专利名称：高低温在线汽油循环试验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车零部件的模拟试验装置，尤其涉及一种高低温在线汽油循环试验系统。
背景技术：
在汽车生产中，包括汽车零部件的制造，都需要进行大量的模拟试验。不仅有使用环境方面的，也有可靠性方面的，如性能、强度、寿命等等。在产品试验和研发试验中，为了达到质量和成本的平衡，动态的综合性试验是一个发展趋势。
以汽车关键零部件“电喷”为例，按照德国BOSCH公司的试验标准，对电喷的主要零部件，如燃油泵支架、分配管总成等，要求试件在汽油介质工作状态下进行高低温循环试验。在试验过程中，试件要同时承受外部温度交变(-40℃-120℃)试验和内部工作压力为3-6ba的汽油循环试验，一般要求试验周期连续300小时以上。试件在进行供油状态下的高低温试验时有很大的危险性，一方面汽油介质在试验过程中容易挥发和泄漏，另一方面在高低温交变试验时，特别是在高温区域，极易引起汽油的燃烧和爆炸。由于存在这些危险因素，这一试验通常是在高低温在线汽油循环试验箱内进行。目前国内尚无此类设备。这类试验都要送到国外去做，不仅花费大量外汇，而且也无法控制试验周期，极大地影响了国内产品的试验和开发。由于涉及到技术保密等因素，更不利于国内产品的自主开发，不利于保护发展我国汽车工业的利益。即使引进国外有关设备也价格不菲。
发明内容
本发明的目的，是为了提供一种能安全地对汽车零部件进行供油状态下的高低温试验的高低温在线汽油循环试验系统。
本发明所采取的技术措施是一种高低温在线汽油循环试验系统，包括试验箱、供热单元和制冷单元，供热单元与试验箱相连用于向试验箱内腔提供升温所需热能，制冷单元与试验箱相连用于向试验箱内腔提供降温所需冷量，还包括试件试验单元、氮气供应单元、抽气单元和计算机检测监控单元，以及设置在试验箱内的氧含量传感器、可燃气含量传感器和温度传感器；所述的试件试验单元包括试件试验架、供油机构和供油冷却机构，试件试验架安装在试验箱内用于固定试件，供油机构由燃油泵、控制阀、测量传感器及燃油管路与试件组成循环试验油路，供油冷却机构设置在该循环试验油路中用于冷却燃油；所述的氮气供应单元与试验箱相连用于向试验箱内腔提供氮气，包括一控制氮气供应的电磁阀；所述的抽气单元与试验箱相连用于将试验箱内腔的气体抽出；所述的计算机检测监控单元与供热单元电连接用于控制其向试验箱提供热量、与制冷单元电连接用于控制其向试验箱提供冷量、与抽气单元电连接用于控制其将试验箱内的气体抽出、与试件试验单元电连接用于控制其运行、与氧含量传感器电连接用于检测试验箱内的氧含量、与可燃气含量传感器电连接用于检测试验箱内的可燃气含量、与温度传感器电连接用于检测试验箱内的温度、与氮气供应单元的电磁阀电连接用于控制其向试验箱提供氮气。
所述的计算机检测监控单元包括一可编程序逻辑控制器，该控制器的控制系统由S7-200可编程控制器、CPU单元、铂电阻输入�？�、模拟量输入�？楹腿嘶缑娲ッ磷槌�。
所述的试验箱包括箱体、箱门和电子门锁，试验箱的箱门与门框之间采用双层氟橡胶密封条密封，并安装有门框加热丝；在箱体上设有多个贯穿箱体的隔热衬管，用于各种管、线穿过箱体进入内腔，在隔热衬管与箱体的连接处以密封胶密封；电子门锁安装在箱门上并与计算机检测监控单元电连接。
所述的CPU单元采用型号为S7-226XM的控制器；所述的铂电阻输入�？椴捎眯秃盼狤M231�？椋�2路铂电阻输入；所述的模拟量输入�？椴捎眯秃盼狤M231�？椋�4路模拟量输入；所述的人机界面触摸屏为TP170B彩色液晶触摸屏。
所述的可编程序逻辑控制器中设计了基于自由通讯口的计算机通讯软件�？椋煞奖愕厥迪钟肷衔患扑慊耐ㄑ�。
所述的计算机检测监控单元的可编程序逻辑控制器中固化有以下控制流程A、试验箱开机前，首先检查试验箱内的氧含量及可燃气含量，当氧含量≤3％，或可燃气含量≤20％时，可直接进入C程序；当氧含量＞4％，或可燃气含量＞25％时，进入下一程序；B、当氧含量＞4％，或可燃气含量＞25％时，可编程序逻辑控制器给出控制信号打开电磁阀，通入氮气，使试验箱内的氧含量和可燃气含量逐渐降低，当达到氧含量≤3％，或可燃气含量≤20％时，可编程序逻辑控制器给出控制信号关闭电磁阀，停止氮气输入，进入下一程序；C、当氧含量≤3％，或可燃气含量≤20％时，可编程序逻辑控制器给出控制信号对试验箱进行开机操作，对有关汽车试件进行恒温或高低温在线汽油循环试验，在试验中，由计算机检测监控单元对试验的温度及温度的升降速率进行控制和实时检测，并对试验箱中的氧含量和可燃气含量进行连续的检测，如试验中无故障发生，则试验一直进行到结束，如试验过程中发生故障，则进入下一程序；D、当试验过程中出现氧含量≥4％，且持续时间超过10分钟、或可燃气含量≥25％，且持续时间超过5分钟、或抽气泵发生故障时，系统报警，并启动关机程序，强制试验箱降温至-20℃后关机。
所述的控制流程还包括在开始进行汽油循环试验时，计算机检测监控单元控制电子门锁闭锁，试验中需输入密码才能打开电子门锁；当试验过程中出现故障报警时，需在试验箱降温到-20℃时才能打开电子门锁。
所述的氧含量标准、可燃气含量标准、氧含量和可燃气含量超标持续时间以及试验中的各种温度设定值都可以人工设置和调节。
所述的计算机检测监控单元的可编程序逻辑控制器中还固化有非供油模式下的控制流程在非供油模式下，直接对试验箱进行开机操作，对有关汽车试件进行恒温或高低温试验，在试验中，由计算机检测监控单元对试验的温度及温度的升降速率进行控制和实时检测。
本发明的高低温在线汽油循环试验系统由于对试验箱采用了良好的密封和保温设计，密封和保温效果好，可有效地避免发生汽油渗透和泄漏的问题。由于采用了氮气单元可及时调节控制试验箱内的氧含量和可燃气含量使其控制在安全范围内。由于采用了计算机检测监控单元，可对试验时的温度及温度的升降速率进行实时的检测和控制；可对试验箱内的氧含量和可燃气含量进行连续的检测和控制；并具有故障报警和关机功能、电子门锁加密功能。可以全方位保证试验在安全的环境下进行。
图1是本发明高低温在线汽油循环试验系统的基本组成示意图；图2是本发明高低温在线汽油循环试验系统中的可编程序逻辑控制器中所固化的供油模式下的控制流程图；图3是本发明高低温在线汽油循环试验系统中的可编程序逻辑控制器中所固化的非供油模式下的控制流程图。
具体实施例方式
参见图1，本发明的高低温在线汽油循环试验系统，包括试验箱1、供热单元(未图示)和制冷单元(未图示)，试件试验单元2、氮气供应单元3、抽气单元4、计算机检测监控单元5、氧含量传感器6、可燃气含量传感器7和温度传感器8。
试验箱1包括试验箱本体、箱门和电子门锁，试验箱本体和箱门各包括内壁、外壁和中间保温层，其内壁材料为进口SUS304不锈钢板，外壁材料为经表面静电喷塑处理的优质碳素钢板，中间保温层的保温材料为重量轻、耐高低温且阻燃的硬聚胺脂发泡塑料，试验箱的箱门与门框之间采用双层氟橡胶密封条密封，可防止由于密封条因油蚀而造成密封失效。在门框处安装有门框加热丝，以防在低温情况下门框处凝露。箱门上设有电子门锁，该电子门锁与计算机检测监控单元5电连接。试验箱内腔所有连接结构处均采用了氩弧焊工艺，并进行了试漏试验，从而确保试验箱内的汽油分子不能渗透到保温层内。进入试验箱内腔的所有通道均经隔热衬管进出试验箱，该隔热衬管由耐寒、耐热、耐油蚀的高分子材料制成，在隔热衬管与试验箱的连接处以密封胶密封，从而阻止了汽油分子渗透到保温层内及未经组织排放到箱外。电机轴与轴套之间的密封采用了非接触式迷宫密封法，可阻止气体沿轴排出箱外。
供热单元与试验箱1相连用于向试验箱内腔提供升温所需热能，包括一加热器，该加热器与计算机检测监控单元5电连接，由计算机检测监控单元5控制其工作。
制冷单元与试验箱1相连用于向试验箱内腔提供降温所需冷量，包括一制冷机，该制冷机与计算机检测监控单元5电连接，由计算机检测监控单元5控制其工作。
试件试验单元2包括试件试验架(未图示)、供油机构21和供油冷却机构22，试件试验架安装在试验箱内用于固定试件，供油机构21通过燃油管路23与试件9组成循环试验油路，供油冷却机构22包括一换热器221，该换热器设置在该循环试验油路中用于冷却燃油。在换热器221上的进出水口与冷却水源形成循环水回路。试件试验单元2与计算机检测监控单元5电连接，在计算机检测监控单元5的控制下运行。
氮气供应单元3与试验箱1相连用于向试验箱内腔提供氮气，包括电磁阀31、气源板32、进气球阀33，球阀34和球阀35，电磁阀31和球阀34串联，球阀35与该串联管路并联，两并联管路的一端通入试验箱1，另一端连接气源板32。电磁阀31与计算机检测监控单元5电连接，用于在计算机检测监控单元5的控制下向试验箱提供氮气。
抽气单元4与试验箱相连，并与计算机检测监控单元5电连接，用于在计算机检测监控单元5的控制下将试验箱内腔的气体抽出。
计算机检测监控单元5包括一可编程序逻辑控制器，采用德国西门子S7-200可编程控制器为主体的控制单元，该控制单元的CPU单元采用型号为S7-226XM控制器；铂电阻输入�？椴捎眯秃盼狤M231�？椋�2路铂电阻输入；模拟量输入�？椴捎眯秃盼狤M231模块，设4路模拟量输入；人机界面TP170B彩色液晶触摸屏。
计算机检测监控单元中的I/O分配表及定义如下
输入I0.0超温报警；I0.1R22超压；I0.2R13超压；I0.3R22过载；I0.4R13过载；I0.5鼓风电机过载；I1.5气泵故障，仅在高低温在线汽油循环试验时用；输出Q0.0运行时为“1”，停止时为“0”；Q0.1故障报警，当氧含量≥4％，且持续时间大于10分钟时，输出0.5秒脉冲，当可燃气含量≥25％，且持续时间大于5分钟时，输出0.5秒脉冲，中间继电器置1，温度设定值强行改变至-25度，同时强制热输出为零；Q0.2加热侧PID控制；Q0.3冷却侧PID控制；Q0.4制冷控制；A.恒温试验时设定温度低于X度为“1”；B.高低温程序试验时降温段输出为“1”，升温段，设定值小于Y度为“1”；C.高低温油循环试验时降温段输出为“1”，升温段，设定值小于Y度为“1”；二路氧含量任一路≥4％，且持续时间大于10分钟时，输出为“1”，可燃气含量≥25％，且持续时间大于5分钟时，输出为“1”；Q0.5高低温油循环试验时，用做氧含量控制氧含量≥4％时，输出为“1”，氧含量≤3％时，输出为“0”，可燃气含量≥25％时，输出为“1”，可燃气含量≤20％时，输出为“0”；Q0.6PV绝对值报警；
Q0.7画面运行按钮按下，为“1”，按“开锁按钮”弹出开锁密码输入画面，输入正确密码方可开锁，在出现可燃气体和氧气含量超标报警时，还需同时满足箱内温度降低到-20℃条件方可开锁；Q1.0可燃气含量≥25％，且持续时间大于5分钟时，输出为“1”；Q1.1氧含量≥4％，且持续时间大于10分钟时，输出为“1”；Q1.2出现设备报警的所有报警内容时，输出为“1”；Q1.3消防报警。
氧含量传感器6与计算机检测监控单元5电连接用于检测试验箱内的氧含量。
可燃气含量传感器7与计算机检测监控单元5电连接用于检测试验箱内的可燃气含量。
温度传感器8与计算机检测监控单元5电连接用于检测试验箱内的温度。
本发明的可编程序逻辑控制器软件中还设计了基于自由通讯口的计算机通讯软件�？椋煞奖愕厥迪钟肷衔患扑慊耐ㄑ叮杀喑绦蚵呒刂破鞑杉降氖荽偷缴衔患扑慊�。
氧含量传感器6选用德国德尔格公司生产的带氧传感器气体变送器。氧含量传感器将探测到的氧含量参数以4-20mA电流的形式传送到可编程序逻辑控制器。
可燃气含量传感器7选用德国德尔格公司生产的可燃气气体变送器。可燃气含量传感器将探测到的可燃气含量参数以4-20mA电流的形式传送到可编程序逻辑控制器。
温度传感器8采用PT100铂电阻，可编程序逻辑控制器将采集到的温度信号与设定值比较，根据S7-200内置的PID�？榈脑怂悖涑隹刂菩藕趴刂萍尤绕骱椭评浠墓ぷ鳎故匝橄低衬诘奈露却锏焦娑ǖ囊�。可编程序逻辑控制器内置的逻辑判断功能，使单元的温度控制全自动启动和运行，不需手动干预。
请参见图2，本发明的高低温在线汽油循环试验系统在供油模式下的工作控制流程为试验箱开机前，首先检查试验箱内的氧含量及可燃气含量，当氧含量≤3％，或可燃气含量≤20％时，可直接对试验箱进行开机操作；当氧含量＞4％，或可燃气含量＞25％时，可编程序逻辑控制器给出控制信号打开电磁阀，通入氮气，使试验箱内的氧含量和可燃气含量逐渐降低，当达到氧含量≤3％，或可燃气含量≤20％时，可编程序逻辑控制器给出控制信号关闭电磁阀，停止氮气输入，并给出控制信号对试验箱进行开机操作，对有关汽车试件进行恒温或高低温在线汽油循环试验，在试验中，由计算机检测监控单元对试验的温度及温度的升降速率进行实时检测和控制，并对试验箱中的氧含量和可燃气含量进行连续的检测，如试验中无故障发生，则试验一直进行到结束，如试验过程中发生故障，如氧含量≥4％，且持续时间超过10分钟；或可燃气含量≥25％，且持续时间超过5分钟；或抽气泵发生故障，则系统报警，并启动关机程序，强制试验箱降温至-20℃后关机。
在开始进行汽油循环试验时，计算机检测监控单元控制电子门锁闭锁，试验中需输入密码才能打开电子门锁；当试验过程中出现故障报警时，需在试验箱降温到-20℃时才能打开电子门锁。
本发明中所设置的氧含量标准、可燃气含量标准、氧含量和可燃气含量超标持续时间以及试验中的各种温度设定值都可以人工设置和调节。
请参见图3，本发明的高低温在线汽油循环试验系统在非供油模式下，可直接对试验箱进行开机操作，对有关汽车试件进行恒温或高低温试验，在试验中，由计算机检测监控单元对试验的温度及温度的升降速率进行实时检测和控制。
权利要求
1.一种高低温在线汽油循环试验系统，包括试验箱、供热单元和制冷单元，供热单元与试验箱相连用于向试验箱内腔提供升温所需热能，制冷单元与试验箱相连用于向试验箱内腔提供降温所需冷量，其特征在于还包括试件试验单元、氮气供应单元、抽气单元和计算机检测监控单元，以及设置在试验箱内的氧含量传感器、可燃气含量传感器和温度传感器；所述的试件试验单元包括试件试验架、供油机构和供油冷却机构，试件试验架安装在试验箱内用于固定试件，供油机构由燃油泵、控制阀、测量传感器及燃油管路与试件组成循环试验油路，供油冷却机构设置在该循环试验油路中用于冷却燃油；所述的氮气供应单元与试验箱相连用于向试验箱内腔提供氮气，包括一控制氮气供应的电磁阀；所述的抽气单元与试验箱相连用于将试验箱内腔的气体抽出；所述的计算机检测监控单元与供热单元电连接用于控制其向试验箱提供热量、与制冷单元电连接用于控制其向试验箱提供冷量、与抽气单元电连接用于控制其将试验箱内的气体抽出、与试件试验单元电连接用于控制其运行、与氧含量传感器电连接用于检测试验箱内的氧含量、与可燃气含量传感器电连接用于检测试验箱内的可燃气含量、与温度传感器电连接用于检测试验箱内的温度、与氮气供应单元的电磁阀电连接用于控制其向试验箱提供氮气。
2.根据权利要求1所述的高低温在线汽油循环试验系统，其特征在于所述的计算机检测监控单元包括一可编程序逻辑控制器，该控制器的控制系统由S7-200可编程控制器、CPU单元、铂电阻输入模块、模拟量输入�？楹腿嘶缑娲ッ磷槌�。
3.根据权利要求1所述的高低温在线汽油循环试验系统，其特征在于所述的试验箱包括箱体、箱门和电子门锁，试验箱的箱门与门框之间采用双层氟橡胶密封条密封，并安装有门框加热丝；在箱体上设有多个贯穿箱体的隔热衬管，用于各种管、线穿过箱体进入内腔，在隔热衬管与箱体的连接处以密封胶密封；电子门锁安装在箱门上并与计算机检测监控单元电连接。
4.根据权利要求2所述的高低温在线汽油循环试验系统，其特征在于所述的CPU单元采用型号为S7-226XM的控制器；所述的铂电阻输入�？椴捎眯秃盼狤M231�？椋�2路铂电阻输入；所述的模拟量输入�？椴捎眯秃盼狤M231�？椋�4路模拟量输入；所述的人机界面触摸屏为TP170B彩色液晶触摸屏。
5.根据权利要求2所述的高低温在线汽油循环试验系统，其特征在于所述的可编程序逻辑控制器中设计了基于自由通讯口的计算机通讯软件�？椋煞奖愕厥迪钟肷衔患扑慊耐ㄑ�。
6.根据权利要求1所述的高低温在线汽油循环试验系统，其特征在于所述的计算机检测监控单元的可编程序逻辑控制器中固化有以下控制流程A、试验箱开机前，首先检查试验箱内的氧含量及可燃气含量，当氧含量≤3％，或可燃气含量≤20％时，可直接进入C程序；当氧含量＞4％，或可燃气含量＞25％时，进入下一程序；B、当氧含量＞4％，或可燃气含量＞25％时，可编程序逻辑控制器给出控制信号打开电磁阀，通入氮气，使试验箱内的氧含量和可燃气含量逐渐降低，当达到氧含量≤3％，或可燃气含量≤20％时，可编程序逻辑控制器给出控制信号关闭电磁阀，停止氮气输入，进入下一程序；C、当氧含量≤3％，或可燃气含量≤20％时，可编程序逻辑控制器给出控制信号对试验箱进行开机操作，对有关汽车试件进行恒温或高低温在线汽油循环试验，在试验中，由计算机检测监控单元对试验的温度及温度的升降速率进行控制和实时检测，并对试验箱中的氧含量和可燃气含量进行连续的检测，如试验中无故障发生，则试验一直进行到结束，如试验过程中发生故障，则进入下一程序；D、当试验过程中出现氧含量≥4％，且持续时间超过10分钟、或可燃气含量≥25％，且持续时间超过5分钟、或抽气泵发生故障时，系统报警，并启动关机程序，强制试验箱降温至-20℃后关机。
7.根据权利要求6所述的高低温在线汽油循环试验系统，其特征在于所述的控制流程还包括在开始进行汽油循环试验时，计算机检测监控单元控制电子门锁闭锁，试验中需输入密码才能打开电子门锁；当试验过程中出现故障报警时，需在试验箱降温到-20℃时才能打开电子门锁。
8.根据权利要求6所述的高低温在线汽油循环试验系统，其特征在于所述的氧含量标准、可燃气含量标准、氧含量和可燃气含量超标持续时间以及试验中的各种温度设定值都可以人工设置和调节。
9.根据权利要求1所述的高低温在线汽油循环试验系统，其特征在于所述的计算机检测监控单元的可编程序逻辑控制器中还固化有非供油模式下的控制流程在非供油模式下，直接对试验箱进行开机操作，对有关汽车试件进行恒温或高低温试验，在试验中，由计算机检测监控单元对试验的温度及温度的升降速率进行控制和实时检测。
全文摘要
本发明提供了一种高低温在线汽油循环试验系统。该系统包括氮气供应单元、计算机检测监控单元、氧含量传感器、可燃气含量传感器和温度传感器等部件。本发明由于对试验箱采用了良好的密封和保温设计；由于采用了氮气供应单元可及时调节控制试验箱内的氧含量和可燃气含量使其控制在安全范围内；由于采用了计算机检测监控单元，可对试验时的温度、氧含量、可燃气含量进行连续的检测和控制；可以全方位保证试验在安全的环境下进行。
文档编号G01D21/02GK1590971SQ0315065
公开日2005年3月9日 申请日期2003年8月29日 优先权日2003年8月29日
发明者莫诚, 闵志文, 裘明杨 申请人:中国船舶工业第七○八研究所
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