車廂傳熱係數測試系統以及車廂內溫度控制系統的製作方法

2023-06-15 03:09:01 1

車廂傳熱係數測試系統以及車廂內溫度控制系統的製作方法
【專利摘要】一種車廂傳熱係數測試系統以及車廂內溫度控制系統，該車廂傳熱係數測試系統主控計算機、可編程邏輯控制器、循環風扇、加熱器、溫度控制器、數據採集模塊、功率調節器、數據採集儀、溫度傳感器、控制溫度傳感器。本發明採用步入式高低溫溼熱試驗室，保證了車廂外部溫度採樣的精確性；通過循環風扇，保證了車廂內溫度的均勻性，從而提高車廂內溫度採樣的精確性；採用加熱器進行加熱，能夠滿足各體積車廂加熱要求；溫度控制器根據接收的信號自動精確調節功率調節器的輸出電流和電壓，進而自動控制加熱器加熱到設定溫度，溫度調節精確度高，穩定性好；主控計算機根據接收的數據自行進行傳熱係數計算，測試結果精確度高。
【專利說明】車廂傳熱係數測試系統以及車廂內溫度控制系統

【技術領域】
[0001]本發明涉及傳熱係數測試【技術領域】，特別是涉及一種車廂傳熱係數測試系統、用於傳熱係數測試的車廂內溫度控制系統。

【背景技術】
[0002]傳熱係數K值，是指在穩定傳熱條件下，圍護結構兩側空氣溫差為I度(K，°C),Ih (小時)內通過I平方米麵積傳遞的熱量，單位是瓦/(平方米?度)(W/ Hf.Κ，此處K可用。C代替)。
[0003]在產品設計和生產定型階段，除了要進行通信控制系統、供電等配套系統、汽車的各項性能試驗外，還需對車廂的各項功能、指標進行鑑定測試。傳熱係數是車廂的保溫性能必須檢測的項目之一。
[0004]如圖1所示，現有傳熱係數測試系統包括用於調節車廂內溫度的溫度自動調節系統、用於採集車廂內外溫度和功率的溫度採集器、用於信息處理的微機數據處理系統，其中溫度自動調節系統包括溫度傳感器、調功器、溫控通斷器。
[0005]測試時溫控通斷器接收車廂內的溫度傳感器信號，與設定的溫度值進行比較，然後進行PID (Proport1n Integrat1n Differentiat1n,比例積分微分)控制規律運算，將PID控制規律信號發送到調功器，以形成觸發電路加載到調功器可控矽上，從而調節車廂內的溫度，使其達到設定值。然後溫度採集器採集車廂內、外各採樣點的溫度，同時接收來自溫控通斷器的功率信號，將採集的溫度和接收的功率信號通過RS232 (RecommendedStandard)數據線輸出到微機數據處理系統，微機數據處理系統進行數據處理，確定車廂的傳熱係數。除了設置標準的RS232通信接口外，溫度採集器還設置了溫度顯示面板、微型印表機，微機數據處理系統還設有CRT (Cathode Ray Tube，陰極射線管)顯示器，小鍵盤等。
[0006]但是上述測試方法在進行溫度自動調節前，需先採用手動調節使車廂內溫度加熱到設定值附近，然後再切換到自動調節狀態，實際測試中還是需要人工手動調節，雖然調節的溫度能穩定在設定溫度值的附件，但誤差範圍較大，誤差達到±2°C。並且該方法通過溫控通斷器來控制溫度，溫控通斷器通斷過程需要I?2秒的間隔時間，溫度的波動比較大。所以通過該方法測試的傳熱係數精確度低，穩定性差，無法為產品定型、出廠合格檢驗提供正式、可溯源的檢測依據。


【發明內容】

[0007]基於此，有必要針對上述問題，提供一種車廂傳熱係數測試系統以及車廂內溫度控制系統，使測量的傳熱係數精確度比較高，滿足產品定型等各項需求。
[0008]一種車廂傳熱係數測試系統，包括主控計算機、可編程邏輯控制器、循環風扇、力口熱器、溫度控制器、數據採集模塊、功率調節器、數據採集儀、溫度傳感器、控制溫度傳感器；
[0009]主控計算機將放置有待測車廂的步入式高低溫溼熱試驗室的溫度調節至預設溫度，並通過可編程邏輯控制器開啟放置於待測車廂內的循環風扇和加熱器；溫度控制器接收主控計算機發送的溫度設定值的信號，以及數據採集模塊發送的待測車廂內的控制溫度傳感器的採樣信號、功率調節器的電壓和電流，通過溫度設定值的信號和採樣信號調節功率調節器的電壓和電流，控制加熱器加熱至溫度設定值；
[0010]溫度控制器將數據採集模塊發送的功率調節器的電壓和電流傳輸至主控計算機；數據採集儀接收待測車廂內的溫度傳感器和待測車廂外的溫度傳感器採集的溫度數據，將所述溫度數據傳輸給主控計算機；主控計算機根據待測車廂的內外表面積、所述功率調節器的電壓和電流以及所述溫度數據，確定所述待測車廂的傳熱係數。
[0011]本發明車廂傳熱係數測試系統，與現有技術相互比較，具備以下優點:
[0012]1、本發明步入式高低溫溼熱試驗室用於車廂外部溫度測試，通過主控計算機控制可以提供-60°C至+90°C的恆溫環境，滿足各類車廂的傳熱係數測試，並且試驗室溫度分布均勻，提高了車廂外部溫度採樣的精確性；
[0013]2、本發明通過循環風扇能將車廂內的風循環起來，平衡車廂內各點的溫度，保持車廂內溫度的均勻性，從而提高車廂內溫度採樣的精確性；採用加熱器進行加熱，能夠滿足各體積車廂加熱要求；
[0014]3、本發明溫度控制器根據接收的信號自動精確調節功率調節器的輸出電流和電壓，進而自動控制加熱器加熱到設定溫度，溫度調節精確度高，穩定性好；
[0015]4、本發明試驗室和車廂內的溫度穩定後，將功率調節器的電流電壓數據、數據採集儀自動採集的溫度數據發送給主控計算機自動進行傳熱係數計算，測試結果精確度高，同時測試工程無需人工操作，大大提高了測試效率。
[0016]一種用於傳熱係數測試的車廂內溫度控制系統，包括主控計算機、溫度控制器、功率調節器、電壓互感器、電流互感器、數據採集模塊、控制溫度傳感器、可編程邏輯控制器、循環風扇、加熱器；
[0017]主控計算機通過可編程邏輯控制器控制循環風扇和加熱器的開關；所述電壓互感器將採集的功率調節器的電壓、所述電流互感器將採集的功率調節器的電流傳輸給數據採集模塊，控制溫度傳感器將採集的車廂內的溫度傳輸給數據採集模塊；溫度控制器接收主控計算機發送的溫度設定值，以及數據採集模塊發送的功率調節器的電壓和電流、車廂內的溫度，根據溫度設定值和車廂內的溫度調節功率調節器的電壓和電流，控制加熱器加熱至溫度設定值。
[0018]本發明用於傳熱係數測試的車廂內溫度控制系統，與現有技術相互比較，具備以下優點:
[0019]1、通過循環風扇能將車廂內的風循環起來，平衡車廂內各點的溫度，保持車廂內溫度的均勻性，從而提高車廂內溫度採樣的精確性；採用加熱器進行加熱，能夠滿足各體積車廂加熱要求；
[0020]2、溫度控制器根據接收的信號自動精確調節功率調節器的輸出電流和電壓，進而自動控制加熱器加熱到設定溫度，溫度調節精確度高，穩定性好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為現有技術車廂傳熱係數測試系統的結構示意圖；
[0022]圖2為本發明車廂傳熱係數測試系統實施例的示意圖；
[0023]圖3為本發明車廂內溫度控制系統實施例的示意圖。

【具體實施方式】
[0024]為了更清晰地理解本發明車廂傳熱係數測試系統的【具體實施方式】，下面結合附圖詳細說明。
[0025]如圖2所示，一種車廂傳熱係數測試系統，包括主控計算機101、可編程邏輯控制器104、循環風扇105、加熱器106、溫度控制器107、數據採集模塊108、功率調節器109、數據採集儀110、溫度傳感器111、控制溫度傳感器112 ；
[0026]主控計算機101將放置有待測車廂103的步入式高低溫溼熱試驗室102的溫度調節至預設溫度，並通過可編程邏輯控制器104開啟放置於待測車廂103內的循環風扇105和加熱器106 ;溫度控制器107接收主控計算機101發送的溫度設定值的信號，以及數據採集模塊108發送的待測車廂103內的控制溫度傳感器112的採樣信號、功率調節器109的電壓和電流，通過溫度設定值的信號和採樣信號調節功率調節器109的電壓和電流，控制加熱器106加熱至溫度設定值；
[0027]溫度控制器107將數據採集模塊108發送的功率調節器的電壓和電流傳輸至主控計算機101 ;數據採集儀110接收待測車廂103內的溫度傳感器111和待測車廂103外的溫度傳感器111採集的溫度數據，將所述溫度數據傳輸給主控計算機101 ;主控計算機101根據待測車廂103的內外表面積、所述功率調節器109的電壓和電流以及所述溫度數據，確定所述待測車廂103的傳熱係數。
[0028]如圖2所示，本發明系統還包括分別與所述功率調節器109相連的電壓互感器113和電流互感器114，電壓互感器113將檢測的功率調節器109的電壓、電流互感器114將檢測的功率調節器109的電流傳輸給數據採集模塊108。
[0029]步入式高低溫溼熱試驗室102用於車廂外部溫度測試，通過主控計算機101控制可以提供_60°C至+90°C的恆溫環境，滿足各類車廂的傳熱係數測試，並且試驗室溫度分布均勻，提高了車廂外部溫度採樣的精確性，其中將步入式高低溫溼熱試驗室102加熱並保持在預設溫度採用現有控制方法即可以實現。為了滿足絕大多數輪式、履帶式等車型整車級別的車廂測試要求，可以採用長12米，高4.5米，寬5米(大門寬4.5米)，體積270立方米，底盤承重30噸的步入式高低溫溼熱試驗室。
[0030]可編程邏輯控制器104可以為小型口袋式可編程邏輯控制器FP0-C14R等，其具有多個繼電器輸入和輸出點，可通過RS232通訊接口與主控計算機101進行通訊，用於接收主控計算機101的啟動或停止命令，對循環風扇105和加熱器106的開關進行控制。同時可編程邏輯控制器104還可以對系統狀態進行檢測，例如可以檢測待測車廂103內的溫度是否超過預設警戒值，加熱器106的電流是否超過預設電流值等，以保護系統的正常運行。
[0031]循環風扇105可以將車廂內的風循環起來，平衡車廂內各點的溫度，保持車廂內溫度的均勻性，從而提高車廂內溫度採樣的精確性。採用加熱器106進行加熱，能夠滿足各體積車廂加熱要求。循環風扇105可以放置於加熱器106後方或其它可以吹到加熱器106的地方，較好保證車廂內溫度的均勻性。循環風扇105和加熱器106可以配備主機和輔機，當待測車廂103尺寸較小時，可以只採用主機進行傳熱係數測定，待測車廂103尺寸較大時，採用主機和輔機進行傳熱係數測定，其中主機和可編程邏輯控制器等連接，輔機連接在主機上。加熱器106還可以設置有手動、自動控制模式，在手動模式下，可強制設定加熱器輸出功率，以適應一些特定測試場合的需要。
[0032]溫度控制器107可以採用JCL-33A溫度控制器等，結構小巧，具備PID控制、PID參數自整定、RS485通訊、模擬量調解輸出等多種功能，非常適合使用在控制精度和控溫穩定性要求較高、系統總體尺寸、重量受限的場合。溫度控制器107通過RS485通訊接口與主控計算機101進行通訊，接收主控計算機101發送的車廂內溫度設置值信號，並可以將溫度達到設定值時測試的功率調節器109的電壓和電流數據發送給主控計算機101進行傳熱係數計算。溫度控制器107根據接收的溫度設定值信號，控制溫度傳感器112測試的車廂內的溫度，功率調節器109的電壓和電流數據，經過PID運算，可以實現功率調節器109電壓和電流的自動調節，從而控制加熱器106的輸出功率，使加熱器106加熱並穩定在溫度設定值，實現車廂內溫度的閉環控制。
[0033]數據採集模塊108可以採用8通道數據採集模塊ADAM4118等，其解析度為16位，支持電流、電壓、熱電偶等多種輸入檢測。電壓互感器113和電流互感器114將採集的功率調節器109的電壓和電流轉換為弱電信號，傳輸給數據採集模塊108，控制溫度傳感器112將採集的車廂內的溫度傳輸給數據採集模塊108。數據採集模塊108將接收的數據傳輸給溫度控制器107進行溫度調整。
[0034]功率調節器109可以採用三相功率調節器，其輸出電流可在O?100%的範圍內無極線性調節，精度高，穩定性好。數據採集儀110可以採用通道多、可靠性高、精度高的數據採集儀，例如美國安捷倫公司的34970A主機，可通過RS232通信接口與主控計算機101進行通信，將採集的車廂內外的溫度傳輸給主控計算機101進行傳熱係數計算。34970A是一款高性能數據採集儀，配備20通道熱電偶數據採集模塊，最大可擴展到60個雙端通道，每秒最大可掃描250通道，每個溫度通道均具備標定、報警等功能，其內部存儲空間最大可存儲50000條帶時間標記的數據。
[0035]溫度傳感器111溫度傳感器可以採用T型熱電偶溫度傳感器，布置在車廂六個面的內外各400_(毫米)處。控制溫度傳感器112與溫度傳感器111可以相同，只是為了區分採集的溫度數據傳輸給的設備不同。可以採用12根T型熱電偶溫度傳感器進行傳熱係數性能測試，用7根，其餘5根備用。
[0036]主控計算機101具有系統控制、數據採集、數據分析、數據計算、數據存儲、數據回放等功能。主控計算機101通過現有方法可以設定和採樣步入式高低溫溼熱試驗室102溫度，控制試驗室相關設備的運行，檢測試驗室運行狀態等。主控計算機101與溫度控制器107、可編程邏輯控制器104通訊，設定與採樣車廂內控制溫度，並接收溫度穩定時溫度控制器107發送的功率調節器109的電壓和電流數據，控制循環風扇105和加熱器106運行，檢測系統故障狀態並報警等。主控計算機101與數據採集儀110進行通訊，用於接收數據採集儀110採集的車廂內外的溫度。然後主控計算機101將接收的數據按照統一時間坐標進行存儲，生成數據文件，便於數據查看，並根據接收的數據和車廂內外表面積等自動計算出車廂傳熱係數。主控計算機101還在待測車廂的傳熱係數確定後，通過可編程邏輯控制器104關閉循環風扇105和加熱器106。其中車廂傳熱係數計算公式如下:

Pi
[0037]Kl = ~=~
S{Ti1-Tn)
[0038]式中Pi表示第i次加熱總功耗，單位是W(瓦)；5.= ^S1 * \，S表示車廂內外表面總面積幾何平均值，單位是m2 (米2)，S1表示車廂內表面積，單位是m2，S2表示車廂外表面積，單位是m ； Ti2表不第i次熱平衡後車廂內平均溫度，單位是°C (度)，j/:[表不第
I次熱平衡後車廂外平均溫度，單位是。C ；Ki表示第i次測量計算的傳熱係數，單位是W/(m2.°C ) ο
[0039]為了更好的理解本發明系統的測試方法和達到的效果，下面結合一個具體操作流程進行描述。
[0040]將待測車廂放置於步入式高低溫溼熱試驗室內，距控制室觀察窗的距離為2米至3米；
[0041]將加熱器和循環風扇放入車廂內，循環風扇置於加熱器後方，為方便操作，可將加熱器和循環風扇集成為一個暖風加熱裝置，可以根據車廂體積大小確定是放入一臺暖風加熱裝置主機，還是同時放入暖風加熱裝置主機和輔機；
[0042]將暖風加熱裝置主機的電源線插入試驗室內的電源插口，2根RS232數據線連接至控制電腦COM2和COM4埠，若需連接暖風加熱裝置輔機，則將輔機電源線和數據線連接至暖風加熱裝置主機上，打開暖風加熱裝置主機的電源空氣開關；將數據採集儀34970A的RS232數據線連接至控制電腦C0M5埠 ；
[0043]將控制溫度傳感器的採樣探頭布置在車廂內正中間，距地1.5米高；將數據採集儀34970A採樣探頭布置在車廂四個角與中間位置，距地1.5米高；
[0044]關閉車廂的門窗，密封車廂，關閉步入式高低溫試驗室艙門；
[0045]開機，設置試驗室內溫度至24°C，車廂內的溫度為44°C，待試驗室內溫度與車廂內溫度都穩定後，每隔15分鐘記錄一次測試數據，記錄9次數據後主控計算機自動計算傳熱係數結果。
[0046]表I為採用本發明系統測試某一車廂傳熱係數的結果，通過表I可以看出，車廂傳熱係數重複性誤差遠遠小於5%，測試的精確度較高，滿足產品定型等各種要求。
[0047]表I測量的車廂傳熱係數數據及相應的誤差
[0048]

【權利要求】
1.一種車廂傳熱係數測試系統，其特徵在於，包括主控計算機、可編程邏輯控制器、循環風扇、加熱器、溫度控制器、數據採集模塊、功率調節器、數據採集儀、溫度傳感器、控制溫度傳感器； 主控計算機將放置有待測車廂的步入式高低溫溼熱試驗室的溫度調節至預設溫度，並通過可編程邏輯控制器開啟放置於待測車廂內的循環風扇和加熱器；溫度控制器接收主控計算機發送的溫度設定值的信號，以及數據採集模塊發送的待測車廂內的控制溫度傳感器的採樣信號、功率調節器的電壓和電流，通過溫度設定值的信號和採樣信號調節功率調節器的電壓和電流，控制加熱器加熱至溫度設定值； 溫度控制器將數據採集模塊發送的功率調節器的電壓和電流傳輸至主控計算機；數據採集儀接收待測車廂內的溫度傳感器和待測車廂外的溫度傳感器採集的溫度數據，將所述溫度數據傳輸給主控計算機；主控計算機根據待測車廂的內外表面積、所述功率調節器的電壓和電流以及所述溫度數據，確定所述待測車廂的傳熱係數。
2.根據權利要求1所述的車廂傳熱係數測試系統，其特徵在於，所述可編程邏輯控制器還用於檢測待測車廂內的溫度是否超過預設警戒值，加熱器的電流是否超過預設電流值。
3.根據權利要求1所述的車廂傳熱係數測試系統，其特徵在於，所述功率調節器為三相功率調節器。
4.根據權利要求1所述的車廂傳熱係數測試系統，其特徵在於，還包括分別與所述功率調節器相連的電壓互感器和電流互感器，電壓互感器將檢測的功率調節器的電壓、電流互感器將檢測的功率調節器的電流傳輸給數據採集模塊。
5.根據權利要求1所述的車廂傳熱係數測試系統，其特徵在於，所述主控計算機將接收的數據按照統一時間坐標進行存儲，生成數據文件；在待測車廂的傳熱係數確定後，通過可編程邏輯控制器關閉循環風扇和加熱器。
6.一種用於傳熱係數測試的車廂內溫度控制系統，其特徵在於，包括主控計算機、溫度控制器、功率調節器、電壓互感器、電流互感器、數據採集模塊、控制溫度傳感器、可編程邏輯控制器、循環風扇、加熱器； 主控計算機通過可編程邏輯控制器控制循環風扇和加熱器的開關；所述電壓互感器將採集的功率調節器的電壓、所述電流互感器將採集的功率調節器的電流傳輸給數據採集模塊，控制溫度傳感器將採集的車廂內的溫度傳輸給數據採集模塊；溫度控制器接收主控計算機發送的溫度設定值，以及數據採集模塊發送的功率調節器的電壓和電流、車廂內的溫度，根據溫度設定值和車廂內的溫度調節功率調節器的電壓和電流，控制加熱器加熱至溫度設定值。
7.根據權利要求6所述的用於傳熱係數測試的車廂內溫度控制系統，其特徵在於，所述可編程邏輯控制器還用於檢測待測車廂內的溫度是否超過預設警戒值，加熱器的電流是否超過預設電流值。
8.根據權利要求6所述的用於傳熱係數測試的車廂內溫度控制系統，其特徵在於，所述功率調節器為三相功率調節器。
9.根據權利要求6所述的用於傳熱係數測試的車廂內溫度控制系統，其特徵在於，所述循環風扇和加熱器均包括主機和輔機，主機與可編程邏輯控制器連接，輔機與主機連接。
10.根據權利要求6所述的用於傳熱係數測試的車廂內溫度控制系統，其特徵在於，所述加熱器設置有手動和自動模式，在手動模式下，通過設定的加熱器輸出功率控制加熱器加溫至預設溫度。
【文檔編號】G05D23/30GK104198527SQ201410510213
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月28日 優先權日:2014年9月28日
【發明者】餘雲加, 黃英齡, 葉江勇, 王海峰, 餘葉威, 王飛, 袁金譜, 餘加毅 申請人:廣電計量檢測（武漢）有限公司, 廣州廣電計量檢測股份有限公司