范偉軍 張?zhí)扃? 漢攀杰 郭斌

摘要：依據(jù)國家汽車制動系統(tǒng)行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研制汽車空氣干燥器干燥效能自動化試驗(yàn)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)加熱裝置、飽和裝置、汽水分離裝置、混合裝置，實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、壓力自動可調(diào)的高溫高濕高壓模擬氣源，采用P1D控制反饋加熱器、電動調(diào)節(jié)閥、電氣比例閥實(shí)現(xiàn)對氣源溫度（室溫～80℃）、相對濕度0～100%、壓力0～1.6MPa的精準(zhǔn)控制，滿足干燥效能測試所需的氣源條件;基于比例流量閥設(shè)計(jì)自動可調(diào)節(jié)負(fù)載氣容45.7～2156.14L，實(shí)現(xiàn)對露點(diǎn)降、干燥器負(fù)載率的控制，滿足干燥器干燥效能測試要求，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制，測量壓力、流量、溫濕度等參數(shù)值，自動分析處理測試數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全過程自動化。試驗(yàn)表明，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地檢測空氣干燥器的干燥效能，不確定度小于0.05，滿足工業(yè)現(xiàn)場的要求。

關(guān)鍵詞：空氣干燥器;自動化檢測;高溫高濕高壓;干燥效能

中圖分類號：TH138 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-5124（2019）06-0088-08

收稿日期：2018-09-16;收到修改稿日期：2018-10-25

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51405463）;浙江省基礎(chǔ)公益研究計(jì)劃項(xiàng)目（LGG18E050009）

作者簡介：范偉軍（1973-），男，湖南邵陽市人，副教授，博士，主要從事汽車零部件檢測及仿真研究。

0 引言

汽車空氣干燥器是利用分子篩的物理吸附效應(yīng)，去除來自空壓機(jī)壓縮氣體中的水分、油、灰塵等雜質(zhì)，保證進(jìn)入氣制動組件中的空氣干燥、干凈，有效防止制動系統(tǒng)中各零件因生銹或凍結(jié)造成的制動系統(tǒng)失效，從而保證行車安全。美國機(jī)動車工程師學(xué)會制定的SAE J2384-1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了應(yīng)用于汽車氣制動系統(tǒng)的空氣干燥器的性能要求和測試方法，保證了空氣干燥器生產(chǎn)與使用的正常秩序。但國外的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)及具體測試指標(biāo)都對外實(shí)行技術(shù)封鎖，很難借鑒。而我國對于汽車空氣干燥器的檢測認(rèn)知起步緩慢，直至2010年才出臺了空氣干燥器性能要求及臺架試驗(yàn)方法（初稿），對國內(nèi)的空氣干燥器使用與制造提出了一定的行業(yè)規(guī)范。

根據(jù)汽車制動部件行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T996-2015《汽車空氣干燥器性能要求及臺架試驗(yàn)方法》，汽車空氣干燥器的干燥能力及干燥效率檢測對測試氣源有較高要求，需高溫高濕高壓氣源，目前為止國內(nèi)還沒有設(shè)計(jì)出能成功完成該項(xiàng)測試的檢測設(shè)備。重慶凱裝自動化設(shè)備有限公司的唐國義針對干燥能力測試臺架提出了一種對壓縮空氣加濕加熱的方法，但未研制出具體的檢測設(shè)備，無法提供試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù);浙江萬安科技股份有限公司的李小攀等[1]只針對標(biāo)準(zhǔn)提出了干燥效能檢測方法和設(shè)備的優(yōu)化改進(jìn)措施，也未提出具體檢測方案和檢測裝置的研制，無法滿足用戶對汽車空氣干燥器干燥效能的檢測要求以投入工業(yè)使用[2-6]。

本文根據(jù)汽車制動部件行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T996-2015，研制國內(nèi)首臺滿足大型貨車和客車精度要求的干燥器干燥效能自動化試驗(yàn)系統(tǒng)，具有重要的實(shí)際意義。

1 干燥效能試驗(yàn)系統(tǒng)需求分析

汽車空氣干燥器干燥效能試驗(yàn)要求在干燥器被通人氣源溫度不低于73℃、相對濕度97%～100%、流量330～350L/min的測試條件下，使干燥器以小于33%的負(fù)載率加壓和卸壓（即卸壓時(shí)間為加壓時(shí)間的2倍以上），通過加大與干燥器出氣口相連的貯氣筒體積，使干燥器加壓時(shí)間延長，從而一個(gè)循環(huán)所處理的空氣增多，干燥度降低，貯氣筒內(nèi)部露點(diǎn)溫度升高。當(dāng)貯氣筒露點(diǎn)降（DPD22）為17℃時(shí)，干燥器一個(gè)循環(huán)所處理的空氣體積為其干燥能力，對于系統(tǒng)沖洗式干燥器，應(yīng)減去沖洗體積。干燥效率為式中：η——干燥器干燥效率;

V_D——干燥器一個(gè)循環(huán)的干燥體積;

V_P——干燥器沖洗體積。

為滿足干燥效能試驗(yàn)對進(jìn)氣口測試氣體高溫、高濕、流量恒定的試驗(yàn)要求，同時(shí)兼顧干燥器低溫環(huán)境試驗(yàn)進(jìn)氣口空氣相對濕度40%～60%的測試條件，需設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制（室溫～80℃）、相對濕度控制0～100%、壓力控制0～1.6MPa的環(huán)境模擬氣源。通過設(shè)置進(jìn)氣口壓力≥1.2MPa保證氣源流量的穩(wěn)定性，并采用電氣比例閥實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控。

考慮到對干燥效能測試時(shí)，一個(gè)33L的標(biāo)準(zhǔn)貯氣筒無法滿足露點(diǎn)降低至17℃，采用串并聯(lián)貯氣筒的方式來加大貯氣筒體積，控制露點(diǎn)降變化。但固定容積的貯氣筒只能保證體積間斷性變化，無法實(shí)現(xiàn)體積連續(xù)可調(diào)，特在出氣口處增加比例流量閥，通過調(diào)節(jié)比例流量閥來控制出氣口空氣流量，允許在加壓期間從貯氣筒有一個(gè)可控制的泄漏量，以模擬一個(gè)容量大于固定容積且連續(xù)可調(diào)的負(fù)載氣容;而卸壓時(shí)比例流量閥可以使得氣體以較小的流量流向大氣，延長卸壓時(shí)間，以保證卸壓時(shí)間為加壓時(shí)間的兩倍以上。

結(jié)合上述試驗(yàn)系統(tǒng)的需求分析，提出汽車空氣干燥器干燥效能試驗(yàn)系統(tǒng)中的主要技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)，如表1所示。

2 干燥效能試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于以上試驗(yàn)需求分析，設(shè)計(jì)干燥效能試驗(yàn)系統(tǒng)的測試管路、高溫高濕高壓模擬氣源和自動可調(diào)負(fù)載，再根據(jù)系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)測試管路設(shè)計(jì)

為保證試驗(yàn)系統(tǒng)正常運(yùn)行，該系統(tǒng)應(yīng)該具有穩(wěn)定干凈且滿足規(guī)定中試驗(yàn)要求的高溫高濕氣壓源，監(jiān)控氣源的檢測裝置以及控制氣體流向的通斷裝置?；诖嗽O(shè)計(jì)了汽車空氣干燥器干燥效能試驗(yàn)系統(tǒng)，管路原理圖如圖1所示。

氣源的進(jìn)氣壓力設(shè)置為1.2MPa，通過電氣比例閥精準(zhǔn)控制，為試驗(yàn)裝置提供高壓氣源。電氣比例閥采用NORGREN系列，量程為0～16bar（1bar=0.1MPa），可以實(shí)現(xiàn)氣源氣壓的連續(xù)和無極調(diào)節(jié)以保證流量恒定在330～350L/min;進(jìn)出氣口處安裝有流量傳感器、溫濕度計(jì)和氣壓傳感器，用來實(shí)現(xiàn)進(jìn)出氣空氣口流量、溫濕度和氣壓的實(shí)時(shí)監(jiān)控和采集，流量傳感器采用矽翔MF5000系列氣體流量計(jì)，進(jìn)氣口流量計(jì)量程8～800L/min，出氣口流量計(jì)量程3～300L/min，準(zhǔn)確度1.7%;溫濕度計(jì)量程0～100%，準(zhǔn)確度0.8%;氣壓傳感器采用HUBA系列傳感器，量程0～16bar，準(zhǔn)確度為0.25%，滿足測試需求;旁通電磁閥的目的是允許壓縮空氣連續(xù)流動，幫助保持干燥器進(jìn)氣口空氣溫度恒定。在加壓期間，該閥關(guān)閉，壓縮空氣流過干燥器;在卸壓期間，該閥打開，壓縮空氣流向大氣中[1]。出氣口處的調(diào)壓閥采用SMC AR系列，用于實(shí)現(xiàn)對出氣口壓力的精準(zhǔn)調(diào)控。

設(shè)計(jì)采用50L和100L貯氣筒串聯(lián)的方式加大貯氣筒體積，實(shí)現(xiàn)貯氣筒內(nèi)部露點(diǎn)降的控制，分別由氣控閥14、15控制通斷;實(shí)時(shí)采集露點(diǎn)溫度的露點(diǎn)傳感器采用CS系列，量程-60～20℃，準(zhǔn)確度2℃，滿足測試需求;考慮到增加150L體積無法滿足露點(diǎn)降低至17℃的可能，預(yù)留了一條支路用于添加其他容積的貯氣筒，由氣控閥16控制通斷;比例流量閥通過控制出氣口空氣流量，在加壓期間模擬一個(gè)連續(xù)可調(diào)的負(fù)載氣容，在卸壓期間控制卸壓時(shí)間，確保負(fù)載率小于33%。比例流量閥采用DURAY系列DFCV35-02，接口G3/8，操作壓力最高達(dá)10bar（1bar=10⁵Pa），氣體流量270L/min，孔徑3mm，滿足測試要求。高溫高濕模擬氣源用來實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣口氣源溫濕度的精準(zhǔn)調(diào)控。

2.2 高溫高濕模擬氣源設(shè)計(jì)

考慮到將加熱、加濕放在一起對出口空氣的質(zhì)量控制難度較大，故將模擬氣源的溫濕度分開調(diào)控。因空氣含濕量只與溫度相關(guān)，采取對空氣加熱處理后再等溫加濕的方式，即加熱到同溫度下的飽和濕空氣和干空氣混合，通過調(diào)節(jié)干濕空氣的流量比，來控制所需工作氣體的相對濕度。

混合后氣體的相對濕度為混合氣中所含的水汽壓強(qiáng)與同溫度下飽和水汽壓強(qiáng)之比[7]。假設(shè)干氣、飽和氣以及混合氣溫度相同，飽和濕空氣的水蒸氣分壓為P_b，干氣與飽和氣的流量比為χ_wd，則混合后氣體的相對濕度φ為：

基于以上分析，高溫高濕模擬氣源管路設(shè)計(jì)如圖2所示。

系統(tǒng)包括由加熱裝置、飽和裝置、汽水分離裝置構(gòu)成的純濕路支路，用于產(chǎn)生一定溫度的飽和濕空氣，由氣控閥1控制通斷;由電動調(diào)節(jié)閥、加熱裝置構(gòu)成的純干路支路，用于產(chǎn)生一定溫度的干空氣，由氣控閥2、3控制通斷;氣控閥4控制兩支路混合狀態(tài)。電動調(diào)節(jié)閥8控制干濕空氣流量分配，即溫濕度計(jì)22采集混合氣的濕度值，PID反饋電動調(diào)節(jié)閥控制干空氣流量，以此建立濕度PID控制回路23，實(shí)現(xiàn)對測試氣體濕度的精準(zhǔn)調(diào)控。

測試氣體在純濕路支路中經(jīng)加熱裝置A空氣加熱后進(jìn)入飽和裝置B進(jìn)行濕熱交換達(dá)到飽和，多余的液滴經(jīng)過汽水分離裝置C去除，溫度傳感器19數(shù)據(jù)采集當(dāng)前溫度輸送給工控機(jī)，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)的PID控制算法，將控制信號輸出給加熱裝置提供濕熱交換所需的熱量，形成溫控回路24;純干路支路主要實(shí)現(xiàn)空氣加熱，溫度控制通過加熱裝置自身溫控回路25實(shí)現(xiàn)。加熱裝置、飽和裝置、汽水分離裝置和混合裝置具體設(shè)計(jì)如下。

1）加熱裝置設(shè)計(jì)

加熱裝置采用設(shè)計(jì)空氣加熱器.如圖3所示。

加熱罐內(nèi)發(fā)熱元件為電加熱管，不銹鋼304無縫管裝入Cr20Ni80電阻絲，空隙部分填滿氧化鎂粉后縮管而成，電流通過電阻絲向外擴(kuò)散足夠多的熱量加熱空氣;罐內(nèi)設(shè)置迷宮式折流板，保證空氣充分加熱;罐外加裝厚度≥100mm的保溫層，保證空氣加熱到很高的溫度，殼體溫度≤35℃;加熱器出口處設(shè)置出氣溫度測點(diǎn)，采用分度號為PT100的愷裝鉑電阻，用于加熱器溫度的反饋調(diào)控。

加熱器設(shè)計(jì)功率P為[8]：

P=η₁（L×△t）/3000（3）式中：L——送風(fēng)量，m³/h;

△t——空氣溫升，℃;

η_-——加熱器熱效率（一般取85%）。

按流量傳感器可監(jiān)測的最大進(jìn)氣口流量600L/min和-50～250℃的工作溫升算得最大加熱功率需3.06kW。

加熱器配置控制箱，用來實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源、溫控、超溫報(bào)警等控制;控制箱內(nèi)設(shè)端子排用于連接電加熱管的接線端和溫度傳感器信號線，溫度傳感器采集當(dāng)前溫度值，通過溫控儀內(nèi)部PID控制算法反饋給電加熱管，改變其電阻絲的加熱功率實(shí)現(xiàn)對加熱溫度的精準(zhǔn)控制;控制箱通過485串口連接工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)加熱器的在線調(diào)控。

2）飽和裝置設(shè)計(jì)

通過飽和裝置對加熱處理后的空氣充分加濕，以得到100%的飽和濕空氣。飽和器方案如圖4所示，加熱器提供熱量來源，由水泵提供的高壓水在濕熱交換腔內(nèi)通過霧化噴頭均勻霧化噴入過量水霧，熱空氣與水霧長時(shí)間接觸含濕量增加最終達(dá)到飽和。

具體濕熱交換過程涉及的加濕量和熱補(bǔ)償計(jì)算如下。

①加濕量計(jì)算

濕熱交換腔絕熱，水霧液滴遇到熱空氣后吸熱汽化，空氣溫度降低，二者總焓值不變，屬等焓加濕。其中需噴入過量水霧以保證空氣飽和所需的加濕量。

對質(zhì)量流量為Q（t），溫度為t的干空氣進(jìn)行加濕達(dá)到飽和，所需的加濕量為[9]：

E（t）=ρ·Q（t）·k·（d₂-d₁）（4）式中：ρ——空氣密度1.2kg/m³;

k——安全系數(shù)，取1.1～1.2;

d₁、d₂——加濕前后空氣含濕量，kg/kg。

那么水泵所需達(dá)到的噴霧量W則為[9]：

W（t）=E（t）÷η₂（5）其中η_溝為加濕效率，一般取30%～40%[9]。

裝置選用ULKA的EP5電磁泵，平均流量650mL/min，功率48W，工作壓力15bar，試驗(yàn)表明滿足需求。

②熱補(bǔ)償計(jì)算

等焓加濕后濕熱交換腔內(nèi)空氣溫度降低，需加熱器增加功率（即增加干空氣輸入濕熱交換過程中的熱量），以保證氣體達(dá)到飽和的同時(shí)滿足測試溫度要求。用PID反饋控制空氣加熱器實(shí)現(xiàn)自動匹配濕熱交換所需的熱量補(bǔ)償Q_熱（忽略水霧焓值影響）[10]。

Q_熱=C·M·△T（6）式中：C——空氣的比熱容1.01kJ/（kg·℃）;

△T——加濕前后空氣的溫度差，℃;

M——為空氣質(zhì)量，kg，可表示為：其中t₀、t是溫度發(fā)生變化前后的時(shí)刻，min。

設(shè)體積流量為340L/min的空氣在加濕1min前后溫度變化5℃，加熱器需提供的補(bǔ)償熱量為2.06kJ。

3）汽水分離裝置

經(jīng)加濕處理后的飽和濕空氣，由于溫度或壓力的改變，部分氣態(tài)水分子會轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，以水滴狀態(tài)凝結(jié)而從濕空氣中分離出來，因此需將該氣液兩相混合物經(jīng)過汽水分離裝置，將水滴分離。設(shè)計(jì)采用離心式汽水分離器，如圖5所示。

大量含水的濕空氣進(jìn)入汽水分離器，并在其中以離心向下傾斜式運(yùn)動，夾帶的水份由于速度的降低而被分離出來，被分離出來的液體流入下部經(jīng)疏水閥排出體外，干燥清潔的飽和氣體從分離器出口排出。閥體材料選用不銹鋼304，進(jìn)出氣口管徑DN25，疏水口DN15，容量6L，工作壓力1.0MPa，工作溫度最高325℃，分離效率可達(dá)99.9%，壓降約為5%。，滿足試驗(yàn)需求。

4）混合裝置設(shè)計(jì)

為保證飽和濕空氣和干空氣的均勻混合，首先要使引入的空氣形成良好的主體擴(kuò)散，即分裂成尺度盡可能小的微團(tuán)（湍流擴(kuò)散），以增大接觸面積，然后通過分子擴(kuò)散完成混合。設(shè)計(jì)采用靜態(tài)混合器，通過固定在管內(nèi)的混合單元內(nèi)件，使二股或多股流體產(chǎn)生切割、剪切、旋轉(zhuǎn)和重新混合，達(dá)到流體之間良好分散和充分混合的目的。結(jié)構(gòu)如圖6所示。

混合單元是由一定規(guī)格的波紋板組裝而成的圓柱體，最高分散程度1～2μm，混合不均勻度系數(shù)≤5%，能夠滿足干空氣與飽和濕空氣氣液兩相流的均勻混合，其單位長度的壓力降△P為[11]：式中：ρ_c——工作條件下混合氣密度，kg/m³;

u——混合氣工作條件下流速，m/s;

L——靜態(tài)混合器長度，m;

dh——水力直徑，mm。

設(shè)計(jì)L=1000mm，dh=5mm，管徑100mm的靜態(tài)混合器，混合氣流量按340L/min，密度取1.2kg/m³，可算得△P為6.976Pa，壓力損失小，能夠滿足試驗(yàn)需求。

2.3 自動可調(diào)負(fù)載控制

基于比例流量閥控制設(shè)計(jì)的自動可調(diào)負(fù)載主要用于在干燥效能試驗(yàn)加壓期間實(shí)現(xiàn)貯氣筒體積的連續(xù)增大，卸壓期間實(shí)現(xiàn)對負(fù)載率小于33%的精準(zhǔn)控制。

1）負(fù)載氣容

加壓過程中，比例流量閥通過控制出氣口流量來模擬一個(gè)容量大于固定容積貯氣筒的負(fù)載氣容V_i滿足體積的加大，可通過對進(jìn)氣口流量進(jìn)行加壓時(shí)間的積分計(jì)算：式中：Q_a（t）加壓時(shí)進(jìn)氣口流量;

t₁——回座壓力（干燥器一個(gè)循環(huán)加壓開始）的時(shí)刻;

t₂——切斷壓力（干燥器一個(gè)循環(huán)加壓結(jié)和的時(shí)刻。

對于反吹式干燥器，反吹體積根據(jù)產(chǎn)品性能計(jì)算：式中：P_切——干燥器切斷壓力;

P_吹——干燥器反吹壓力;

V_吹——反吹容積;

P_c——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

那么干燥能力，即干燥器一個(gè)循環(huán)所處理的干燥體積V_D為：

V_D=V_i-V_P（11）

2）負(fù)載率控制

在卸壓過程中比例流量閥控制出氣口氣體以較小的流量流向大氣，延長卸壓時(shí)間，實(shí)現(xiàn)卸壓時(shí)間為加壓時(shí)間的兩倍以上。

①加壓時(shí)間計(jì)算

設(shè)干燥器在進(jìn)出氣口流量恒定的理想狀態(tài)下，以P=（140±10）kPa的壓差向固定容積貯氣筒Vo加壓，那么一個(gè)循環(huán)所處理的標(biāo)況體積V為：式中：Q_a——加壓時(shí)進(jìn)氣口流量值;

Q_b——加壓時(shí)出氣口流量值;

t₀——一個(gè)循環(huán)加壓時(shí)間。

其中貯氣筒加大的體積AV滿足：

△V=Q_bt₀（13）

結(jié)合公式（12）、式（13）可得加壓時(shí)間to：

②卸壓時(shí)間計(jì)算

設(shè)干燥器在出氣口流量恒定的理想狀態(tài)下以P=（140±10）kPa的壓差卸壓，一個(gè)循環(huán)所排出的標(biāo)況體積V為：式中：Q_b'——卸壓時(shí)出氣口流量值：

t₁——個(gè)循環(huán)卸壓時(shí)間。

則可得卸壓時(shí)間t，：

為保證負(fù)載率小于33%，需21₀≤t₁，即：

可得卸壓時(shí)出氣口流量的控制公式為：

當(dāng)△V=0時(shí)，即加壓過程中出氣口流量Q_b=O，固定容積貯氣筒最小取V_0min=33L，壓差取P=140kPa，則根據(jù)式（14）可算得最快加壓時(shí)間t_0min=8.07s，根據(jù)式（18）可得卸壓時(shí)出氣口流量Q_b'控制不得高于170L/min。

③負(fù)載容量計(jì)算

當(dāng)V₀=33L，Q_b=0時(shí)，負(fù)載氣容容量最小，壓差取P=140kPa，則最小容量為：

由于出氣口設(shè)置的流量傳感器量程為3-300L/min，即加壓過程中允許泄露的最大流量Q_bmax=300L/min，固定容積貯氣筒最大體積取V_0max=33+50+100=183L，壓差取P=140kPa，則根據(jù)式（14）可算得最長加壓時(shí)間t_0max=6-34min，此時(shí)負(fù)載氣容容量最大，最大容量為：

所以負(fù)載氣容的容量范圍為45.7～2156.14L。

2.4 數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分構(gòu)成，結(jié)構(gòu)原理圖如圖7所示。

數(shù)據(jù)采集卡通過接線端子板、功率放大板以及調(diào)理電路、轉(zhuǎn)換電路與系統(tǒng)中的氣壓傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、露點(diǎn)計(jì)、溫濕度計(jì)、操作按鈕等進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。PCI-1716采集傳感器、操作按鈕等輸出的AI，DI信號，送交工控計(jì)算機(jī)分析處理，并同PCI-1730輸出AO信號給電氣比例閥、比例流量閥，DO信號給氣控閥，控制測試氣路狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)測試過程，DO信號同時(shí)控制指示燈進(jìn)行聲光報(bào)警以及不合格提示。

軟件部分負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)硬件模塊，處理數(shù)據(jù)以及人機(jī)交互?；贚abVIEW平臺，采用模塊化設(shè)計(jì)，將不同的功能模塊分裝成獨(dú)立的子VI，主程序通過靜態(tài)連接或動態(tài)加載的方式調(diào)用子VI。根據(jù)軟件功能需求分析，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件分為6個(gè)模塊，分別為主程序模塊、參數(shù)配置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、性能測試模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、報(bào)表生成模塊。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析及不確定度評定

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

選取一個(gè)內(nèi)置反吹的干燥器總成樣品A連接到圖1所示的試驗(yàn)裝置上進(jìn)行長時(shí)間測試，共測試10次，其中1次測試詳情如下。

啟動高溫高濕模擬氣源系統(tǒng)，待測試氣體達(dá)到進(jìn)氣口試驗(yàn)要求后，干燥器以（140±10）kPa加壓和卸壓，使出氣口壓力在680～840kPa范圍內(nèi)進(jìn)行周期性循環(huán)，壓力、流量、溫濕度變化曲線如圖8所示。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)樣品循環(huán)至58周期時(shí)露點(diǎn)溫度基本穩(wěn)定下來，測試穩(wěn)定露點(diǎn)降為24℃，此時(shí)貯氣筒的標(biāo)況體積為45.7L;調(diào)節(jié)比例流量閥電壓系數(shù)為4，出氣口流量為137L/min，加大的體積AV為30.8L，此狀態(tài)下循環(huán)至147周期露點(diǎn)降穩(wěn)定在22℃;繼續(xù)調(diào)整電壓系數(shù)為4.2，出氣口流量為144L/min，AV為33.61L，循環(huán)至350周期露點(diǎn)降基本穩(wěn)定在17℃，此時(shí)反吹體積為18.2L，干燥體積V_D為64.64L，干燥效率按式（1）計(jì)算得78.03%，測試結(jié)束。試驗(yàn)過程中露點(diǎn)降變化調(diào)整圖如圖9所示。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

同一個(gè)干燥器一次測試過程中，負(fù)載氣容體積與露點(diǎn)降成反比，即負(fù)載氣容體積增大，露點(diǎn)降下降，反之上升。通過加壓期間調(diào)節(jié)比例流量閥控制出氣口流量實(shí)現(xiàn)對負(fù)載氣容體積的連續(xù)可調(diào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對露點(diǎn)降的控制。

同一個(gè)干燥器進(jìn)行多次測試過程中，初始露點(diǎn)降每一次測試時(shí)并不相同，不能確定其值，達(dá)到目標(biāo)露點(diǎn)降增加的體積也有所不同，比例流量閥的調(diào)整依試驗(yàn)時(shí)露點(diǎn)降情況而定。因此，只記錄對調(diào)整后露點(diǎn)降穩(wěn)定在17℃時(shí)的最終數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果分析。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

樣品A的10次測試反吹體積標(biāo)準(zhǔn)差s（V_P）為0.37L，干燥體積標(biāo)準(zhǔn)差s（V_D）為1.77L，干燥效率標(biāo)準(zhǔn)差為0.77%，均在合理偏差范圍內(nèi)。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著測試次數(shù)的增加，樣品的干燥能力及干燥效率呈下降趨勢，原因是每測試一次，樣品內(nèi)部的分子篩都要對濕空氣進(jìn)行脫水干燥，增加了分子篩內(nèi)部的含水量，使得干燥性能有所下降。多次試驗(yàn)表明，樣品A的干燥能力滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，干燥效率不低于70%，產(chǎn)品合格。

3.3 不確定度評定

由干燥體積和反吹體積測量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u₁，u₂用A類方法評定。

數(shù)據(jù)采集卡、傳感器等引起的不確定度使用B類方法評定。查閱相關(guān)資料可得[12-16]，氣壓傳感器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u₃約為0.036MPa，數(shù)據(jù)采集卡對氣壓采集系統(tǒng)造成的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u₄約為0.006MPa;溫度傳感器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u，約為0.021℃，濕度傳感器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u₆約為0.0195%，流量傳感器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u₇約為0.014L/min，露點(diǎn)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u₈約為0.029℃。

系統(tǒng)測量合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u_c為：

由此可知，該設(shè)備試驗(yàn)不確定度小于0.05，重復(fù)性好，滿足實(shí)驗(yàn)要求。

4 結(jié)束語

根據(jù)汽車制動系統(tǒng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，本文設(shè)計(jì)了國內(nèi)首臺自動化汽車空氣干燥器干燥效能試驗(yàn)系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠成功產(chǎn)生壓力可控0～1.6MPa、室溫～80℃溫度可調(diào)、相對濕度0～100%可控的高溫高濕高壓測試氣源，滿足干燥效能的測試要求;設(shè)計(jì)容量45.7～2156.14 L連續(xù)自動可調(diào)負(fù)載氣容實(shí)現(xiàn)對露點(diǎn)降及負(fù)載率的控制，確保汽車空氣干燥器干燥效能試驗(yàn)的完成。計(jì)算機(jī)全過程實(shí)時(shí)控制與測量，高效、智能、便捷。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，測試數(shù)據(jù)可靠，已成功投入企業(yè)中使用。

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（編輯：劉楊）