收集处理和燃料自动转换的控制功能，实验不便且过程枯燥单调的缺陷，本发明提供一种小型化斯特林发动机教学实验测试平台。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种小型化斯特林发动机教学实验测试平台，包括斯特林模型机，、数据收集处理及控制系统、自动控制燃料转换系统以及固定台架；所述数据收集处理及控制系统由单片机、传感器以及控制器组成，用以完成数据收集处理和自动控制燃料转换系统的控制；所述自动控制燃料转换系统固定在固定台架上，其受数据收集处理及控制系统的控制，用以完成燃料转换；自动控制燃料转换系统包括点火装置、转换装置、熄灭装置，转换装置固定在固定台架的底板上，转换装置包括圆形转台机构，点火装置、熄灭装置以及斯特林模型机分别以圆形转台机构的圆形转台圆心为中心依次相邻放置在圆形转台周围。

进一步地，所述圆形转台机构还包括液体燃料灯、步进电机以及减速器；步进电机与减速器主动端轴连接，减速器驱动端与圆形转台通过传动轴连接，圆形转台可在步进电机驱动下逆时针转动；圆形转台上以90度为一分度，每分度开有一个凹槽，四个液体燃料灯分别放置在圆形转台的四个凹槽内；点火装置两电极、斯特林模型机热缸、熄灭装置盖帽分别以逆时针顺序布置在圆形转台三个相邻分度的圆形凹槽正上方并固定于底板上，剩余一个空分度位置。

更进一步地，所述点火装置还包括电池、由单片机控制的继电器以及变压器；电池正极通过继电器与变压器供压端正极接通，电池负极与变压器供压端负极接通；电极悬置在待点液体燃料灯芯两端。

更进一步地，所述熄灭装置还包括凸轮电机、联轴器、凸轮轴、凸轮从动件，凸轮电机主轴连接联轴器主动端，联轴器驱动段连接凸轮轴，凸轮从动件位于凸轮轴正上方且可在凸轮驱动下产生上下位移，凸轮从动件上固连盖帽。

进一步地，所述数据收集处理及控制系统的传感器包括火焰传感器、温度传感器、电流传感器、电压传感器、磁力传感器、压力传感器以及单片机；火焰传感器包括熄灭火焰传感器及点燃火焰传感器，熄灭火焰传感器用以检测点火装置执行电弧点火动作后的燃料燃烧状况，点燃火焰传感器用以检测熄灭装置执行熄灭动作后的燃料燃烧状况；温度传感器包括用以收集斯特林模型机热缸温度数据的热缸温度传感器、用以收集斯特林模型机冷缸温度数据的冷缸温度传感器、以及用以收集环境温度数据的环境温度传感器；电流传感器串联在发电机为电源的电路之中，用以收集负载电流数据；电压传感器并联在发电机电路中负载的两端收集负载电压数据；磁力传感器固定在发动机飞轮的后方，并在飞轮边缘固定有消磁块，收集飞轮转速数据；压力传感器固定在固定台架的底板上；单片机与上述各个传感器部件电连接。

更进一步地，所述数据收集处理及控制系统还包括显示屏，显示屏固定在固定台架上，与单片机电连接。

进一步地，所述固定台架还包括分别固定在底板上的斯特林模型机台体、点火装置固定架、转换装置固定架、熄灭装置架、传感器支撑架；所述斯特林模型机台体为高度可调节的水平支撑台。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种拥有数据收集处理和燃料自动转换两种功能的斯特林发动机实验教学平台，实现了斯特林机稳定运行数据的自动测量和燃料自动转换的功能，能完成有关斯特林机理论分析、稳定工况运行参数测定、实际效率计算实验。通过本试验平台的实验，促使学生将理论课所学的理论知识与实践融会贯通，为以后专业课学习、毕业设计、甚至是以后工作都奠定良好的基础。本发明不仅方便了实验者操作，还提高了安全性，使得实验更加安全有效。本发明也会提升学生学习兴趣，通过参加实验使得学生了解到斯特林发动机的特性，激发学生探索的欲望。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的轴测图；

图2是本发明的后部轴测图；

图3是本发明的转台机构轴测图；

图4是本发明的凸轮机构轴测图；

图5是本发明的点火装置轴测图。

图中：

1.斯特林模型机，2.冷缸温度传感器，3.斯特林模型机台体，4.点燃火焰传感器，5.一号传感器支撑块，6.底板，7.压力传感器，8.电池盒固定架，9.电池，10.变压器，11.变压器固定架，12.电极固定架，13.减速器，14.步进电机，15.电极，16.圆形转台，17.液体燃料灯，18.二号传感器支撑块，19.显示屏，20.熄灭火焰传感器，21.电机支撑块，22.凸轮电机，23.联轴器，24.凸轮轴，25.凸轮从动件，26.盖帽，27.从动件滑道架，28.热缸温度传感器，29.滑道架支撑块，30.单片机，31.磁力传感器，32.小磁块，33.点火位置槽，34.加热位置槽，35.熄灭位置槽，36.空分度槽，37.继电器。

具体实施方式

以下结合附图，并结合本发明所包含的控制系统，进一步说明本发明的技术方案。

本发明提供的一种小型化斯特林发动机教学实验测试平台可以实现两大功能：数据收集处理、自动控制燃料转换。

如图1至图3所示，一种小型化斯特林发动机教学实验测试平台，包括有三个系统：数据收集处理及控制系统、自动控制燃料转换系统以及固定台架。数据收集处理及控制系统由单片机、传感器以及控制器组成，用以完成数据收集处理和自动控制燃料转换系统的控制；自动控制燃料转换系统由点火装置、转换装置、熄灭装置组成，受数据收集处理及控制系统的控制，用以完成燃料转换。固定台架包括底板6、点火装置固定架、转换装置固定架、熄灭装置固定架以及斯特林发动机固定台，用以固定自动控制燃料转换系统各个装置以及斯特林模型机。

数据收集处理及控制系统包括：火焰传感器、温度传感器、电流传感器、电压传感器、磁力传感器31、小磁块32、压力传感器7、显示屏19以及单片机30。数据收集处理及控制系统是在原有的带有微型发电机的小型斯特林模型机的基础之上加装数据收集设备，收集小型斯特林模型机的运行数据。火焰传感器共有两个：其一为熄灭火焰传感器20，固定在凸轮电机22旁的二号传感器支撑块18上，熄灭火焰传感器20前端的红外收集头对准点火装置两电极中心，用以检测点火装置执行电弧点火动作后的燃料燃烧状况，并向单片机30反馈；其二为点燃火焰传感器4，固定在斯特林模型机1旁的一号传感器支撑块5上，点燃火焰传感器4前端的红外收集头对准熄灭位置上的液体燃料灯17灯芯，用以检测熄灭装置执行熄灭动作后的燃料燃烧状况，并向单片机30反馈。温度传感器共有三个：其一为热缸温度传感器28，固定在斯特林模型机1的热缸处，用以收集热缸温度数据；其二为冷缸温度传感器2，固定在斯特林模型机1的冷缸处，用以收集冷缸温度数据；其三固定在距离火焰较远的台架上，用以收集环境温度数据。电流传感器串联在发电机为电源的电路之中，用以收集负载电流数据。电压传感器并联在发电机电路中负载的两端收集负载电压数据。磁力传感器31固定在发动机飞轮的后方，并将小磁快32固定在飞轮边缘，通过磁力变化收集飞轮转速数据。压力传感器7固定在台架的底板6上，用以收集燃料灯质量数据。显示屏19固定在底板6上，将所测得的数据处理之后显示在屏幕上。单片机30固定在底板上边缘处，连接各个传感器部件，做数据处理和控制之用。

如图1至图5所示，自动控制燃料转换系统包括：点火装置、转换装置、熄灭装置。点火装置通过受控高温电弧发生装置产生高温电弧方式进行点火。转换装置通过圆形转台机构旋转实现燃料位置回转变动。熄灭装置通过以凸轮机构带动盖升降的方式盖灭火焰实现熄灭。转换装置固定在底板上的中心位置处，点火装置、熄灭装置以及斯特林模型机分别以转换装置转台圆心为中心，相距90度角相邻放置在转换装置周围。

点火装置利用受控高温电弧发生装置产生高温电弧引燃待点燃物的原理实现点火动作。如图1和图5所示，点火装置所使用的受控高温电弧发生装置包括电池9、由单片机30控制的继电器37、变压器10、电线以及电极15。电池9固定在电池固定架上，继电器37固定在底板上变压器与电池之间，变压器10固定在变压器固定座上。电极15固定在电极固定架上，正负电极分别穿过电机固定架的两个通孔，悬在待点液体燃料灯芯两端，电极端部相距5到10毫米。电池9正极通过受单片机控制的继电器37与变压器供压端正极接通，电池9负极与变压器负极接通。当需要电弧点火时，单片机给予继电器闭合信号，继电器吸合，整个高温电弧点火电路被接通，电池9提供的电压通过变压器升压，输入到电弧发生电极处，继而产生高温电弧点燃液体燃料灯17。受控高温电弧发生装置的电路为：在电池9正极，电路通过受单片机30控制的继电器37与变压器10供压端正极接通，在电池9负极与变压器10供压端负极接通。当点火装置启动，单片机30向由单片机30控制的继电器37发出高电平信号，继电器37吸合，接通整个电弧发生装置电路。此时，电池9低电压通过变压器10，转换为高压电压，在电极15的两端输出，打出高温电弧，点燃周围空气。此时在两电极15中间的液体燃料灯17会被点燃。进而完成了点燃动作。由单片机控制，继电器37吸合大约在0.2秒左右，因此高温电弧会持续0.2秒。0.2秒结束之后，单片机30会向继电器37发出低电平信号，使继电器37断开，继而使整个电弧发生装置电路被切断，两电极15之间停止产生高温电弧，一个点燃动作结束。然后，单片机30向点燃火焰传感器20发出高电平信号，使点燃火焰传感器20开始工作，检测液体燃料灯17是否被成功点燃。若液体燃料灯17没有成功点燃，点燃火焰传感器20向单片机30发出点燃失败的电信号，单片机30将会再次执行点燃动作，然后再启动点燃火焰传感器20检测液体燃料灯17是否被成功点燃，如此循环往复直到液体燃料灯17被成功点燃。若液体燃料灯17成功被点燃，点燃火焰传感器20向单片机30发出点燃成功的电信号，单片机30收到信号后将跳出循环，执行下一个机构的动作。

转换装置利用圆形转台机构的运动实现燃料位置变动的功能。如图1和图3所示，转换装置所使用的圆形转台机构包括圆形转台16、液体燃料灯17、步进电机14、减速器13以及传动轴。圆形转台16上以90度为一分度每分度开有一个凹槽，共开有四个凹槽，分别为点火位置槽33、加热位置槽34、熄灭位置槽35及空分度槽36。液体燃料灯17共有四个，用以放置四个不同种类的液体燃料。液体燃料灯17底部可以卡在圆形凹槽内，使液体燃料灯17相对圆盘位置固定。点火装置两电极15、斯特林模型机1热缸、以及熄灭装置盖帽26分别以逆时针先后顺序布置在圆形转台16三个相邻分度的圆形凹槽正上方并固定于底板上，在点火装置两电极下(点火位置)的圆形凹槽设为点火位置槽，在小型斯特林模型机热缸下(加热位置)的圆形凹槽设为加热位置槽，在熄灭装置盖帽下(熄灭位置)的圆形凹槽设为熄灭位置槽，剩余一个分度的圆形凹槽不放置任何机构，设为空分度槽。由于圆形转台16是可以转动的，因此四个位置可以依照顺序进行旋转变换。转台下表面中心开有带键槽的轴孔，传动轴的驱动端插入圆形转台16轴孔，传动轴插入减速器13驱动端，步进电机14轴插入减速器13主动端。步进电机14固定在电机支撑处，减速器13固定在减速器13支撑处，圆形转台16由已固定在减速器支撑上的减速器13加以固定。圆形转台16设计为俯视方向逆时针转动，每一个液体燃料灯17都会从点火位置依次经历加热位置、熄灭位置以及空分度位置。此为转台的一个工作循环。顺序为先从空分度，顺时针旋转到点火装置两电极下，然后再旋转到斯特林模型机热缸下，接着旋转到熄灭装置盖帽下，最后转回空分度。当单片机30收到点燃火焰传感器20点燃成功的电信号跳出循环之后，进行转换装置的控制。当点燃成功以后，单片机30向步进电机14发出脉冲信号，以启动步进电机。步进电机14输出的扭矩通过减速器13的放大以及传动轴的传动最终施加在圆形转台16上使得圆形转台16开始转动。圆形转台16转动一个分度，即90度时，单片机30停止向步进电机14发出脉冲信号，使停步进电机14止转动，并使开始时在点火位置槽33被点燃的液体燃料灯17转动至加热位置，对斯特林模型机1热缸进行加热。当加热完成时，转换装置以同样的受控方式和驱动方式将液体燃料灯17从加热位置转到熄灭位置，为熄灭动作做准备。

熄灭装置利用凸轮机构带动盖帽26覆盖火焰，使火焰缺氧而熄灭的原理完成熄灭动作。如图1和图4所示，熄灭装置使用的凸轮机构由凸轮电机22、联轴器23、凸轮轴24、凸轮从动件25、盖帽26组成，凸轮轴24上设有凸轮。凸轮电机22主轴连接联轴器23主动端，联轴器23驱动段连接凸轮轴24。凸轮从动件25位于凸轮轴24正上方可与凸轮相接触，凸轮从动件25插入从动件滑道架27的滑道中，使凸轮从动件25可在凸轮驱动下产生上下位移。凸轮从动件25采用直动平底从动件，从动件上固连有盖帽26。当开始执行熄灭动作时，凸轮电机22，通过带动凸轮轴转动带动凸轮从动件25以及其固连的盖帽26沿滑道导向向下移动。凸轮从动件以及其固连的盖帽下降后盖在火焰上将火焰盖灭，实现燃料熄灭功能。当液体燃料灯17被转换装置从加热位置转换到熄灭位置时，单片机30通过脉冲控制凸轮电机22启动。凸轮电机22的扭矩通过固联的联轴器传递给凸轮轴24使其转动。凸轮轴24转动带动凸轮从动件25在从动件滑道架27中向下移动，此时固连在凸轮从动件25上的盖帽26也随着凸轮从动件25上下移动。当液体燃料灯17到达熄灭位置后，凸轮电机22启动将凸轮从动件25与盖帽26向下移动，降在体燃料灯17的火焰上将其盖灭。

固定台架包括底板6以及分别固定在底板6上的斯特林模型机台体3、点火装置固定架、转换装置固定架、熄灭装置架、传感器支撑架。

斯特林模型机台体3是一个高度可调节的水平支撑台，利用丝杠螺母的原理实现平台升降，目的是为了方便实验者找到最佳的高度。斯特林模型机台体平面水平放置，在平台四个角打出螺纹孔，分别于丝杠配合组成螺纹副。当使丝杠顺时针转动时，平台升高；当使丝杠逆时针转动时，平台降低。

点火装置固定架包括电池盒固定架8、变压器固定架11以及电极固定架12。电极固定架12上开有两个电极孔，用以固定两个电极。电极固定架固定在底板上，两孔高度与液体燃料灯高度一致。按照电极、变压器、电池的电路连接顺序，相应变压器固定架11固定在电极固定架12的旁边，电池盒固定架8固定变压器固定架一端。

转换装置固定架包括电机支撑、减速器支撑。步进电机和减速器分别由电机支撑块和减速器支撑块抬高其高度，使电机轴线与减速器轴线处于同一个平面。

熄灭装置固定架包括电机支撑块21、从动件滑道架27、滑道架支撑块29。电机支撑块21在凸轮电机下方，目的是抬高电机使其轴线处于合适的高度。从动件滑道架程Z字型固定在凸轮一端，其下部由滑道架支撑块29做支撑，与从动件配合形成滑动副，实现从动件上下移动。滑道上开有销槽，从动件有销孔，防止从动件在滑道内旋转。

传感器支撑架由两个传感器支撑块5、18组成。一个位于凸轮电机的一侧，另一个位于斯特林模型机的一侧，两个传感器支撑块为了将两个火焰传感器位置抬高而设定。

以下介绍斯特林机参数收集过程：

参与斯特林机参数收集的传感器包括冷缸温度传感器2、热缸温度传感器28、磁力传感器31、显示屏19、压力传感器7、小磁块32、电流传感器和电压传感器。转换装置将被点火装置点燃的液体燃料灯17转至加热位置对斯特林模型机1热缸进行加热后，单片机30随即开始向冷缸温度传感器2、热缸温度传感器28、磁力传感器31以及压力传感器7输出高电平，启动各传感器进行工作。冷缸温度传感器2测量斯特林模型机1冷缸的散热温度，热缸温度传感器28测量斯特林模型机1热缸加热温度。小磁块32贴附于斯特林模型机1飞轮边缘的外廓上，为磁力传感器31提供磁场。在斯特林模型机1运行时，小磁块32随斯特林模型机1飞轮转动，每次经过磁力传感器31时会产生一个磁力脉冲，通过测量单位之间内脉冲数量，单片机30可以算出飞轮转速。压力传感器7用以测量液体燃料灯17的重量。当压力传感器7上放有液体燃料灯时液体燃料灯的压力大小会被压力传感器感知，产生模拟信号传到单片机30。单片机30通过运算将压力换算为质量。电流传感器和电压传感器分别测定斯特林模型机1所带有的小型发电机所提供的电流和电压值，电流传感器串联在发电机为电源的电路之中，用以收集负载电流数据。电压传感器并联在发电机电路中负载的两端收集负载电压数据。显示屏19用以显示各传感器所测得的各种数据。当冷缸温度传感器2、热缸温度传感器28、磁力传感器31以及压力传感器7向单片机30传递的模拟信号被单片机30转换为相应模拟值之后，单片机30将这些信息输出进显示屏19，将冷缸温度传感器2测得的冷缸温度、热缸温度传感器28测得的热缸温度、磁力传感器31测得的飞轮转速以、力传感器7所测得的质量、电流传感器和电压传感器所测得的电流电压数据以及时间显示在显示屏19上供实验者读取。

具体实验部分：当实验者开始实验时，首先应将本发明中需要外接电源的部分接通电源电路。如点火装置中需将电池9放入电池盒固定架8中，并正确连接点火装置的电路；转换装置中步进电机14、熄灭装置中凸轮电机22需要接通驱动电源；单片机30需要接通电源。当需供电部分接通电路后，实验者可将实验选用的液体燃料倒适量于液体燃料灯17中，之后再放置在压力传感器7上测量出初始燃料与空液体燃料灯的质量之和。实验者可在显示屏19上读取液体燃料灯17初始质量信息，记录下来。质量测量记录完毕后，将液体燃料灯17放置在圆形转台16的空分度槽36中，然后通过开关启动单片机30。单片机30控制着步进电机14将液体燃料灯17转到点火装置电极15下的点火位置。然后，单片机30将自动控制点火装置对液体燃料灯17执行点燃动作。当点燃成功后，单片机30自动控制转换装置将液体燃料灯17转到斯特林模型机1热缸加热点下的加热位置，对斯特林模型机1热缸进行加热。此时，冷缸温度传感器2、热缸温度传感器28、磁力传感器31均已开始收集温度、转速相关数据并将温度值、转速值显示于单片机30上。在等待显示数据较为稳定之后，读取两个温度和飞轮转速的值以及电流电压值记录下来。持续记录多组数据。记录足够实验数据之后，通过开关控制单片机30向步进电机14发出控制信号使步进电机14转动一个分度，即90度，将液体燃料灯17转至熄灭装置盖帽26下方的熄灭位置。然后单片机30控制熄灭装置凸轮电机22转动一周使盖帽26降下将液体燃料灯17火焰盖灭后回到最高位置。熄灭成功后，单片机30控制转换装置步进电机14将熄灭了的液体燃料灯17转至空分度位置。然后，将液体燃料灯17从圆形转台16上取下，将液体燃料灯17放置在压力传感器7上测出进行加热之后的燃料与空液体燃料灯的质量之和，在显示屏19上读取质量信息并记录下来。

实验数据分析：在具体实验中测得的数据有实验前液体燃料灯17质量、斯特林模型机1热缸温度、斯特林模型机1冷缸温度、飞轮转速、发电机电流电压值、实验后液体燃料灯17质量以及时间差。由实验前液体燃料灯17质量与实验后液体燃料灯17质量可以得出消耗的燃料质量，根据燃料热值进而可以得到燃料燃烧供热的热量。由斯特林模型机1热缸温度、斯特林模型机1冷缸温度可以用于研究热缸温度和冷缸温度变化的规律，也可算出此次加热的理论效率。由发电机电流电压值可和时间差可以算出斯特林模型机1的输出功率，结合燃料燃烧供热的热量可得出斯特林模型机1的实际效率。飞轮转速可以用以研究不同加热温度下飞轮转速的变化关系。

以上的具体实施方式是本发明的一个实例，并不用于限制本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本创作的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种小型化斯特林发动机教学实验测试平台，包括斯特林模型机，其特征在于，还包括数据收集处理及控制系统、自动控制燃料转换系统以及固定台架；所述自动控制燃料转换系统固定在固定台架上，其受数据收集处理及控制系统的控制，用以完成燃料转换；自动控制燃料转换系统包括点火装置、转换装置、熄灭装置，转换装置固定在固定台架的底板上，转换装置包括圆形转台机构，点火装置、熄灭装置以及斯特林模型机分别以圆形转台机构的圆形转台圆心为中心依次相邻放置在圆形转台周围；所述数据收集处理及控制系统由单片机、传感器以及控制器组成，用以完成数据收集处理和自动控制燃料转换系统的控制；所述数据收集处理及控制系统的传感器包括火焰传感器、温度传感器、电流传感器、电压传感器、磁力传感器、压力传感器；火焰传感器包括熄灭火焰传感器及点燃火焰传感器，点燃火焰传感器用以检测点火装置执行电弧点火动作后的燃料燃烧状况，熄灭火焰传感器用以检测熄灭装置执行熄灭动作后的燃料燃烧状况；温度传感器包括用以收集斯特林模型机热缸温度数据的热缸温度传感器、用以收集斯特林模型机冷缸温度数据的冷缸温度传感器、以及用以收集环境温度数据的环境温度传感器；电流传感器串联在发电机为电源的电路之中，用以收集负载电流数据；电压传感器并联在发电机电路中负载的两端收集负载电压数据；磁力传感器固定在发动机飞轮的后方，并在飞轮边缘固定有消磁块，收集飞轮转速数据；压力传感器固定在固定台架的底板上；单片机与上述各个传感器部件电连接；所述圆形转台机构还包括液体燃料灯、步进电机以及减速器；步进电机与减速器主动端轴连接，减速器驱动端与圆形转台通过传动轴连接，圆形转台可在步进电机驱动下逆时针转动；圆形转台上以90度为一分度，每分度开有一个凹槽，四个液体燃料灯分别放置在圆形转台的四个凹槽内；点火装置两电极、斯特林模型机热缸、熄灭装置盖帽分别以逆时针顺序布置在圆形转台三个相邻分度的圆形凹槽正上方并固定于底板上，剩余一个空分度位置。

2.如权利要求1所述的一种小型化斯特林发动机教学实验测试平台，其特征在于，所述点火装置还包括电池、由单片机控制的继电器以及变压器；电池正极通过继电器与变压器供压端正极接通，电池负极与变压器供压端负极接通；电极悬置在待点液体燃料灯芯两端。

3.如权利要求1所述的一种小型化斯特林发动机教学实验测试平台，其特征在于，所述熄灭装置还包括凸轮电机、联轴器、凸轮轴、凸轮从动件，凸轮电机主轴连接联轴器主动端，联轴器驱动段连接凸轮轴，凸轮从动件位于凸轮轴正上方且可在凸轮驱动下产生上下位移，凸轮从动件上固连盖帽。

4.如权利要求1所述的一种小型化斯特林发动机教学实验测试平台，其特征在于，所述数据收集处理及控制系统还包括显示屏，显示屏固定在固定台架上，与单片机电连接。

5.如权利要求1所述的一种小型化斯特林发动机教学实验测试平台，其特征在于，所述固定台架还包括分别固定在底板上的斯特林模型机台体、点火装置固定架、转换装置固定架、熄灭装置架、传感器支撑架；所述斯特林模型机台体为高度可调节的水平支撑台。

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