CN109960298A - 适用于多种设备的高低温循环性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于多种设备的高低温循环性能测试装置，包括外循环系统、内循环系统和控制系统，外循环系统和内循环系统共用一换热器，换热器中设置有制冷剂循环通道以及循环液循环通道；外循环系统包括循环液箱、三通阀以及套于待测试设备上的换热管，循环液箱的出口与换热器的循环液循环通道入口连接，循环液箱的第一入口与三通阀的第一端口连接，循环液箱的第二入口与换热管连接，三通阀的第二端口与换热器的循环液循环通道出口连接，三通阀的第三端口与换热管连接。本发明提出的适用于多种设备的高低温循环性能测试装置，其控温精准且温度稳定，可模拟真实工况，适用于多种设备的高低温测试。
Description
技术领域
本发明涉及高低温环境性能测试技术领域，尤其涉及一种适用于多种设备的高低温循环性能测试装置。
背景技术
高低温测试系统的作用是模拟出实验者所需要的设备试验温度，并对相应的电工、电子科技产品（包括各电子元器件、各种材料）在相应温度下工作、贮存、运输时的适应性、稳定性、可靠性及其他相关的特性进行测试研究，以此判断测试对象在所需性能指标下最合适的环境温度，以供相应产品的设计、开发、改进及检测之用。当下市场高低温测试系统因为其使用场景限制只有针对单种产品开发的高低温测试系统，没有适用于多种测试对象的通用型高低温测试系统。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种适用于多种设备的高低温循环性能测试装置，旨在提高控温精准度和稳定度，以模拟真实工况，并可适用于多种设备的高低温测试。
为实现上述目的，本发明提供一种适用于多种设备的高低温循环性能测试装置，包括外循环系统、内循环系统以及控制系统，其中，
所述外循环系统和内循环系统共用一换热器，换热器中设置有制冷剂循环通道以及循环液循环通道，换热器的循环液循环通道与外循环系统连通，换热器的制冷剂循环通道与内循环系统连通，内循环系统通过压缩机压缩制冷剂在管路中循环以对换热器循环液循环通道的循环液进行加热或冷却；
所述外循环系统包括循环液箱、三通阀以及套于待测试设备上的换热管，循环液箱的出口与换热器的循环液循环通道入口连接，循环液箱的第一入口与三通阀的第一端口连接，循环液箱的第二入口与套于待测试设备上换热管连接，三通阀的第二端口与换热器的循环液循环通道出口连接，三通阀的第三端口与套于待测试设备上换热管连接，三通阀的第二端口和换热器连接的管道上安装有第一温度传感器，第一温度传感器和三通阀均与控制系统电连接。
优选地，所述循环液箱内部设置有第二温度传感器以及液位传感器，套于待测试设备上换热管上安装有第三温度传感器，待测试设备上的换热管出口与循环液箱的第一入口之间的管道上安装有泄压阀，液压阀与循环液箱之间管道上安装有第四温度传感器，液压阀与待测试设备上的换热管之间管道上安装有第一压力传感器，待测试设备上的换热管与三通阀之间管道上安装有第二压力传感器，所述第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、液位传感器、泄压阀、第一压力传感器和第二压力传感器均与控制系统电连接。
优选地，所述内循环系统包括旁通电磁阀以及依次连接的气液分离器、压缩机、油液分离器、冷凝器、干燥过滤器、冷却剂储液箱、制冷电磁阀和毛细管，换热器的两端分别与气液分离器和毛细管连接形成内循环系统，旁通电磁阀的一端与油液分离器的出口连接，旁通电磁阀的另一端与毛细管和换热器之间的节点连接。
优选地，所述油液分离器的出油口通过管道与压缩机的入口连接。
优选地，所述适用于多种设备的高低温循环性能测试装置还包括由喷液电磁阀和喷液膨胀阀组成的喷液回路，喷液电磁阀的一端与冷凝器的出口连接，喷液电磁阀的另一端经喷液膨胀阀与压缩机连接以对压缩机进行冷却。
优选地，所述气液分离器和压缩机之间的管道上安装有低压表和低压保护器，压缩机的出口和油液分离器入口之间管道上安装有高压表和高压保护器，所述低压表、低压保护器、高压表以及高压保护器均与控制系统电连接。
优选地，所述喷液电磁阀和喷液膨胀阀均与控制系统电连接。
优选地，所述控制系统包括PLC控制器以及与其电连接的上位机，外循环系统和内循环系统的所有电控设备和传感器均与上位机电连接，各传感器传送数据给上位机，上位机处理数据后发送信号通过PLC控制器控制电控设备以驱动内、外循环系统的循环液流动和流向。
优选地，所述适用于多种设备的高低温循环性能测试装置还包括与PLC控制器电连接的安全预警系统、人机交互系统以及监控系统。
优选地，所述套于待测试设备上的换热管与三通阀之间管道上安装有流量计和过滤器，三通阀与换热器之间的管道上安装有循环泵。
本发明提出的适用于多种设备的高低温循环性能测试装置，具有以下有益效果：
1、采用压缩机加热制冷切换、热气旁通和喷液冷却的控制方式，可实现快速降低外循环水箱供水温度，并同时确保电机热量迅速得到控制，温控范围可达-30℃~150℃。通过设置三通阀再循环温度未达要求的循环液，加上PLC控制器连接各温度传感器，全系统各节点进行自动控温，可以达到精准的控温效果，温度误差在0.5℃以内；
2、本装置通过配备完善的监控系统，将数据传输给安全预警系统进行分析，能够实现高低温压缩机过热保护、高低压保护、水箱液位预警、未达设定温度异常预警、高低温预警、综合故障报警等安全防护功能，同时设置有急停开关，用以手动紧急装置运行；
3、本装置适用于多种设备的高低温检测，包括但不限于电池包、电机、发动机等。
附图说明
图1为本发明适用于多种设备的高低温循环性能测试装置的原理示意图；
图2为本发明适用于多种设备的高低温循环性能测试装置的结构示意图。
图中：1-循环液箱；2-换热器；3-毛细管；4-旁通电磁阀；5-制冷电磁阀；6-冷却剂储液箱；7-干燥过滤器；8-喷液电磁阀；9-冷凝器；10-喷液膨胀阀；11-油液分离器；12-高压表；13-高压保护器；14-压缩机；15-低压表；16-低压保护器；17-气液分离器；18-加热器；19-第二温度传感器；20-液位传感器；21-搅拌器；22-变频器；23-循环泵；24-第一温度传感器；25-三通阀；26-第二压力传感器；27-过滤器；28-流量计；29-第一循环液截止阀；30-第一循环液接头；31-第二循环液截止阀；32-待测试设备；33-第三温度传感器；34-第三循环液截止阀；35-第二循环液接头；36-第四循环液截止阀；37-第一压力传感器；38-泄压阀；39-第四温度传感器；40-急停开关。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参照图1和图2，本优选实施例中，一种适用于多种设备的高低温循环性能测试装置，包括外循环系统、内循环系统以及控制系统，其中，
外循环系统和内循环系统共用一换热器2（可采用板式换热器），换热器2中设置有制冷剂循环通道以及循环液循环通道，换热器2的循环液循环通道与外循环系统连通，换热器2的制冷剂循环通道与内循环系统连通，内循环系统通过压缩机14压缩制冷剂在管路中循环以对换热器2循环液循环通道的循环液进行加热或冷却；
外循环系统包括循环液箱1、三通阀25以及套于待测试设备32上的换热管，循环液箱1的出口与换热器2的循环液循环通道入口连接，循环液箱1的第一入口与三通阀25的第一端口连接，循环液箱1的第二入口与套于待测试设备32上换热管连接，三通阀25的第二端口与换热器2的循环液循环通道出口连接，三通阀25的第三端口与套于待测试设备32上换热管连接，三通阀25的第二端口和换热器2连接的管道上安装有第一温度传感器24，第一温度传感器24和三通阀25均与控制系统电连接。
三通阀25有三种工作状态：1、装置停止工作时截止；2、当循环液温度达到控制系统要求时，连通与待测试设备32上换热管连接循环路径，闭合回液回路；3、循环液温度未达到控制系统要求时闭合与待测试设备32上换热管连接循环路径，连通回液回路对循环液进行再加热或再冷却。
待测试设备32上的换热管其两端均通过循环液截止阀和循环液接头与外循环系统的管道连接，从而便于更换换热管。循环液截止阀在连接和断开接头时防止漏液。
本实施例中，循环液箱1内部设置有第二温度传感器19以及液位传感器20，套于待测试设备32上换热管上安装有第三温度传感器33，待测试设备32上的换热管出口与循环液箱1的第一入口之间的管道上安装有泄压阀38，液压阀与循环液箱1之间管道上安装有第四温度传感器39，液压阀与待测试设备32上的换热管之间管道上安装有第一压力传感器37，待测试设备32上的换热管与三通阀25之间管道上安装有第二压力传感器26，第二温度传感器19、第三温度传感器33、第四温度传感器39、液位传感器20、泄压阀38、第一压力传感器37和第二压力传感器26均与控制系统电连接。循环液箱1还设置有搅拌器21（叶片搅拌器）。循环液箱1内部还设置有加热器18（5kw预热加热器），可根据设定温度自动调整预热加热。
进一步地，套于待测试设备32上的换热管与三通阀25之间管道上安装有流量计28和过滤器27（Y型过滤器），三通阀25与换热器2之间的管道上安装有循环泵23以带动循环液循环。循环泵23连接有变频器22。
本实施例中，内循环系统包括旁通电磁阀4以及依次连接的气液分离器17、压缩机14（采用单级制冷压缩机）、油液分离器11、冷凝器9（可采用叶片式冷凝器）、干燥过滤器7、冷却剂储液箱6、制冷电磁阀5和毛细管3，换热器2的两端分别与气液分离器17和毛细管3连接形成内循环系统，旁通电磁阀4的一端与油液分离器11的出口连接，旁通电磁阀4的另一端与毛细管3和换热器2之间的节点连接（形成旁通回路）。
进一步地，油液分离器11的出油口通过管道与压缩机14的入口连接，即通过设置回油通道进行回油。
进一步地，本适用于多种设备的高低温循环性能测试装置还包括由喷液电磁阀8和喷液膨胀阀10组成的喷液回路，喷液电磁阀8的一端与冷凝器9的出口连接，喷液电磁阀8的另一端经喷液膨胀阀10与压缩机14连接以对压缩机14进行冷却。在强冷和强热的高负荷状态时，打开喷液电磁阀8通过喷液回路将冷凝器9出口的一部分液体通过喷液电磁阀8、喷液膨胀阀10引入压缩机14中，通过制冷剂的蒸发吸热降低压缩机14的排气温度和电动机的温度，保护压缩机14在高负荷恶劣工况下工作。
进一步地，气液分离器17和压缩机14之间的管道上安装有低压表15和低压保护器16，压缩机14的出口和油液分离器11入口之间管道上安装有高压表12和高压保护器13，低压表15、低压保护器16、高压表12以及高压保护器13均与控制系统电连接。
喷液电磁阀8和喷液膨胀阀10均与控制系统电连接，从而实现自动控制。
具体地，控制系统包括PLC控制器以及与其电连接的上位机，外循环系统和内循环系统的所有电控设备和传感器均与上位机电连接，各传感器传送数据给上位机，上位机处理数据后发送信号通过PLC控制器控制电控设备以驱动内、外循环系统的循环液流动和流向。PLC控制器还连接有人机交互系统、监控系统以及安全预警系统。监控系统与各传感器以及电控设备电连接。PLC控制器预留有RS485通讯接口，可实现远程本地控制适时转换。人机交互系统提供有人机交互界面，操作人员通过人机交互界面设定目标温度。工作时，由监控系统实时监控装置运行情况，并在系统状况异常时由安全预警系统对装置进行提示保护，最终使待测试设备32工作在所需的稳定实验测试温度下。
各传感器实时将监控数据上传至上位机，上位机判断系统出现异常状况时，控制安全预警系统进行预警保护操作，防护内容包括但不限于高低温压缩机14过热保护、高低压保护、水箱液位预警、未达设定温度异常预警、高低温预警、综合故障报警功能，另外，本装置还设置急停开关40以便操作人员在紧急状况下停止系统运行，在某些特殊要求下，操作人员可通过人机交互界面进行手动操作和设置。
本高低温循环性能测试装置由操作人员设定目标温度，传感器传送待测试设备32的温度数据给上位机，上位机处理数据后发送信号通过PLC控制器，驱动内外循环系统的循环液流动和流向，并由内外循环系统的热交换和循环液箱1中的加热器18通过外循环管路对待测试设备32进行加热或冷却，此过程中由监控系统实时监控装置运行情况，并在系统状况异常时由安全预警系统对装置进行提示保护，最终使待测试设备32工作在所需的稳定实验测试温度下。可完成对多种设备如电池包、电机、汽油机、柴油机等进行温度范围为-30℃~150℃的性能检测，温控精度0.5℃。
本适用于多种设备的高低温循环性能测试装置其工作原理如下。
假定操作人员设置目标温度，上位机判断此时需要对待测试设备32进行冷却，此时内循环系统会开通制冷电磁阀5，关闭旁通电磁阀4，并控制循环泵23驱动外循环系统的循环液流出循环液箱1中进入外循环。此时内循环冷却剂从冷却剂储液箱6流出，经过制冷电磁阀5和毛细管3后迅速膨大体积，在换热器2中汽化吸收外循环液热量，从而迅速冷却外循环液。之后，气态冷却剂依次流入气液分离器17、压缩机14、油液分离器11，并通过冷凝器9冷凝变回液态，若处于强冷工况，压缩机14处于大负荷工作时，系统会自动打开喷液电磁阀8，此时喷液回路开通，冷凝器9出口的一部分液体通过喷液电磁阀8、喷液膨胀阀10引入压缩机14，通过制冷剂的蒸发吸热降低压缩机14的排气温度和电动机的温度，保护压缩机14在大负荷工况下工作。同时，外循环系统中，循环液经冷却后会经过三通阀25，此时第二温度传感器19会测量循环液温度，若系统判定其未达目标循环液温度，则控制三通阀25开启回液回路，关闭外循环路径，循环液直接进入循环液箱1后再次通过换热器2进行冷却，直至温度达到要求后关闭回液回路，再开启外循环路径，通过循环液对待测试设备32进行冷却，待测试设备32通过循环液截止阀和循环液接头与外循环系统连接，过程中第一温度传感器24、第二温度传感器19、第三温度传感器33、第一压力传感器37、第二压力传感器26、第四温度传感器39实时反馈循环液箱11中循环液温度，并监控进液管道和出液管道的压力和温度，PLC控制器通过循环泵23调节循环液流量来调节温控强度，并实现恒温控制，此过程中循环液箱11中的搅拌器21缓慢转动，使循环液变温迅速均匀。
假定操作人员设置目标温度，上位机判断此时需要对待测试设备32进行加热，此时内循环系统会开通旁通电磁阀4，关闭制冷电磁阀5，并控制循环泵23驱动外循环系统的循环液流出循环液箱1进入外循环同时开启加热器18和搅拌器21，此时气态制冷剂被压缩机14加压，成为高温高压气体，进入板式换热器2，液化放热，将循环液二次加热。同时外循环系统的循环液经加热后会经过三通阀25，此时监控系统的第二温度传感器19会测量循环液温度，若系统判定其未达目标循环液温度，则通过三通阀25开启回液回路，关闭外循环路径，循环液直接进入循环液箱1再次通过换热器2进行加热，直至温度达到要求后，关闭回液回路，开启外循环路径，循环液对待测试设备32进行加热，待测试设备32通过循环液截止阀和循环液接头与外循环系统连接，过程中第一温度传感器24、第二温度传感器19、第三温度传感器33、第一压力传感器37、第二压力传感器26、第四温度传感器39实时反馈循环液箱1中循环液温度，并监控进液管道和出液管道的压力和温度，PLC控制器通过循环泵23调节循环液流量和调节加热器18的加热功率来调节温控强度，实现恒温控制，此过程中循环液箱1内搅拌器21缓慢转动，使循环液变温迅速均匀。
本发明提出的适用于多种设备的高低温循环性能测试装置，具有以下有益效果：
1、采用压缩机14加热制冷切换、热气旁通和喷液冷却的控制方式，可实现快速降低外循环水箱供水温度，并同时确保电机热量迅速得到控制，温控范围可达-30℃~150℃。通过设置三通阀25再循环温度未达要求的循环液，加上PLC控制器连接各温度传感器，全系统各节点进行自动控温，可以达到精准的控温效果，温度误差在0.5℃以内；
2、本装置通过配备完善的监控系统，将数据传输给安全预警系统进行分析，能够实现高低温压缩机14过热保护、高低压保护、水箱液位预警、未达设定温度异常预警、高低温预警、综合故障报警等安全防护功能，同时设置有急停开关40，用以手动紧急装置运行；
3、本装置适用于多种设备的高低温检测，包括但不限于电池包、电机、发动机等。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种适用于多种设备的高低温循环性能测试装置，其特征在于，包括外循环系统、内循环系统以及控制系统，其中，
所述外循环系统和内循环系统共用一换热器，换热器中设置有制冷剂循环通道以及循环液循环通道，换热器的循环液循环通道与外循环系统连通，换热器的制冷剂循环通道与内循环系统连通，内循环系统通过压缩机压缩制冷剂在管路中循环以对换热器循环液循环通道的循环液进行加热或冷却；
所述外循环系统包括循环液箱、三通阀以及套于待测试设备上的换热管，循环液箱的出口与换热器的循环液循环通道入口连接，循环液箱的第一入口与三通阀的第一端口连接，循环液箱的第二入口与套于待测试设备上换热管连接，三通阀的第二端口与换热器的循环液循环通道出口连接，三通阀的第三端口与套于待测试设备上换热管连接，三通阀的第二端口和换热器连接的管道上安装有第一温度传感器，第一温度传感器和三通阀均与控制系统电连接。
2.如权利要求1所述的适用于多种设备的高低温循环性能测试装置，其特征在于，所述循环液箱内部设置有第二温度传感器以及液位传感器，套于待测试设备上换热管上安装有第三温度传感器，待测试设备上的换热管出口与循环液箱的第一入口之间的管道上安装有泄压阀，液压阀与循环液箱之间管道上安装有第四温度传感器，液压阀与待测试设备上的换热管之间管道上安装有第一压力传感器，待测试设备上的换热管与三通阀之间管道上安装有第二压力传感器，所述第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、液位传感器、泄压阀、第一压力传感器和第二压力传感器均与控制系统电连接。
3.如权利要求1所述的适用于多种设备的高低温循环性能测试装置，其特征在于，所述内循环系统包括旁通电磁阀以及依次连接的气液分离器、压缩机、油液分离器、冷凝器、干燥过滤器、冷却剂储液箱、制冷电磁阀和毛细管，换热器的两端分别与气液分离器和毛细管连接形成内循环系统，旁通电磁阀的一端与油液分离器的出口连接，旁通电磁阀的另一端与毛细管和换热器之间的节点连接。
4.如权利要求3所述的适用于多种设备的高低温循环性能测试装置，其特征在于，所述油液分离器的出油口通过管道与压缩机的入口连接。
5.如权利要求3所述的适用于多种设备的高低温循环性能测试装置，其特征在于，还包括由喷液电磁阀和喷液膨胀阀组成的喷液回路，喷液电磁阀的一端与冷凝器的出口连接，喷液电磁阀的另一端经喷液膨胀阀与压缩机连接以对压缩机进行冷却。
6.如权利要求5所述的适用于多种设备的高低温循环性能测试装置，其特征在于，所述气液分离器和压缩机之间的管道上安装有低压表和低压保护器，压缩机的出口和油液分离器入口之间管道上安装有高压表和高压保护器，所述低压表、低压保护器、高压表以及高压保护器均与控制系统电连接。
7.如权利要求5所述的适用于多种设备的高低温循环性能测试装置，其特征在于，所述喷液电磁阀和喷液膨胀阀均与控制系统电连接。
8.如权利要求1所述的适用于多种设备的高低温循环性能测试装置，其特征在于，所述控制系统包括PLC控制器以及与其电连接的上位机，外循环系统和内循环系统的所有电控设备和传感器均与上位机电连接，各传感器传送数据给上位机，上位机处理数据后发送信号通过PLC控制器控制电控设备以驱动内、外循环系统的循环液流动和流向。
9.如权利要求8所述的适用于多种设备的高低温循环性能测试装置，其特征在于，还包括与PLC控制器电连接的安全预警系统、人机交互系统以及监控系统。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的适用于多种设备的高低温循环性能测试装置，其特征在于，所述套于待测试设备上的换热管与三通阀之间管道上安装有流量计和过滤器，三通阀与换热器之间的管道上安装有循环泵。
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