恆溫器耐久性試驗臺的製作方法
2023-05-15 20:29:51 3
專利名稱：恆溫器耐久性試驗臺的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種恆溫器試驗臺，特別涉及一種恆溫器耐久性試驗臺。
背景技術：
恆溫器是汽車發動機冷卻系統的一個重要部件。恆溫器安裝在冷卻液的進 口處，它是自動控制冷卻液進入發動機的一種由溫度決定是否打開或關閉的自
動開關，通常工作於0 125。C的溫度之間。恆溫器採用隨冷卻液溫度波動而動作 的自動閥結構型式，它帶有一個石蠟旁通閥。當冷卻液溫度下降時，自動閥關 閉而旁通閥開啟，防止冷卻液流過發動機進行循環，使發動機急速地升高溫度。 當冷卻液溫度升高時，自動閥開啟而旁通閥關閉，冷卻液通過散熱器進行循環， 降低發動機溫度。恆溫器內部的石蠟被加熱時膨月長，被冷卻時收縮。石蠟加熱 時產生壓力，克服彈簧力而使閥開啟；石蠟冷卻時收縮，再次使彈簧力起作用 而4吏閥關閉。
恆溫器使用一段時間後會發生漏蠟情況，由此造成恆溫器失效，導致發動 機溫度居高不下，並進而引發發動機故障。出現此種現象，是因為恆溫器本身 耐久性能達不到要求。發動機廠商若引進這種不合格恆溫器，就會對自身最終 是消費者造成巨大的損失。為確保恆溫器的質量要求，發動機廠商就必須挑選 出合格的恆溫器供應商，去除不合格的恆溫器供應商。為此，就必須對水泵進 行恆溫器試驗，以確保恆溫器在規定的時間內不漏蠟。
根據汽車行業標準《蠟式調溫器技術條件》 (QC/T 29061-1992)規定，恆 溫器耐久性試驗過程作中，在規定的溫度條件下，恆溫器必需進行200次耐久 性循環試驗。在此試—險過程中，恆溫器不損壞，就判定為產品合格；否則，就 判定為產品不合格。
目前，對恆溫器耐久性試驗的一般方法是準備熱水槽、冷水槽各一個， 將恆溫器置於擺臂上。用電動機拖動擺臂，將恆溫器在規定時間內分別移入熱、 冷水槽加熱活冷卻。首先，將恆溫器置於熱水槽中，使它充分打開，然後，再 由擺臂將其移入冷水槽中，使其充分冷卻。按照這種方式，電動機拖動擺臂不 斷地將恆溫器移入熱水槽中打開、移入冷水槽中冷卻。如此循環，直至試驗結束。此種恆溫器耐久性試驗設備，對擺臂時間及水溫的控制採用傳統的電氣手
動方式控制，試驗過程中需人工不斷進行幹預，其缺點是結構複雜、控制精 度低，存在人為因素引起的誤差；此外，還存在體積大、耗電多、成本高等問 題，不適合於中小實驗室使用。
發明內容
針對上述缺陷，本發明解決的技術問題在於，提供一種自動化程度高、測 試精度準確、成本較低的恆溫器耐久性試驗臺。
為解決以上技術問題，本發明提供的恆溫器耐久性試驗臺，包括步進電 機、擺臂、熱水箱、冷水箱，分別置於工作檯上還包括可編程控制器，其 通過控制電纜與步進電機相連接；所述可編程控制器設定控制程序，所述步 進電機根據該控制程序正向或反向轉動，並帶動所述步進電機上連接的所述 擺臂左右擺動，將所述擺臂上放置的恆溫器移入所述熱水箱或冷水箱中，按 照所述可編程控制器設定的加熱或冷卻時間循環地對恆溫器進行加熱或冷 卻。
優選地，本發明的恆溫器耐久性試驗臺還包括加熱器、溫度傳感器， 其分別置於所述熱水箱中，並各自通過電纜與所述可編程控制器相連；所述 可編程控制器設定所述熱水箱中的水溫，所述溫度傳感器將所述熱水箱中的 實際水溫反饋至所述可編程控制器；所述可編程控制器調用PID函悽t對所述 熱水箱中的水溫設定值及反饋值進行運算，控制所述加熱器對所述熱水箱中 的水溫進行調節。
本發明的恆溫器耐久性試驗臺，用熱水箱、冷水箱才莫擬恆溫器啟動或關 閉環境。將恆溫器置於熱水箱中，使恆溫器均勻、充分加熱，保證恆溫器可 靠開啟；將恆溫器置於冷水水箱中，使恆溫器充分冷卻，保證其可靠關閉。 用冷、熱水箱可很好地;漠擬恆溫器工作環境，其設備易於獲得，成本也十分
低廉。本發明改變傳統的電氣手動控制方式，引入可編程控制器，通過下載 的控制程序，精確地設定恆溫器每次加熱、冷卻的時間，有效控制步進電機 左右擺動，循環地將恆溫器移入熱水箱加熱或移入冷水箱中冷卻，保證恆溫 器可靠開啟或關閉，整個過程無需人工幹預，實現試驗過程的自動控制。可編程控制器具有體積小、精度高、組裝靈活、抗幹擾能力強、可靠性高，適 於惡劣環境使用等特點，用於控制步進電機左右擺動，可獲得十分高的控制 精度。本發明引入PLC控制技術，實現了恆溫器耐久性試驗過程的自動控制， 從而簡化操作程序，P爭低運行成本，避免人為失誤對測試結果的影響。
本發明的優選方案中，在熱水箱中加入加熱器、溫度傳感器，由可編程 控制器設定所述熱水箱中的水溫，同時，溫度傳感器將熱水箱中的實際水溫
反饋給可編程控制器，並調用PID函數對水溫設定值與反^^貴值進行運算，控
制加熱器對水溫加熱，形成熱水箱中水溫的閉環控制。由此，保持熱水箱中 水溫的恆定，恆溫器置於熱水箱中時，可充分、均勻受熱，從而更逼真地模 擬了恆溫器開啟的環境，保證試驗結果的可靠性。
本發明的恆溫器耐久性試驗臺，結構緊湊、成本低廉、精度4交高、測試過 程可自動控制，適應於各種類型的恆溫器耐久性試驗。
圖1為本發明的恆溫器耐久性試驗臺結構圖； 圖2為本發明控制流程圖； 圖3為本發明優選實施例的結構圖； 圖4為本發明水溫控制原理圖； 圖5為本發明水溫控制流程圖。
具體實施例方式
圖1所示本發明的恆溫器耐久性試驗臺，包括可編程控制器1 (Programmable Logical Controller, PLC )、步進電機2、擺臂3、熱水箱4、 冷水箱5，控制電纜6、工作檯7。
如圖l所示，可編程控制器l、步進電機2、擺臂3、熱水箱4、冷水箱 5,分別置於工作檯7上。可編程控制器1通過控制電纜6與步進電機2相連 接，控制步進電機2正向或反向轉動，並帶動連接在步進電機2上的擺臂3 左右擺動。恆溫器8置於擺臂3上，通過步進電機2拖動擺臂3移動，可將 恆溫器8移入熱水箱4、冷水箱5中進行加熱或冷卻。用熱水箱4與冷水箱5 模擬恆溫器8開啟或關閉的工作環境，可保證恆溫器8均勻、充分的加熱或 冷卻，其試驗環境仿真度較好；熱水箱4與冷水箱5易於獲取，可大幅降低試-瞼成本。
本發明中，還引入了可編程控制器1，其通過控制.電纜6與步進電機2 相連接。可編程控制器1下載控制程序，控制步進電機2的正向或反向轉動， 並帶動擺臂3左右擺動，循環地將恆溫器8移入所述熱水箱4或移入所述冷 水箱5中。按照可編程控制器1設定的時間，恆溫器8分別在熱水箱4中加 熱，或在冷水箱5中冷卻，不斷循環，直至試驗結束。採用可編程控制器l 對恆溫器8不斷循環加熱或冷卻，瞼恆溫器8在高溫或^氐溫情況下能否可 靠開啟、關閉，試驗中不需人工幹預，實現了試驗過程的自動控制。
根據《蠟式調溫器技術條件》(QC/T 29061-1992 )規定，恆溫器8每次加 熱、冷卻的時間分別為43S、 18S,循環次數不少於200次。因此，本發明中， 可編程控制器1設定循環次數為200,每一循環中恆溫器8加熱、冷卻時間 分別設定為43S、 18S。根據不同耐久性試驗的特歹朱要求，4盾環次數和每一循 環中恆溫器8的加熱、冷卻時間，由可編程控制器1靈活設定。在"i殳定的循 環次數中恆溫器8如能可靠地開啟、關閉，判定為產品合格；否則，判定 為產品不合格。
圖2所示為本發明控制流程，作用在於，確定可編程控制器l在每次循環過 程中對步進電機3進行控制的方法。具體而言，其控制過程如下
51) 開始試-驗；
52) 使步進電機到達終點的位置，步進電機自動地轉動到熱水箱；
53) 步進電機停留在熱水箱43秒；
S4使步進電機返回起點位置，步進電機自動地轉動到冷水箱；
55) 步進電機停留在冷水箱18秒；
56) 循環次數加l;
57) 判斷是否達到設定循環次數 若是，進入S8步驟；
若否，返回S2步驟；
58) 結束試-驗。
可編程控制器1按照上述方法控制步進電機3循環擺動200次，直至完成整 個試驗。200次循環試驗結束後，根據恆溫器8能否正常開啟、關閉，判定產品是否合格。
上述控制過程的控制程序通常採用梯形圖編制，其優點是程序結構與繼 電器的電氣連接方法相似，十分直觀，也易於編制。關於PLC的指令系統及繼 電器配置方法，可相應參閱有關手冊，在此不再贅述。
上述實施方式中，首先通過熱水箱4、冷水箱5模擬恆溫器8正常開啟的環 境將恆溫器8置於熱水箱4中，使其均勻、充分加熱，檢-驗恆溫器8是否可靠 開啟；將恆溫器8置於冷水水箱5中，使其充分冷卻，檢驗恆溫器8是否可靠關 閉。還改變傳統的電氣手動控制方式，引入可編程控制器l,通過下載控制程 序，精確地設定恆溫器8每個循環中的加熱、冷卻時間，有效控制步進電機2 的轉動方向及起、停時間，控制擺臂3將恆溫器8移入熱水箱4加熱或移入冷水 箱5中冷卻，檢驗恆溫器8是否能可靠開啟或關閉。如此不斷循環，根據恆溫器 8是否能正常、可靠開啟或關閉，進而判定產品是否合格。整個過程中無需人 工幹預，實現恆溫器8耐久性試驗過程的自動控制，由此簡化操作程序，降低 運行成本，並避免人為失誤對試驗結果的影響。
為更好地模擬恆溫器8開啟時的環境，優選地，本發明採用可編程控制器l 對水溫進行控制。根據檢驗標準，恆溫器8正常開啟的溫度為85。C左右。因此， 檢驗恆溫器8在解熱狀態下是否能可靠打開，必須保持熱水箱4中的水溫在 85士2。C範圍內。恆溫器8的耐久性試驗一般在常溫下進行，冷水箱5中的水溫一 般不會超過40。C，可不對冷水箱5中的水溫進行控制。基於上述原因，在本優 選實施方式中，^f義對熱水箱4中的水溫進行控制。
一般地，PLC產品都帶有PID函數，如日本產電林式會社生產的PLC。因 此，本發明可方便地對熱水箱4中的水溫進行PID閉環控制。在進行PID運行 參數設置時，P、 I、 D的參數設定尤其重要，其設定的好壞直接關係控制的好 壞。P表示比例增益，比例調節設定大，系統出現偏差時，可以加快調節，減 少誤差，但是過大的比例增益，會造成系統不穩定；I表示積分時間，積分時 間越小，積分作用就越強，反之I越大則積分作用弱；D表示微分時間，微分 調節有超前的控制作用，合適的微分時間能改善系統的動態性能。關於PID 控制參數的應根據不同產品具體設定，關於這方面的知識不屬於本發明的討論範圍，在此不再贅述。
如圖3所示，本發明恆溫器耐久性試驗臺作如下改進在熱水箱4中加入 加熱器9、溫度傳感器IO,其分別通過電纜與所述可編程控制器l相連，可編 程控制器1通過調用PID函數對熱水箱4中的水溫進行PID閉環控制。優選地 加熱器9採用電熱管，其加熱迅速，價格較低，其功率受PID調節，具體地受 雙向晶閘管調節；溫度傳感器10採用Ptl00溫度傳感器，其具有較高的靈敏 度。
如圖4所示本發明水溫控制原理圖，包括可編程控制器l、 PID函數;^莫塊 11， D/A數模轉換模塊12、加熱器9、水13、溫度傳感器IO、 A/D模數轉換模 塊14。可編程控制器l讀取熱水箱4中的水溫設定值Ui,並將其存入PID函數模 塊11中。溫度傳感器10採集熱水箱4中的實際水溫Uo，經A/D模數轉換模塊14 模數轉換為反饋值Uk,輸入到可編程控制器l。可編程控制器1調用PID函數 模塊ll，對水溫的設定值Ui與反饋值Uk進行運算；PID函數模塊11的輸出值 經D/A數模轉換模塊12轉換後，輸出到加熱器9對水溫進行調節。按照以上PID 閉環控制原理，可編程控制器1不斷地控制加熱器對熱水箱4中的水溫進行 調整，並使其保持在設定的85土2。C範圍之內。
如圖5所示，本發明對水溫進行PID控制的過禾呈為
Tl ) PLCl將水溫設定值Ui存入PID有關數據地址。
T2 ) PLC 1讀取水溫反饋值Uk，並存入PID有關數據地址。 T3 ) PID根據水溫設定值Ui、反饋值Uk進行運算。 T4) PID運算輸出值經數模轉換為執行值。 T5)加熱器9調節水溫。 T6)溫度傳感器10採集實際水溫Uo。 T7 )實際水溫Uo經才莫數轉換為水溫反饋值Uk。 T8)水溫反饋值Uk輸入PLCl; 並返回T2步驟。
一般地，PID指令在定時循環中運行調用，每隔一定時間運行一次，其間 隔時間可根據試驗的具體情況進行修改。按照上述過程，可編程控制器l調用PID函數，PID函數根據水溫設定值Ui、水溫反饋值Uk進行運算，控制加熱器9 對熱水箱4中水進行加熱的過程，從而保持水溫的恆定。
上述優選實施方式中，在熱水箱4中加入了包括加熱器9、溫度傳感器 10,由可編程控制器1設定熱水箱4中的水溫，並調用PID函數對加熱器9 進行控制，同時，溫度傳感器IO將熱水箱4中的實際水溫反饋給可編程控制 器l,形成熱水箱4中水溫的閉環控制。由此，保持熱水箱4中水溫的恆定， 恆溫器8置於熱水箱中時，可充分、均勻受熱，從而更逼真地模擬了恆溫器 8開啟的環境，提高試驗結果的可信度。
上述優選實施方式，恆溫器8的耐久性試驗為常溫狀態下試^^。在環境 溫度較高的情況下，冷水箱5中水溫有可能超過40。C，可加入冷卻裝置，由 可編程控制器1控制冷卻裝置對冷水箱5中水溫。其具體的控制方法與過程， 與上述可編程控制器1對熱水箱4中水溫的控制方法相類似。
可編程控制器l具有體積小、精度高、組裝靈活、抗幹擾能力強、可靠性 高，適於惡劣環境使用等特點。可編程控制器l下載控制程序，設定恆溫器8 每次加熱、冷卻的時間及試驗循環次數，用於控制步進電機2轉動，並帶動擺 臂3左右擺動，可獲得十分高的控制精度。通過步進電機2帶動擺臂3左右擺動， 控制擺臂3將恆溫器8移入熱水箱4加熱，或移入冷水箱5中冷卻；同時對溫度 進行閉環控制，保持恆定的水溫，逼真地模擬試-瞼環境。由此，不僅實現恆 溫器耐久性試驗過程的自動控制，保證試驗結果具有較高的可信度，也簡化 試驗程序，節省試驗成本。
本發明恆溫器耐久性試驗臺，由於採用可編程控制器l對步進電機擺動過 程及水溫進行控制，其控制精度明顯提高其它同類的試驗設備時間精度為l 秒，溫度控制精度達到0.5。C,位置控制精度l毫米；而本發明的時間控制精
度達到微秒級，溫度控制精度達到o.rc，位置控制精度達到0.1毫米。此外，
本發明恆溫器耐久性試驗臺體積小巧、結構緊湊、價格低廉、智能化程度高，
十分適合於中小實驗室使用。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普 通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以估文出若干改進和潤 飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1、一種恆溫器耐久性試驗臺，包括步進電機、擺臂、熱水箱、冷水箱，分別置於工作檯上，其特徵在於還包括可編程控制器，其通過控制電纜與步進電機相連接；所述可編程控制器設定控制程序，所述步進電機根據該控制程序正向或反向轉動，並帶動所述步進電機上連接的所述擺臂左右擺動，將所述擺臂上放置的恆溫器移入所述熱水箱或冷水箱中，按照所述可編程控制器設定的加熱或冷卻時間循環地對恆溫器進行加熱或冷卻。
2、 根據權利要求1所述的恆溫器耐久性試驗臺，其特徵在於還包括加 熱器、溫度傳感器，其分別置於所述熱水箱中，並各自通過電纜與所述可編程 控制器相連；所述可編程控制器設定所述熱水箱中的水溫，所述溫度傳感器將 所述熱水箱中的實際水溫反^t貴至所述可編程控制器；所述可編程控制器調用 PID函數對所述熱水箱中的水溫設定值及反饋值進行運算，控制所述加熱器對 所述熱水箱中的水溫進行調節。
3、 根據權利要求2所述的恆溫器耐久性試驗臺，其特徵在於所述加熱 器為電加熱器。
4、 根據權利要求2所述的恆溫器耐久性試驗臺，其特徵在於所述溫度 傳感器為Pt100溫度傳感器。
全文摘要
本發明公開一種恆溫器耐久性試驗臺，包括步進電機、擺臂、熱水箱、冷水箱，分別置於工作檯上還包括可編程控制器，其通過控制電纜與步進電機相連接；所述可編程控制器設定控制程序，所述步進電機根據該控制程序正向或反向轉動，並帶動所述步進電機上連接的所述擺臂左右擺動，將所述擺臂上放置的恆溫器移入所述熱水箱或冷水箱中，按照所述可編程控制器設定的加熱或冷卻時間循環地對恆溫器進行加熱或冷卻。本發明的恆溫器耐久性試驗臺，結構緊湊、成本低廉、精度較高、測試過程可自動控制，適應於各種類型的恆溫器耐久性試驗。
文檔編號G01M15/00GK101470047SQ20071009462
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月25日 優先權日2007年12月25日
發明者蔣民富 申請人:上海華普發動機有限公司