CN109632683B - 一种风洞实验同步自动化采样测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风洞实验同步自动化采样测量系统，所述系统包括：储气控制机柜系统、气体分析系统和数据采集控制系统；所述储气控制机柜系统包括：储气缸、电磁阀、真空泵和采样流量计；所述气体分析系统包括：气体分析仪、气体抽气泵、气路控制板和气路采样管；所述采样测量系统为N点同时采样测量系统，由M个分路系统构成，每个分路系统控制K个取样测量点，每个分路可以单独开启和关闭，其中，N＝MK，N、M、K都为正整数。本发明提供的系统出于风洞实验研究的实际需要，在保证测量精度的同时，多点的同步测量解决了多点测量数据的同时性，提高了风洞实验的精度，有效的降低了分析成本。
Description
技术领域
本发明属于风洞中浓度场测量技术领域，具体涉及一种风洞实验同步自动化采样测量系统。
背景技术
风洞实验是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟研究对象周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种箱体状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。近年来，随着人们对环境问题的持续关注，大气环境中各种污染事件例如：工业污染排放、危险化学品泄露、车辆尾气及沙尘雾霾的治理等都需要进行仔细研究，制定治理及应急措施，而风洞实验就是一种研究大气污染分布规律的有效方法。通过在风洞中释放示踪气体，研究在一定缩比模型上，示踪气体在下风向的分布，定量、直观地给出浓度分布的扩散因子和扩散参数，用于指导实际环境大气中的污染物扩散的研究及防治方法。
对于实际大气环境中污染物的扩散，用风洞实验的物理模拟方法进行模拟时，最理想的是所有采样点浓度的同时测量，给出某一时刻的示踪剂的浓度场分布，但是现在的风洞实验浓度测量一般都是单点或数个点多次测量。例如，风洞实验中常需要测量某一水平或垂直面的浓度分布，需要尽可能多的测量点的同时测量数据，多次测量由于时间上的差别导致各次测量间存在连续性及环境条件变化等问题，因此实验结果存在很大的不确定性。
风洞实验中示踪气体多点同时测量一直以来是困扰人们的难题，例如60点同时测量最直接的方法是使用60台气体分析仪进行检测，分析成本达到400万，而且需要大量的人员，难以保证实验数据的精度，实际工作中无法实现。
综上所述有必要发明一种风洞实验同步自动化采样测量系统以解决上述问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种风洞实验同步自动化采样测量系统，出于风洞实验研究的实际需要，在保证测量精度的同时，提高风洞实验数据的精度，有效的降低分析成本。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：
一种风洞实验同步自动化采样测量系统，所述系统包括：
储气控制机柜系统、气体分析系统和数据采集控制系统；所述储气控制机柜系统包括：储气缸、电磁阀、真空泵和采样流量计；所述气体分析系统包括：气体分析仪、气体抽气泵、气体过滤器、气路控制板和气路采样管；所述采样测量系统为N点同时采样测量系统，由M个分路系统构成，每个分路系统控制K个取样测量点，每个分路可以单独开启和关闭，其中，N＝MK，N、M、K都为正整数。
进一步的，所述采样测量系统包括N个气路采样管和N个储气缸。
进一步的，所述采样测量系统包括M台气体分析仪，循环K次测量。
进一步的，所述采样测量系统包括M台真空泵。
进一步的，所述电磁阀包括电磁阀A，当气路采样管采样后经过气路控制板进入各自对应的储气缸电磁阀A。
进一步的，所述电磁阀还包括电磁阀C，当采样测量系统开始测量时，每个储气缸电磁阀C打开，真空泵为各个储气缸抽真空，使之处于真空状。
进一步的，所述电磁阀还包括电磁阀B，当气体样品保留在储气缸中，等待气体平衡后打开储气缸电磁阀B，使气体进入气体分析仪进行检测。
进一步的，所述气体分析仪为一氧化碳气体分析仪。
进一步的，N＝60，M＝10，K＝6。
本发明的效果在于，本发明所述的系统出于风洞实验研究的实际需要，在保证测量精度的同时，提高风洞实验数据的精度并有效的降低了分析成本。
附图说明
图1是本发明所述系统一实施例的结构示意图；
图2是本发明所述系统一实施例的工作流程图。
图中：1-储器缸；2-电磁阀；21-电磁阀A；22-电磁阀B；23-电磁阀C；3-真空泵；5-气体分析仪；6-气体取样泵；7-过滤器；8-气路采样管；9-数据采集控制系统。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
参阅图1，图1是本发明所述系统一实施例的结构示意图。一种风洞实验同步自动化采样测量系统包括：储气控制机柜系统、气体分析系统和数据采集控制系统9。
所述储气控制机柜系统包括：储气缸1、电磁阀2、真空泵3和采样流量计(图中未示出)。
所述气体分析系统包括：气体分析仪5、气体取样泵6、气路控制板和气路采样管8。具体的，所述气体分析仪5为一氧化碳气体分析仪，具体为GXH0-1050E分析仪。在其他实施例中还可以为其他实验室中常见的气体分析仪，在此不做限定。
GXH-1050E一氧化碳气体分析仪采用非分光红外测量法，其光学系统由光源部件、气室和检测器三部分组成；电气系统由前置放大器、主放大器、微处理控制电路、温控和供电五部份组成；气路系统由稳压阀、过滤器、抽气泵等部分组成。工作原理为：光源部件将连续的红外辐射调制成6.25Hz的断续辐射，再交替地通过气室的分析边和参比边(单管隔半气室，参比边密封着不吸收红外线的高纯氮气)，最后被检测器(该仪器采用的检测器是胆酸锂热释电检测器)吸收。当分析室通入高纯氮气时，则检测器交替接收的参比边和分析边红外辐射能量相等，仪器的输出信号为零；当分析室通入待测气体时，检测器所接收的参比信号不变，而分析信号由于分析室中待测气体的吸收而发生变化，于是便产生一个与待测气体浓度成比例的输出信号。该微小的电信号通过前置放大、主放大、选频、相敏检波和滤波等多个环节变成与待测气体浓度成比例的直流电信号。气体分析系统的结构主要由数据采集控制系统9进行控制。
所述数据采集控制系统9包括：数据采集器、工控机和采集控制系统软件。
所述采样测量系统为N点同时采样测量系统，由M个分路系统构成，每个分路系统控制K个取样测量点，每个分路可以单独开启和关闭，其中，N＝MK，N、M、K都为正整数。
通过设置多个分路系统，风洞实验同步自动化采样测量系统能够同步迅速采集多个测量点的气体，并逐一分别测量，计算机软件操控及处理，能实时分析，实时记录，可自由转换手动及自动控制。
所述采样测量系统包括N个气路采样管和N个储气罐。N的取值和实验所需采集的测量点相关，可自行设置，在此不做限制。
所述采样测量系统包括M台气体分析仪，循环K次测量。优选的，M<N。通过这样设置，当有多个测量点时，既可以实现多处测量点的检测，又减轻了同时进行气体分析的压力。
在一个具体的实施例中，真空泵3的数量可以和气路采样管8的数量相同，都为N个。但在本实施例中，为了优化系统结构，优选的，所述采样测量系统包括M台真空泵。
所述电磁阀2包括电磁阀A21，当气路采样管采样后经过气路控制板进入各自对应的储气缸电磁阀A21。所述电磁阀还包括电磁阀C23，当采样测量系统开始测量时，每个储气缸电磁阀C23打开，真空泵为各个储气缸抽真空，使之处于真空状。所述电磁阀还包括电磁阀B22，当气体样品保留在储气缸1中，等待气体平衡后打开储气缸电磁阀B22，使气体进入气体分析仪5进行检测。
所述采样测量系统还包括气体取样泵6，气体取样泵6带动气体分析仪5进行巡检。
所述采样测量系统还包括气体过滤器7。所述气体过滤器7设置于储气罐1和气体取样泵6之间。
采样测量系统中N路气体采样管8路经过气路控制板进入各自对应的储气缸电磁阀A21。当采样测量系统开始测量后，每个储气缸电磁阀C23打开，真空泵3为各个储气缸1抽真空，使之处于真空状态。然后打开电磁阀A21，将采样点的样气抽取到储气缸1中，使储气缸1充分被样气置换。置换出来的气体通过真空泵3排空到室外。当置换完毕后关闭电磁阀A21和电磁阀C23，样气保留在储气缸1中。等待气体平衡后打开储气缸B22电磁阀，气体分别进入各个GXH0-1050E分析仪中进行巡回测量，测量完毕后由软件采集控制系统9进行数据记录和计算。全程由PLC控制器自动运行，无需人工参与。
该风洞实验同步自动化采样测量系统的主要技术指标如下：
1)气体组分及浓度范围：一氧化碳：0-2000-10％(实现自动切换)
报警的设定范围：10％—90％F.S(根据用户需要。)
2)整套系统同步测量反映时间：小于20min(可设定)
3)分析主机仪器的性能指标
重复性误差：≤±1％F.S
线性误差：≤±2％F.S
零点漂移：≤±1％F.S
终点漂移：≤±1％F.S
灵敏度变化：≤±1％F.S
各种输出的开关量信号容量：220V/5A
环境温度对仪器的影响：从5℃—40℃变化，应小于1％
响应时间：≤30s(根据取样管线的长短及粗细不同变化。)
样品气分析流量：0.5L/min
4)系统性能指标
系统可靠性：大于10年
外部输出信号：RS485
外部电源：AC220V 50HZ
系统总功率3200W
5)系统软件性能指标
控制60路气体同步采样，在同一时间内采集所有分管路气体。
控制气体分析主机依次测量60路气体。
驱动plc控制及采集各个分析后的信号。
显示各个分析管路中的气体浓度。
分析各个采集后的浓度信号。
分别记录各个分析编号的气体浓度值。
生成报表，并打印传输。
控制各个控制阀的开启/关闭。
可设定自动巡检或手动巡检。
在一个具体的实施例中，以N＝60，M＝10，K＝6为例，进行具体说明。系统设计共60个采样点，保证了一般实验浓度场的测量需求，可根据实际需要设定采样点间隔。60个点的同时采集，保证了浓度场的同时性，不存在数据及环境条件连续性的问题。
风洞实验同步自动化采样测量系统为60点同时采样控制系统，由10个分路控制系统构成，每个分路控制系统控制6个取样测量点，每个分路并由一台气体分析仪5进行循环测量，同步自动化采样并连续依次分析检测。整个系统能能够同步迅速采集60个测量点的气体，并逐一分别测量、计算机软件操控及处理。
数据采集控制系统9通过采集控制系统软件控制同时驱动10台真空泵3对60个储气罐进行抽真空。真空结束后，60路待测气体进入待测储气缸1中，在气体取样泵6的带动下，由10台气体分析仪5进行巡检，每台气体分析仪5负责巡检6个储气罐1。巡检结束后，采集控制系统软件同时记录60路气体浓度值，生成EXCEL表格。该风洞实验同步自动化采样测量系统分为10个分路取样测量控制，每个分路通过程序可以单独开启和关闭，在6-60个取样点中可以组合测量。
参阅图2，图2是本发明所述系统一实施例的工作流程图。
开始测量。真空泵3启动，储气缸电磁阀C23打开，进入抽真空状态，抽真空时间为300秒。抽真空结束，电磁阀A21打开，开始置换采样管8内残余气体，置换时间为120秒。气体置换结束，真空泵3关闭，电磁阀C23关闭，静止20秒使气体平衡。气体静止结束，电磁阀A21关闭，电磁阀B22打开，气体取样泵6工作，进入测量状态。单路测量时间为90秒，静止时间为20秒后，单路测量完毕，以此打开下一路的电磁阀B22进行测量。所有气体测量完毕，采集控制系统软件自动计算处理数据，进行数据保存、报表生成。气体分析仪5自动校准，校准时间为180秒。
区别于现有技术，本发明提供的一种风洞实验同步自动化采样测量系统，出于风洞实验研究的实际需要，在保证测量精度的同时，提高了风洞实验的精度有效的降低分析成本。通过无数的实验及论证，本发明提供的同步自动化示踪采集测量系统有效的解决了多点测量同时性的难题。该系统具有多点同步测量、全程微机操作、操作简单易懂等特点。每路测量完毕后自动记录测量数据并保存。
本领域技术人员应该明白，本发明所述的系统并不限于具体实施方式中所述的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种风洞实验同步自动化采样测量系统，其特征在于，所述系统包括：储气控制机柜系统、气体分析系统和数据采集控制系统；
所述储气控制机柜系统包括：储气缸、电磁阀、真空泵和采样流量计；
所述气体分析系统包括：气体分析仪、气体抽气泵、气体过滤器、气路控制板和气路采样管；
所述数据采集控制系统包括：数据采集器、工控机和采集控制系统软件；
所述采样测量系统为N点同时采样测量系统，由M个分路系统构成，每个分路系统控制K个取样测量点，每个分路可以单独开启和关闭，其中，N＝MK，N、M、K都为正整数；
所述采样测量系统包括N个气路采样管和N个储气缸；
所述采样测量系统包括M台气体分析仪，循环K次测量，
其中，所述电磁阀包括电磁阀A，当气路采样管采样后经过气路控制板进入各自对应的储气缸电磁阀A；
所述电磁阀还包括电磁阀C，当采样测量系统开始测量时，每个储气缸电磁阀C打开，真空泵为各个储气缸抽真空，使之处于真空状；
所述电磁阀还包括电磁阀B，当气体样品保留在储气缸中，等待气体平衡后打开储气缸电磁阀B，使气体进入气体分析仪进行检测。
2.根据权利要求1所述一种风洞实验同步自动化采样测量系统，其特征在于，所述采样测量系统包括M台真空泵。
3.根据权利要求1所述一种风洞实验同步自动化采样测量系统，其特征在于，所述气体分析仪为一氧化碳气体分析仪。
4.根据权利要求1-3任一所述一种风洞实验同步自动化采样测量系统，其特征在于，N＝60，M＝10，K＝6。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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