CN204610227U - 一种汽车发动机冷却水泵性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种汽车发动机冷却水泵性能测试系统，包括有传感器模块、信号转换模块(板卡)、PC机、测控系统和总控制台，利用水泵调速节能技术，在变流速条件下测量出动态的性能参数，并在PC机上显示出各参数与流速之间的动态关系；本实用新型基于PC机技术的参数测量便于分析和比较，数据显示图像化和表格化，很直观地显示出水泵的性能，测试效率较高，自动化程度高，提高测试系统的直观性、便于分析性、灵活性、高自动化性、高精度性和人性化特点。

Description

一种汽车发动机冷却水泵性能测试系统

技术领域：

本实用新型涉及汽车发动机性能测试系统领域，具体地说尤其涉及一种汽车发动机冷却水泵性能测试系统。

背景技术：

近几年来，我国汽车发动机冷却水泵性能测试系统已由手动控制变为自动控制，现有的自动控制测试系统主要有单片机和微型计算机或工控机系统两类。但单片机测试系统存在人机交互不方便和定制的单片机系统板可靠性差等缺点，自动控制测试系统是一种发展趋势，目前，我国汽车发动机冷却水泵测试系统呈现明显的微计算机发展趋势，相关测量技术也已较成熟，但仍存在一些问题，如参数显示还不够直观和便于分析，参数数据显示需图像化和数据表格化；测试系统不稳定；测试误差较大；显示的参数不是动态的，且没有显示出各参数之间的动态关系；测试方法大多都是采用传统测量仪器。

根据相关文献知，现已有的汽车冷却水泵测试系统是以工控机系统、测控系统、实验台架和操作台构成。它的主要技术特点是：(1)在工控机中插槽中插入A/D和D/A多功能接口卡、I/O接口卡和脉冲计数器接口卡，其缺点是对工控机的扩展槽要求很多，且一般工控机难以制作出数目很多的卡槽；(2)在转矩转速测量上，采用普通转速转矩传感器测量，其缺点是测量误差较大，信号难以转化成电信号；(3)数据采集后直接送入工控机，经工程转换后输出相应物理量，其缺点是参数显示笨拙且不易分析。

实用新型内容：

本实用新型的目的是提供一种汽车发动机冷却水泵性能测试系统，改善原技术的不足，并充分利用PC机和虚拟仪器的优势，提高测试系统的直观性、便于分析性、灵活性、高自动化性、高精度性和人性化特点。

为了解决背景技术所存在的问题，本实用新型是采用以下技术方案：

一种汽车发动机冷却水泵性能测试系统，包括有传感器模块、板卡、PC机、测控系统和总控制台，所述的传感器模块包括涡轮流量传感器、温度传感器、霍尔扭矩传感器、流量传感器，所述的测控系统包括有电动直通单双座调节阀、变频器、固态继电器，所述的PC机通过板卡与涡轮流量传感器、温度传感器、霍尔扭矩传感器、流量传感器连接，所述的PC机通过继电器板和接线端子板与电动直通单双座调节阀、变频器、固态继电器连接，霍尔扭矩传感器设在被试水泵与电机之间转轴处，电机与PC机之间电连接有变频器，被试水泵两侧分别设进口水管和出口水管，进口水管上设有进口压力传感器、温度传感器，进口水管的另一端连接有加热箱，加热箱与PC机之间通过固态继电器电连接，出口水管上设有电动直通单、双座调节阀和流量传感器，出口水管连接有冷却水箱，冷却水箱与加热箱之间通过水管连接。

本实用新型一种汽车发动机冷却水泵性能测试系统能够进行发动机冷却水泵最大流量测试、流量控制、转速控制、压力扬程测试、温度控制、功率测量。

发动机冷却水泵最大流量测试：首先在水泵输出管道上、在涡轮流量传感器前安装一电动直通单、双座调节阀，以控制输出流量大小，当调节阀阀门开度达到最大值时电动调节阀自身发出脉冲信号，信号传到PC机，PC机控制调节阀停止，流量传感器此时测量的流量为最大值。

流量控制：在测量流量与其他数据参数的动态关系时可通过PC机控制调节阀开度的大小来控制流量大小变化。

转速控制：同时采用异步电机来驱动水泵，通过PC机控制变频器来控制电机转速，以获得不同的水泵转速。

电动机、霍尔电磁扭矩传感器及水泵通过硬轴实现共轴。

压力扬程测试：在水泵出口安置压力扬程测试仪，将出口压力直接换算成扬程信号经板卡输入到PC机中，在测量水泵进口处也安置一进口压力传感器检测进口压力，压力信号输出4-20mA的电流信号，经I/V转换后送入PC机中。

温度控制：在水泵进口前有一模拟发动机的加热箱，通过PC机控制固态继电器来控制加热棒加热，加热箱中加一温度控制器，及时将温度信号传到PC机中，通过PC机发出电信号控制温度控制器，然后温度控制器控制固态继电器来调节加热棒加热，最高测试温度85℃左右。

功率测量：首先将电机上的输出电压和电流量测出并将信号输入到PC机中，得出全功率P0＝UI，然后由霍尔扭矩传感器将转速信号送给PC机测出轴功率Pi,则总有功功率为P＝Pi/P0。效率测量：即水泵的输出有效功率与轴功率之比，水泵有效功率为：其中ρ表示水的密度，g是重力加速度，Q是输出流量，H是扬程。那么效率为：η＝Pw/Pi×100％。

本实用新型采用基于PC技术的虚拟仪器测量，虚拟技术功能超卓的处理器和文件I/O，使在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析，另外，得益于软件的灵活性，只需更新计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进整个测试系统，虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口，帮助用户轻松地将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性，减少测量误差量；采用PC机将测试的参数以图像和数据表格的形式直观地显示在PC机界面上，并显示出参数的动态曲线图，利用水泵调速节能技术，在变流速条件下测量出动态的性能参数，并在PC机上显示出各参数与流速之间的动态关系；采用霍尔传感器等精确传感器测量数据。

本实用新型利用PC机模块化I/O硬件、高效数据处理器和数据存储优势，结合虚拟仪器基于LabVIEW图形化软件开发集成环境，建立友好的人机交互界面，硬件电子线路收集信号数据给PC机后，通过以LabVIEW编程的(算法)软件进行数据处理和图像化，然后通过显示器显现，显示出动态参数水泵流量Q、根据进出口压力通过算法算出的扬程H、功率P、效率η、最大转速Vmax、最大转矩L、最大流量Qmax以及生成Q-H、Q-P、Q-η等性能曲线，并生成参数数据表格。

本实用新型的有益效果：(1)利用集成A/D、D/A、I/V、V/I等转换的板卡来转换传感器信号符合于微型化和集成化；(2)基于PC机技术的参数测量便于分析和比较，数据显示图像化和表格化，很直观地显示出水泵的性能，测试效率较高，自动化程度高；(3)测量时系统采用虚拟测量仪器，测量精度较高，系统硬件投入小，操作和更新灵活，用户能充分发挥利用计算机资源；(4)采用霍尔电磁转矩传感器、涡轮流量传感器等高精度传感器，减小试验测量误差值。

下面结合附图作进一步说明。

附图说明：

图1为本实用新型结构原理图；

图2为本实用新型测试系统流程示意图。

具体实施方式：

参见附图，一种汽车发动机冷却水泵性能测试系统，包括有传感器模块、板卡13、PC机12、测控系统和总控制台，所述的传感器模块包括涡轮流量传感器2、温度传感器3、霍尔扭矩传感器6、流量传感器14，所述的测控系统包括有电动直通单双座调节阀1、变频器7、固态继电器10，所述的PC机12通过板卡13与涡轮流量传感器2、2温度传感器3、霍尔扭矩传感器6、流量传感器14连接，所述的PC机12通过继电器板和接线端子板与电动直通单双座调节阀1、变频器7、固态继电器10连接，霍尔扭矩传感器6设在被试水泵5与电机11之间转轴处，电机11与PC机12之间电连接有变频器7，被试水泵5两侧分别设进口水管和出口水管，进口水管上设有进口压力传感器15、温度传感器3，进口水管的另一端连接有加热箱9，加热箱9与PC机12之间通过固态继电器10电连接，出口水管上设有电动直通单、双座调节阀1和流量传感器14，出口水管连接有冷却水箱4，冷却水箱4与加热箱9之间通过水管连接。

一种汽车发动机冷却水泵性能测试系统，PC机12通过板卡13与各传感器相连，PC机12通过继电器板和接线端子板与测控执行机构相连，被试水泵5和电机11之间转轴处连接霍尔扭矩传感器6，霍尔扭矩转速传感器6的输出1-5V电压量输出后连接板卡13，板卡13经A/D转换后传给PC机12，被试水泵5的进口和出口各用一进口压力传感器15测量水压，获得的4—20mA电流量经板卡13A/D转换后送入PC机12，流量由涡轮流量传感器2检测，输出脉冲信号，送入板卡13中的脉冲技术器，经F/I,I/V转换后再输入PC机12中。

在试验台中间位置是一水泵5安装固定槽，安装槽旁有一横硬杆，水泵5安装好后将其主轴与横杆通过齿轮相连街，硬杆中部连接霍尔扭矩传感器6，硬杆末端是电机11，通过电机11带动硬杆转动以带动水泵5运行，电机11与变频器7结合，霍尔扭矩传感器6将电信号输入到板卡13里，板卡13接到PC机12上，PC机12通过发出指令信号给变频器7来改变变频器7频率最终控制电机11转速，即水泵5转速；在安装槽的前后各是进口水管和出口水管，在进口水管上固定进口压力传感器15，在出口水管上固定压力扬程测试仪，用于测出口压力和扬程，且两传感器输入输出均与板卡13相连，板卡13接入PC机12中，在出口水管上还固定有电动直通单、双座调节阀1和涡轮流量传感器2，电动直通单、双座调节阀1由PC机12控制其开度大小，涡轮流量传感器2通过板卡13连接PC机12，出口水管末端接到冷却水箱4中，进口水管上还固定有进口温度传感器3，温度传感器3通过板卡13与PC机12相连，进口水管末端接有一模拟发动机的加热箱9，加热箱9中有加热棒，加热棒与加热箱9外的固态继电器10连接，固态继电器10连接PC机12并由PC机12控制，冷却水箱4通过外管道与加热箱9相连，PC机12由I/O口通过板卡13和若干信号线与试验台连接，保持数据传输，板卡13用于数据转换，板卡13上有AI、AO、DI、DO、I/V、V/I、F/I口及脉冲计数器，PC机12外连总控制台，总控制台有电源总开关按钮、电机开关按钮、加热器开关按钮、各传感器开关按钮及开关指示灯组成，PC机12人机界面由LabVIEW程序语言编程软件构成，LabVIEW程序由前面板、框图程序和图标/连接口组成，且具有多个图形化操作模板。

发动机冷却水泵最大流量测试：首先在水泵5输出管道上、在涡轮流量传感器2前安装一电动调节阀，以控制输出流量大小，当调节阀阀门开度达到最大值时电动调节阀自身发出脉冲信号，信号传到PC机12，PC机12控制调节阀停止，流量传感器14此时测量的流量为最大值。

流量控制：在测量流量与其他数据参数的动态关系时可通过PC机12控制调节阀开度的大小来控制流量大小变化。

转速控制：同时采用异步电机来驱动水泵5，通过PC机12控制变频器7来控制电机11转速，以获得不同的水泵转速。

电机11、霍尔电磁扭矩传感器6及水泵5主轴通过硬轴实现共轴。

压力扬程测试：在水泵5出口安置压力扬程测试仪，将出口压力直接换算成扬程信号经板卡13输入到PC机12中，在测量水泵5进口处也安置一进口压力传感器15检测进口压力，压力信号输出4-20mA的电流信号，经I/V转换后送入PC机12中。

温度控制：在水泵5进口前有一模拟发动机的加热箱9，通过PC机12控制固态继电器10来控制加热棒加热，加热箱9中加一温度控制器，及时将温度信号传到PC机12中，通过PC机12发出电信号控制温度控制器3，然后温度控制器3控制固态继电器10来调节加热棒加热，最高测试温度85℃左右。

功率测量：首先将电机11上的输出电压和电流量测出并将信号输入到PC机12中，得出全功率P0＝UI，然后由霍尔扭矩传感器6将转速信号送给PC机12测出轴功率Pi,则总有功功率为P＝Pi/P0。效率测量：即水泵5的输出有效功率与轴功率之比，水泵有效功率为： $P_w=\frac{\mathrm{\ρgQH}}{1000},$

其中ρ表示水的密度，g是重力加速度，Q是输出流量，H是扬程。那么效率为：η＝Pw/Pi×100％。

本实用新型具体实施操作步骤：

1.操作人员手动上料，将工件置于测试工位上，托盘上具有定位装置将工件定位，操作者双手按下按钮后试验开始，若试验台上无工件，设备不动作且报警；若有工件，则继续进行后面的步骤；

2.接通电源后，按下PC机12开关，开始运行PC机12，在水泵5的最大转速、流量范围内，设定需实验的几组转速(1-10组，根据需要选取，认为5组，按某一步长均匀分布于转速范围)，在每组转速下均匀设定实验所需的几组流量点(5-20点，根据需要选取，默认为10点，均匀分布于水泵流量范围内)；

3.开始第一组流量开测试，PC机12发出脉冲信号传入变频器7，变频器7启动，变频器7控制电机11转动，电机11通过扭矩与水泵相连，扭矩上固定有霍尔扭矩传感器6，扭矩每转动一圈霍尔传扭矩感器6将会采集到数据，数据信号传入到板卡13中，此为转速的测量；

4.电机11带动水泵5工作，水泵5与冷却水箱4和加热器9构成汽车中水的循环系统，水泵5的出水口与冷却水箱4相连，水管的出口压力传感器测量出口压力参数，获得的4—20mA电流量经(型号)板卡13A/D转换后送入PC机12，而水管上的涡轮流量传感器2测量出口压力参数，输出脉冲信号，送入板卡13中的脉冲技术器，经F/I,I/V转换后再输入PC机12中；

5.加热器9接电后，电路中的电阻将电能转化为热能，并将水箱中流过来的水进行加热，加热后的水再流回水泵5中，水泵5进水管上的温度传感器3测量温度参数，温度传感器3输出量为1-5V电压的直流量，电压量送入板卡13转换后传给PC机12I/O串口。而进口压力由水管上的进口压力传感器测量15，并将获得的4—20mA电流量经板卡13A/D转换后送入PC机12；

6.所测量的参数通过板卡13经A/D转换后传给PC机12，PC机12控制固态继电器10来控制加热箱9，PC机12将1～10mA.DC的标准信号输入电动直通单、双座调节阀1，电动直通单、双座调节阀1将此输入信号转化为与之相对应的上下位移，改变阀门的开启程度，从而达到对流量的控制；

7.在水泵总性能参数报表生成后，技术人员操作PC机停止测量并自动保存数据和图表，检测完毕后，系统自动关闭相关电气执行元件，手工取下工件，准备下一轮试验。

Claims (2)

1.一种汽车发动机冷却水泵性能测试系统，其特征在于：包括有传感器模块、板卡、PC机、测控系统和总控制台，所述的传感器模块包括涡轮流量传感器、温度传感器、霍尔扭矩传感器、流量传感器，所述的测控系统包括有电动直通单双座调节阀、变频器、固态继电器，所述的PC机通过板卡与涡轮流量传感器、温度传感器、霍尔扭矩传感器、流量传感器连接，所述的PC机通过继电器板和接线端子板与电动直通单双座调节阀、变频器、固态继电器连接，霍尔扭矩传感器设在被试水泵与电机之间转轴处，电机与PC机之间电连接有变频器，被试水泵两侧分别设进口水管和出口水管，进口水管上设有进口压力传感器、温度传感器，进口水管的另一端连接有加热箱，加热箱与PC机之间通过固态继电器电连接，出口水管上设有电动直通单、双座调节阀和流量传感器，出口水管连接有冷却水箱，冷却水箱与加热箱之间通过水管连接。

2.根据权利要求1所述的一种汽车发动机冷却水泵性能测试系统，其特征在于：所述的电动机、霍尔电磁扭矩传感器及水泵通过硬轴实现共轴。