張 璽，蔣 慶，邵建文，姚 燕

（中國計量學(xué)院計量測試工程學(xué)院，浙江杭州 310018）

0 引言

電子膨脹閥作為一種重要的傳統(tǒng)節(jié)流元件，既可控制蒸發(fā)器供液量，又可節(jié)流飽和液態(tài)制冷劑，已廣泛應(yīng)用于空調(diào)、制冷和低溫冷凍系統(tǒng)。它具有調(diào)節(jié)速度快、流量調(diào)節(jié)范圍寬、節(jié)能效果好、溫度控制精度高等特點［1］。電子膨脹閥在不同的開度下的流量是其重要特性，直接關(guān)系著制冷系統(tǒng)的質(zhì)量，因此，流量測試是電子膨脹閥合格與否的一個關(guān)鍵測試指標(biāo)［2］。而由于目前電子膨脹閥流量測試設(shè)備自動化程度低、測試方法不合理、測試件安裝困難、替換工裝夾具費時等，導(dǎo)致測試結(jié)果不準(zhǔn)確、一致性差，準(zhǔn)確的流量測試成為了電子膨脹閥生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)瓶頸［3］。因此，設(shè)計開發(fā)測試結(jié)果準(zhǔn)確、操作快捷的電子膨脹閥流量測試設(shè)備，滿足電子膨脹閥生產(chǎn)企業(yè)的需求，是提高電子膨脹閥產(chǎn)品質(zhì)量的有效途徑。該產(chǎn)品在空調(diào)等制冷業(yè)有廣泛的應(yīng)用前景。

1 測試臺的設(shè)計與開發(fā)

以電子膨脹閥流量特性研究機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，遵照J(rèn)B/T 10386—2002［4］標(biāo)準(zhǔn)的測試方法，對流量測試精度要求為1．5%，壓力測試精度為0．1%，流量檢測壓力為1．5 MPa。電子膨脹閥流量特性測試方法是在一定的實驗條件下，調(diào)節(jié)閥口進氣壓力，鎖定電子膨脹閥前后壓差在0．1 MPa，然后在流量計出氣端排空的條件下測量規(guī)定脈沖數(shù)下的空氣體積流量。氣路部分主要包括空氣壓縮機、儲氣罐、過濾器、精密減壓閥、電磁閥、軟管等。

軟件部分則由VB開發(fā)，該軟件可以直接控制電子膨脹閥各項檢測內(nèi)容，實時顯示工作狀態(tài)和測試參數(shù)，將測試結(jié)果以報表、圖形的方式顯示，還可以將報表保存或打印。

1．1 電器單元

測試臺主控機采用研華IPC 610工業(yè)控制計算機（P4 2．4 G，內(nèi)存256 M，硬盤40 G）實現(xiàn)界面操作和過程控制。人機交互由一個帶觸摸屏的研華液晶顯示器實現(xiàn)，測試臺提供了3種操作方式:觸摸屏、鼠標(biāo)鍵盤、功能按鍵和提示燈，操作方便。利用高性能電子膨脹閥驅(qū)動器實現(xiàn)電子膨脹閥的控制，采用研華數(shù)據(jù)采集卡PCI—1711進行傳感器信號的采集，驅(qū)動器與計算機之間通過串口進行數(shù)據(jù)傳輸。

電子膨脹閥驅(qū)動器在測試臺中起著至關(guān)重要的作用，用來驅(qū)動和控制電子膨脹閥的開度和與工控機實現(xiàn)雙向通信。它是由PIC 24單片機、電源模塊、最小系統(tǒng)、通信模塊和驅(qū)動模塊組成。其中驅(qū)動器主控芯片使用PIC24FJGB110，它是PIC單片機系列中比較先進的一種單片機，有著高性能的CPU［5］。測試臺系統(tǒng)框圖如圖1。

圖1 測試臺系統(tǒng)框圖Fig 1 System block diagram of the test equipment

1．2 氣路單元

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) JB/T 10386—2002［3］設(shè)計了電子膨脹閥流量測試的氣路系統(tǒng)（如圖2所示）?？諌簷C和鋼瓶構(gòu)成的氣源部分提供穩(wěn)定的高/低壓氣體。電子膨脹閥前后安裝NS501壓力傳感器用來測定前后壓差。氣源中的壓縮空氣經(jīng)過過濾器、精密減壓閥再通過被測電子膨脹閥，最后由流量傳感器測出氣體流量。流量傳感器前設(shè)置過濾器，用來過濾氣源氣體中的雜質(zhì)，以防空氣中的雜質(zhì)損害流量傳感器。用精密調(diào)壓閥來調(diào)節(jié)被測電子膨脹閥上游的氣體壓力，根據(jù)顯示值與需要的壓力調(diào)節(jié)電控比例閥保證電子膨脹閥兩端的壓差。

圖2 氣路單元原理框圖Fig 2 Principle block diagram of gas path unit

考慮到流量測量的準(zhǔn)確性，在過濾器后分別設(shè)置三條分支，每條分支上安裝有不同量程的流量傳感器，分別用來測試三路氣體的流量，其量程分別為 0．05～0．5，0．1～10，2～200 L/min，精度為1．5%FS。系統(tǒng)可以根據(jù)被測流量，自動選擇某一支路流量傳感器實現(xiàn)測量，以防止大流量通過時破壞小量程流量計。

2 測試臺的操作控制界面

測試臺的軟件由VB來實現(xiàn)的，為操作者提供一個友好的用戶界面，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的現(xiàn)場控制，方便地對測試臺進行監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集處理、調(diào)試實驗。

系統(tǒng)首先完成各硬件的初始化，通過顯示屏，針對不同的測試目標(biāo)進行設(shè)置、電氣檢測和儀表修正。

上位機以流程圖、表格等形式顯示工作狀態(tài)和各類過程參數(shù)，在檢測時，把采集到的數(shù)據(jù)實時處理，一方面圖形顯示或數(shù)據(jù)顯示，另一方面實時存儲以備存檔或后續(xù)處理，最后判斷電子膨脹閥合格與否，自動統(tǒng)計生產(chǎn)數(shù)和不合格數(shù)。在測試的過程中可以更改各項參數(shù)，并以文件的形式保存下來，比如:設(shè)定曲線參數(shù)，包括測試點數(shù)和各點測試值，最多測試點數(shù)可以達到100點（默認(rèn)測試20點）。該測試臺還能將本機的數(shù)據(jù)輸出為EXCEL格式，供用戶分析，同時具備條碼輸入功能，能按照條碼信息進行數(shù)據(jù)存儲。另外，系統(tǒng)亦可通過以太網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

3 實驗結(jié)果分析

被測樣品為浙江盾安人工環(huán)境股份有限公司的DPF（N型）電子膨脹閥，閥口徑為6．35 mm，采用彎管的形式。

3．1 不同開度下電子膨脹閥的流量特性

將電子膨脹閥安裝在測試裝置上，開啟驅(qū)動電源，保持電子膨脹閥進口溫度為常溫，調(diào)節(jié)電子膨脹閥前后壓差為0．1 MPa，根據(jù)工況規(guī)定進行參數(shù)設(shè)置，待工況穩(wěn)定后，然后使電子膨脹閥從全閉逐漸增大到全開即從0～500脈沖（正行程），每隔50個脈沖驅(qū)動一次。在條件不變的情況下，電子膨脹閥從全開到全閉（反行程），測定數(shù)值如表1。

表1 測試數(shù)據(jù)Tab 1 Test data

由表1可以看出:500左右的脈沖可以使電子膨脹閥達到全開的狀態(tài)，各個開度下流量基本與標(biāo)準(zhǔn)閥相對應(yīng)，最大引用誤差為1．5%，在要求的范圍內(nèi)，上下行程誤差也符合要求。

3．2 流量計的前后位置對流量測量的影響

在上述條件不變的情況下，將流量計置于電子膨脹閥的后端，分別在正行程和反行程測試電子膨脹閥的流量數(shù)據(jù)。改變流量計的位置于電子膨脹閥的前端，分別在正行程和反行程測試電子膨脹閥的流量。得到流量特性曲線如圖3。

圖3 流量計的位置對流量測試的影響Fig 3 Impact of the location of the flow meter on flow test

由以上數(shù)據(jù)可以知道，與流量計置于電子膨脹閥前端時相比，流量計置于電子膨脹閥后面時的流量明顯較大，這是因為流量計位于被測閥后面時有備壓，整個氣路內(nèi)的壓強就變大，電子膨脹閥兩端的壓力就增大，壓縮空氣的進氣流量變大，所以，測得的流量數(shù)據(jù)就變的偏大。實驗證明:流量計放在電子膨脹閥前面測得的流量相對更精確，經(jīng)計算，精度維持在0．11%以內(nèi)。

4 結(jié)論

電子膨脹閥的流量測試是電子膨脹閥的主要性能指標(biāo)，針對這個性能指標(biāo)的測試，自行設(shè)計開發(fā)了電子膨脹閥流量特性測試臺。該測試裝置結(jié)構(gòu)簡單，基本完成電子膨脹閥的流量測試，壓力測試精度達到0．1%FS，流量測試精度小于1．5%FS，測量參數(shù)指標(biāo)達到技術(shù)要求，并且具有方便的計算機控制操作界面。以采集卡PCI—1711為核心硬件，開發(fā)設(shè)備驅(qū)動程序用Visual Basic 6．0編寫同時把采集處理過的數(shù)據(jù)用圖形和列表顯示，完全滿足實際工程要求。

［1］ 汪明旒，王如竹，吳靜怡，等．電子膨脹閥的應(yīng)用領(lǐng)域及關(guān)鍵技術(shù)［J］．制冷與空調(diào)，2009，2（9）:100 －104．

［2］ 張 川，馬善偉，陳江平，等．電子膨脹閥節(jié)流機構(gòu)流量特性的實驗研究［J］．上海交通大學(xué)學(xué)報，2006，40（2）:291 －300．

［3］ 陳乾斌，司 冀．關(guān)于氣動元件流量特性測試系統(tǒng)的研究［J］．液壓氣動與密封，2010（7）:34－37．

［4］ JB/T 10386—2002．家用和類似電子膨脹閥標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［5］ 李永忠．實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中定時程序的設(shè)計［J］．南陽師范學(xué)院學(xué)報，2006（6）:88 －90．