CN201402219Y - 一种电壁炉用暖风机性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电壁炉用暖风机性能测试装置，包括主控计算机、单片机测控模块和传感器组，所述传感器组连接单片机测控模块，所述单片机测控模块还与主控计算机相连接，所述传感器组包括风机转速传感器、风速传感器、温度传感器、振幅传感器、压力传感器、扭矩传感器、功率测量传感器和噪声测量传感器。本实用新型具有多项自动测试功能，适应性强，操作简单。降低了人为因素的影响，提高测量的精度，测试更为快捷、准确。

Description

一种电壁炉用暖风机性能测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种电壁炉用暖风机性能测试装置。

背景技术

在欧美国家，由于冬季气温较低，人们通常都在家中设有取暖用的壁炉。而传统的壁炉都以木材来作为燃料，但随着环境污染以及能源问题的逐渐凸显，传统壁炉已逐渐正在为环保、节能、清洁的新型仿真电壁炉所取代。据不完全统计，电壁炉在全球的年销售额大约为50亿美元，我国生产的电壁炉年销售额在1亿多美元，出口约占80％，创利约3000万美元，且随着电壁炉的不断推广使用，我国电壁炉出口市场的前景也被商家看好。

电壁炉主要由暖风机、火焰仿真和控制电路三部分组成，暖风机包括电热丝和贯流风机。为了保障产品质量，欧美国家和地区对电壁炉产品整机和零部件各个参数的检测认证有着非常严格的规定。常见的有：德国的GS/CE/ROHS认证，美国的CSA/UL认证等。为达到质量认证要求，电壁炉生产厂家在生产过程中需要对暖风机进行严格的性能测试。主要测试每台暖风机在额定工作电压下的风温、风速、风量、风机效率、风机转速、振动幅值、噪声、风机功率和发热体功率等指标。但在目前，国内生产厂家进行暖风机参数检测的方法主要是利用测温仪，风速仪，转速仪，功率计等各种手持式测量仪器对各个参数分别单独测量，人工记录。而随着产量的提高，这些传统的测试方法耗时耗力、操作复杂、工作效率低，已远远不能满足现代电壁炉生产厂家对暖风机性能参数的测试要求。而电壁炉用暖风机性能测试系统，目前国内外电壁炉生产厂家未见使用，也没有看到相关文献报道。

实用新型内容

为解决现有电壁炉用暖风机性能测试装置所存在的上述技术问题，本实用新型提供一种具有多项自动测试功能、适应性强，操作简单、维护方便，且有较高的可靠性和准确性的电壁炉用暖风机性能测试系统。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是：包括主控计算机、单片机测控模块和传感器组，所述传感器组连接单片机测控模块，所述单片机测控模块还与主控计算机相连接。

上述的电壁炉用暖风机性能测试系统中，所述传感器组包括风机转速传感器、风速传感器、温度传感器、振幅传感器、压力传感器、扭矩传感器、功率测量传感器和噪声测量传感器。

上述的一种电壁炉用暖风机性能测试装置，其所述的风速传感器包括皮托管1和微压差传感器，所述的皮托管的一端连接至暖风机的导风筒2出风口；另一端包括全压端3和静压端4，所述的微压差传感器包括正端和负端，并分别连接皮托管的全压端3和静压端4。

上述的电壁炉用暖风机性能测试系统中，所述功率测量传感器的电路包括分压电阻R1和R2、采样电阻R、AD7755芯片，所述分压电阻R1、R2串联，分压电阻R1的电压送到AD7755芯片A2放大器的输入端，采样电阻R与负载RL串接，采样电阻R的电压送到AD7755芯片A1放大器的输入端。

本实用新型的技术效果在于：采用主控计算机、单片机测控模块和传感器组对电壁炉用暖风机的各种性能参数进行测试，实现了电壁炉用暖风机性能参数测试自动化，有效的提高了性能测试工作的效率，使电壁炉产品的质量得到了有效的保障。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型的检测装置的结构示意图；

图2为本实用新型的风机转速传感器的检测原理示意图，其中上部分方波图为传感器的输出脉冲，下部分方波图为时钟脉冲；

图3为本实用新型的风速传感器的结构示意图，其中图中所示5为暖风机所吹出的气流；

图4为本实用新型的振幅传感器的结构示意图，其中图中所示6为线圈，7为金属导体；

图5为本实用新型的扭矩传感器的结构示意图，其中图中所示8为信号线圈，9为磁钢，10为信号齿轮，11为弹性转轴；

图6为本实用新型的扭矩传感器的电路图；

图7为本实用新型的噪声传感器的电路图；

图8为本实用新型的功率测量传感器电路示意图；

图9为本实用新型的检测过程的步骤流程图。

具体实施方式

参见图1，整个系统由管理计算机系统、单片机测控模块和传感器组构成。传感器组包括风机转速传感器、风速传感器、温度传感器、振幅传感器、压力传感器、扭矩传感器、功率测量和噪声测量传感器。传感器组将性能测试所需转速、风速、温度、压力、扭矩及噪声等各项参数转换成电信号并传输给单片机测控模块，单片机测控模块以AT89S52单片机为核心，主要包括模/数转换电路、信号放大电路、电流-电压变换电路、串行通信电路，看门狗电路和电源电路。完成数据的转换和处理，通过串行口将数据送入上位计算机处理。

风机转速传感器采用美国蒙娜多的ROS-5P光电转速传感器测量转速，在贯流风机叶片上叠加反光纸，在风机转动时，在传感器输出端产生一路与转速相关的脉冲，由单片机对其进行计算处理，实现对风机转速的信号采集。

参见图2，在测量风机转速时，在转速传感器输出的相邻两个转速脉冲信号的间隔时间T内，用定时器在对单片机内部固定的时钟脉冲频率f₀进行计数，并由此计算转速，在T时间内计数值为m₂，则转速

n＝60/T(rpm)＝60/(m₂×T₀)＝(60×f₀)/m₂    (1-1)

式中n为风机转速，单位为rpm(转/分钟)；

T为传感器输出脉冲周期，单位为s；

m₂为在T时间内计数值，单位为个；

T₀为内部时钟周期，单位为s；

f₀为内部时钟频率，单位为Hz。

参见图3，风速传感器采用皮托管和美国BESTACE微压差传感器，型号为761-10-44A，在风机出风口处安装了一个平稳气流的圆筒不锈钢管。皮托管伸入导风筒，通过电机带动导风筒的左右移动，实现出风口任意位置的多点风速测量。皮托管的静压端和全压端连接微型差压变送器，将压差信号转化为4～20mA的标准电流信号，转化为0-5V电压信号，信号传入单片机检测系统。

皮托管是测定流体运动速度的常用仪器，直端为全压端(也称总压端)，支路端为静压端，皮托管的内部有二层，外层和里层互不相通，里层的气流通过里层密封管道从全压端输出，外层气流通过外层管道从静压端输出。

全压P_全就是皮托管全压端压力，通过皮托管全压端接微差压传感器的正端，传感器的负端置于大气中而测得的值。

静压P_静是皮托管低压端压力，可通过皮托管静压端接微差压传感器的负端，传感器的正端置于大气中而测得的值。

根据上述测量结果，可算得风速

其中，V-平均风速(单位m/s)

K-皮托管校准系数(通常取0.99～1.01)

P_动-气体动压(单位Pa)，可用微差压传感器测得，且P_动＝P_全-P_静，P_全，P_静表示气体全压和静压。

ρ-气体密度(单位Kg/m³)且

P_当地表示当地大气压，P_标准表示一个标准大气压，t表示所测气体温度，单位为℃。

风机输出功率是用皮托管为传感器测量风压(包括全压、静压和动压，通过多点测量求平均值的方法求出)，由公式计算所得。

风机输出功率Ne＝P_全Q/1000，单位为KW，风机效率η＝P_全Q/(1000N)，

其中，风量Q＝风速×风机出风口断面面积，单位m³。

暖风机效率测量是通过检测电动机的输出功率(即风机的输入功率)和风机的输出功率后再进行计算所得。风机输入功率N＝Fn/9550，其中F为电机与风机之间扭矩，n为电机转速。

温度传感器采用美国达拉斯公司生产的DS18B20数字式温度传感器测量大气温度。DS18B20的测量范围为-55℃～+125℃，最高分辨可达0.0625℃。DS18B20可以直接读出被测温度值，而且采用三线制与单片机相连，减少了外部的硬件电路，具有低成本和易使用的特点。

参见图4，振幅传感器采用湖南航空天瑞仪表电器有限责任公司的TR81系列传感器为非接触式电涡流位移传感器，是基于高频磁场在金属表面的“涡流效应”而成，是对金属物体振动机械量进行检测的理想传感器。

当接通传感器组电源时，在前置器内会产生一个高频电流信号，该信号通过电缆送到探头的头部，并在头部周围产生交变磁场H1。如果磁场周围(H1范围内)没有金属导体材料接近，则发射到这一范围内的能量都会全部释放；反之，如果有金属导材料接近探头头部，则交变磁场H1将在导体的表面产生电涡流场，该电涡流场也会产生一个方向与H1相反的交变磁场H2。由于H2的反作用，就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位，即改变了线圈的有效阻抗。这个阻抗可描述为：

Z＝F(μ，σ，d，r，I，ω)    (1-2)

式中：μ-均质金属导体的磁导；

σ-电导率；

d-线圈与金属导体的距离；

I-线圈激励电流强度；

ω-圆频率；

如果使得μ、σ、r、I、ω恒定，那么阻抗Z成为距离δ的单值函数。由麦克斯韦公式，可求得Z-δ为一非线性函数，表现为一S型曲线，且在一定范围内可近似为一线性函数。

在测试时，通过在暖风机上表面安装可移动的电涡流传感器，实现实时地多点测量暖风机的振动振幅。采用传感器电子线路的信号处理功能，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量，本实用新型所采用的传感器输入信号为0-100um，对应的输出信号为4-20mA，再通过电流/电压变换器，将其输出信号变换为0-5V，并通过单片机和A/D转换芯片，将其转换为数字量，由单片机对其进行处理。

压力传感器选用Motorola的MAX5010气压传感器，输出与大气压相对应的模拟电压；静压、全压测量采用JYB压力变送器(精度0.5级)直接将风筒内的压力信号转换为4～20mA的标准电流信号。转化为0-5V电压信号，经A/D转换MCP3208的通道5、6转换为数字量，信号传入单片机检测系统。

参见图5、图6，在电机与风机转轴之间安装磁电式相位差型扭矩传感器。在弹性转轴11两端安装有两个信号齿轮10，在两齿轮的上方各装有一组信号线圈8。在信号线圈内均装有磁钢9，与两个信号齿轮10组成磁电信号发生器。当被测轴11转动时，传感器产生正弦波电动势，若弹性转轴11没有受到扭矩的作用，两个正弦电动势应同相位。受到转矩作用时，放置传感器相距为L的两截面的相对转角为θ，即为两正弦电动势的相位差，经OP07比较器过零比较整形，得出两个方波，再将它们经74LS32或门后，输出脉冲波送入AT89S52的定时/计数器T1。由单片机测量出相位差脉冲的宽度，发送至上位机、计算出扭矩值。

参见图7，功率测量传感器采用ANALOG DEVICES公司生产的电能计量集成芯片AD7755测量，正常工作时AD7755得功率后再经数字/频率转换器转换成脉冲输出，第22脚CF输出频率反映瞬时有功功率的大小。单片机系统计CF两脉冲时间间隔即可计算得到负载所消耗的功率。AD7755是通过采样负载回路电流和电压得到系统的瞬时功率。电流支路串联采样电阻R(电阻小，微欧级(uΩ))，电压支路并联分压电阻R1、R2(电阻大，兆欧级(MΩ))，忽略电压支路分流电流和电流支路电阻压降对测量的影响。得电压：V₁＝Ri， $V_2=\frac{R1\×u}{(R1+R2)},$ 将V₁、V₂输入专用芯片AD7755，由芯片完成P＝kV1×V2(K＝(R1+R2)/R×R1)得功率后再经数字/频率转换器转换成脉冲输出。单片机系统测量脉冲个数或两脉冲的时间间隔即可计算得到负载所消耗的功率。

参见图8，噪声测量传感器采用高灵敏度、无指向性驻极体传声器，将噪声转换成电信号。传声器频率特性在50～14000Hz范围内不均匀度小于1.5dB，三级放大电路由运放LM324构成，调整相关外围元件参数，使其幅频特性与A计权曲线相近。D1、C1、R1组成峰值检波网络，其输出直流电平反映了噪声声压的大小。

参见图9，测试流程开始后，首先根据所要测试的暖风机来选择相应的型号，然后由温度、风速、振动等传感器实现风温等各种相应参数的实时采集，传感器将各种物理信号转化为电路模拟信号，并将采集到的各种代表相应性能参数的模拟信号传输给单片机测控模块，单片机测控模块将模拟信号转换为数字信号并传输给计算机，计算机将所接收的各种信号转化为相应的性能数值并在显示器上进行显示，同时将数据转换为更易对比的曲线图来与标准曲线图拟合比对，并判断各项性能参数是否在标定范围内，再将数据进行储存。得到检测结果后，即可暂停检测工作，换下一个暖风机继续检测。一批检测完毕后，即可停止检测工作。如要继续检测其他型号批次，可重新选择暖风机型号继续进行性能检测工作。

Claims (4)

1、一种电壁炉用暖风机性能测试装置，其特征在于：包括主控计算机、单片机测控模块和传感器组，所述传感器组连接单片机测控模块，所述单片机测控模块还与主控计算机相连接。

2、根据权利要求1所述的一种电壁炉用暖风机性能测试装置，其特征在于：所述传感器组包括风机转速传感器、风速传感器、温度传感器、振幅传感器、压力传感器、扭矩传感器、功率测量传感器和噪声测量传感器。

3、根据权利要求2所述的一种电壁炉用暖风机性能测试装置，其特征在于：所述的风速传感器包括皮托管(1)和微压差传感器，所述的皮托管的一端连接至暖风机的导风筒(2)出风口；另一端包括全压端(3)和静压端(4)，所述的微压差传感器包括正端和负端，并分别连接皮托管的全压端(3)和静压端(4)。

4、根据权利要求2所述的一种电壁炉用暖风机性能测试装置，其特征在于：所述功率测量传感器的电路包括分压电阻R1和R2、采样电阻R、AD7755芯片，所述分压电阻R1、R2串联，分压电阻R1的电压送到AD7755芯片A2放大器的输入端，采样电阻R与负载RL串接，采样电阻R的电压送到AD7755芯片A1放大器的输入端。

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