散熱器性能測試溫度控制系統(tǒng)的研究

王秋敏，張紅燁，易俊

(1.廣州機械科學研究院有限公司，廣東廣州 510000；2.國機智能科技有限公司，廣東廣州 510000)

散熱器性能測試溫度控制系統(tǒng)的研究

王秋敏1，張紅燁2，易俊1

(1.廣州機械科學研究院有限公司，廣東廣州 510000；2.國機智能科技有限公司，廣東廣州 510000)

汽車散熱器的散熱性能對汽車性能的影響很大，必須準確掌握散熱器的散熱性能。因此對散熱器散熱性能測試系統(tǒng)的要求很高，必須使溫度控制在比較精確的范圍內，檢測結果才具有可比性。詳細介紹了在LabVIEW環(huán)境下利用PID控制方法，精確控制散熱器性能測試過程中水溫的方法。

散熱器性能測試；LabVIEW；溫度控制；PID控制

0 引言

汽車散熱器作為發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中的一個重要零部件，其基本功能是儲存冷卻液并為發(fā)動機降溫。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，各種新型車輛不斷涌現(xiàn)，需要匹配不同散熱性能和阻力性能的散熱器。在散熱器的研制過程中，對不同材料和結構的散熱器必須進行散熱性能和阻力特性測試；在散熱器的批量生產中，同樣需要抽樣測試，檢查散熱器產品的質量，因此散熱器散熱性能測試系統(tǒng)對散熱器設計、生產單位來說是十分重要的測試設備。然而測試散熱器散熱性能對設備的測量和控制精度要求很高，只有誤差在可控制范圍內，檢測結果才有可比性，才能進行車型的合理匹配。

1 國內外相關技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

國外生產與供熱相關產品的大公司例如HONEYWELL、DANFOSS都有自己的試驗臺，我國目前已經建成了多套散熱器性能試驗臺，例如清華大學試驗臺、中國建筑科學研究院空氣調節(jié)所試驗臺、哈爾濱工業(yè)大學試驗臺等，這些試驗臺為我國散熱器產品的設計和定型做出了很大的貢獻。而現(xiàn)有的檢測設備對溫度和流量的檢測和控制精度還不盡如人意，導致散熱器檢測結果的可比較性不高。

2 試驗臺基本組成與原理

在汽車行業(yè)標準QC/T 468-2010《汽車散熱器》中明確規(guī)定：試驗方法用JB/T 2293-1978《汽車、拖拉機散熱器風筒試驗方法》。它規(guī)范了汽車散熱器的性能試驗，為汽車技術的發(fā)展起到了重要作用。在此標準中，試驗裝置的主要部分稱為“風筒”，如圖1所示。

其測試原理為：在散熱器中通入加熱后的水，在風筒內通入空氣。通過測量樣品前后水管的壓力、溫度和流量以及樣品前后風管的壓力、溫度和流量來計算水阻、風阻和散熱性能。涉及最多的就是這些參數(shù)的采集，這個是比較容易實現(xiàn)的。需要控制的就是水的流量、溫度及風管空氣的流量，對于流量很容易控制，使用變頻電機或流量調節(jié)閥即可實現(xiàn)。因此對水溫的控制尤為重要而且不容易實現(xiàn)，故文中對水溫的控制方法進行研究。

3 LabVIEW實現(xiàn)溫度控制的優(yōu)勢

在連續(xù)控制的系統(tǒng)中，PID控制算法得到了廣泛的應用，是技術最成熟的控制方法。LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產生代碼；而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產生的程序是框圖的形式。LabVIEW軟件是NI設計平臺的核心，也是開發(fā)測量或控制系統(tǒng)的理想選擇。

美國國家儀器公司同時也提供了在LabVIEW中使用的PID控制工具包，工程師可以結合NI數(shù)據(jù)采集設備快速有效地搭建一個數(shù)字PID控制器，精確可靠地完成系統(tǒng)需求。通過LabVIEW的人機交互界面，系統(tǒng)可以繪制出溫度的實時曲線，實現(xiàn)實時的溫度控制。

4 利用LabVIEW軟件及NI數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)對溫度的控制

圖2為基于LabVIEW軟件的PID調節(jié)功能編寫的溫度控制程序，此程序中使用了平鋪式順序結構，強制程序運行時先初始化參數(shù)及界面，以避免程序運行過程中出現(xiàn)其他未知的錯誤。圖3為LabVIEW軟件中PID子VI調節(jié)程序框圖。

圖2 基于PID控制的程序框圖

圖3 PID子VI調節(jié)程序框圖

PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的，通過前面板輸入，通過PID子VI自動算出控制量進行控制的。

如圖4所示，軟件運行界面(前面板)在軟件運行過程中會實時顯示當前溫度值、設定溫度值和相應的曲線。圖5為PID子VI的前面板，其中比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)可以在程序運行時從界面輸入。

圖6為溫度數(shù)據(jù)采集子VI的程序框圖。在這里作者使用了National Instruments公司生產的PCI-6071E多功能數(shù)據(jù)采集卡采集溫度信號，并且選用其模擬信號輸入的第7個端口(即AI 6)通道作為采集端口。采樣模式選擇模擬DBL 1通道1采樣。采樣的數(shù)據(jù)放入數(shù)組中，并實時獲得系統(tǒng)上的時間，繪制水箱溫度隨時間變化的曲線圖。采樣結束后使用DAQmx停止采樣任務和DAQmx清除任務來刪除采樣任務，釋放系統(tǒng)緩存，以提高系統(tǒng)運行速度。

圖4 軟件運行界面(前面板)

圖5 PID子VI運行界面(前面板)

圖6 數(shù)據(jù)采集子VI

圖7為加熱控制子VI。在此子VI中，利用上個子VI采集到的溫度值創(chuàng)建了一個局部變量，其值始終等于采集的實時溫度數(shù)值。在這里利用這個值和作者預先設定的溫度值進行比較，當溫度低于設定溫度時，即條件循環(huán)的判定條件為假時，則給定數(shù)字輸出端口0的第0個通道真值，啟動加熱；當實時溫度大于設定溫度時，即條件循環(huán)的判定條件為真時，則給定數(shù)字輸出端口0的第0個通道假值，停止加熱。需要注意的是，這里只是采集卡的對應端口輸出了一個TTL高電平(5 VDC)，此電壓不足以驅動水箱加熱器。所以用這個高電平驅動一個輸入電壓為3 VDC～32 VDC、輸出為24～440 V AC的固態(tài)繼電器，利用固態(tài)繼電器的吸合與斷開來控制水箱加熱棒的工作及停止。

圖7 加熱控制子VI

5 結論

從圖4可以看出：利用此套加熱控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集卡可以實現(xiàn)對溫度的精確控制，溫度偏差在±1 ℃以內，滿足標準規(guī)定的要求。此外可以通過設置PID控制子VI的各項參數(shù)，設置溫度的精確控制。此系統(tǒng)達到了預期目標。

【1】阮奇楨.我和LabVIEW：一個NI工程師的十年編程經驗[M].北京：北京航空航天大學出版社,2009.

【2】張凱,郭棟.LabVIEW虛擬儀器工程設計與開發(fā)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2006.

【3】侯國屏,葉齊鑫.LabVIEW編程與虛擬儀器設計[M].北京:清華大學出版社,2005.

【4】劉其和,李云明.LabVIEW虛擬儀器程序設計與應用[M].北京:化學工業(yè)出版社,2011.

【5】豈興明,田京京,朱洪岐.LabVIEW入門與實戰(zhàn)開發(fā)100例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2014.

【6】陳樹學.LabVIEW實用工具詳解[M].北京:電子工業(yè)出版社,2014.

【7】陳樹學,劉萱.LabVIEW寶典[M].北京:電子工業(yè)出版社,2014.

Research on Temperature Control System for Radiator Performance Test

WANG Qiumin1,ZHANG Hongye2, YI Jun1

(1.Guangzhou Mechanical Engineering Research Institute Co., Ltd., Guangzhou Guangdong 510000,China; 2.SINOMACH Intelligence Technology Co., Ltd., Guangzhou Guangdong 510000, China)

The heat dissipation performance of a car radiator impacts its performance greatly, so the heat dissipation performance of a radiator must be grasped accurately. Hence there are very high requirements on the heat dissipation performance test system for the radiator, so the temperature must be controlled in a relatively precise range, only then the test results have comparability. The precise control method was introduced for water temperature in the process of radiator performance test based on LabVIEW environment, in which proportion integration differential (PID) control method was used.

Radiator performance test; LabVIEW; Temperature control; PID control

2017-05-05

王秋敏(1989—)，女，學士，助理工程師，主要從事汽車零部件檢測與試驗研究。E-mail：18027393652@126.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.05.011

U464.137+.3

B

1674-1986(2017)05-051-04