專利名稱：汽車散熱器冷卻風(fēng)量在線測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種流量的測量裝置，特別涉及一種汽車散熱器冷卻風(fēng)量在線測
量裝置。
背景技術(shù)：
汽車散熱器是汽車?yán)鋮s系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，其作用是將發(fā)動機(jī)水套 內(nèi)冷卻液所攜帶的多余熱量經(jīng)過二次熱交換，在外界強(qiáng)制氣流的作用下，將多余的熱量散 發(fā)到空氣中。因此，冷卻系統(tǒng)中散熱器性能的好壞直接影響汽車發(fā)動機(jī)的散熱效果及其動 力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性，乃至產(chǎn)生安全。然而近年來，一方面，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和功率不斷提高，熱負(fù)荷隨之越來越大，另一方 面，為了減少汽車行駛時的空氣阻力和追求完美的外觀，流入散熱器、冷凝器的空氣量有明 顯減少的傾向。在上述不利條件下，為了確保冷卻性能，對散熱器冷卻風(fēng)速以及風(fēng)速的分布 進(jìn)行準(zhǔn)確的測量具有非常重要的意義。目前，對汽車散熱器冷卻風(fēng)量測量的常用方法包括運用CFD(Computational Fluid Dynamics)對發(fā)動機(jī)艙風(fēng)量的模擬計算，采用壓力或熱線式傳感器直接測量等。運用 CFD的模擬計算較為復(fù)雜，且計算結(jié)果仍需要通過汽車散熱器性能試驗做進(jìn)一步驗證；采 用壓力傳感器測量壓差計算冷卻風(fēng)量是較傳統(tǒng)的做法，但是在風(fēng)量較小時，壓差變化不大， 測量誤差較大，準(zhǔn)確性降低；熱線式傳感器利用金屬電阻的物理性質(zhì)，可以測量金屬表面的 流體流速，熱線式傳感器測量靈敏度較高，但熱線安裝困難，亦損壞，不能辨別風(fēng)量的方向， 且不宜在真車行駛試驗下進(jìn)行。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型是針對汽車散熱器冷卻風(fēng)量測量的缺點與不足，提出了一種汽車散熱 器冷卻風(fēng)量在線測量裝置。該裝置輕巧便攜，抗干擾性強(qiáng)，測量精度高，操作簡單，能夠裝載 于真車上完成在線測量，既測量總風(fēng)量，又可獲取風(fēng)量的詳細(xì)分布信息，而且所測風(fēng)量有很 好的指向性。本實用新型的技術(shù)方案為一種汽車散熱器冷卻風(fēng)量在線測量裝置，包括葉輪、 數(shù)據(jù)采集電路、單片機(jī)、通訊接口電路、PC機(jī)和電源轉(zhuǎn)換電路，數(shù)據(jù)采集電路包括微型光電 傳感器、光電傳感器接口電路、葉輪轉(zhuǎn)速頻率計數(shù)電路，葉輪上裝有至少一個微型光電傳感 器，微型光電傳感器信號經(jīng)光電傳感器接口電路到葉輪轉(zhuǎn)速頻率計數(shù)電路后輸入單片機(jī)， 單片機(jī)由通訊接口電路將采集數(shù)據(jù)發(fā)送至PC機(jī)，整個裝置工作電源由標(biāo)準(zhǔn)車載電源經(jīng)電 源轉(zhuǎn)換電路提供。所述葉輪包括葉片、外框、支架及軸承，葉片的轉(zhuǎn)軸上均勻分布了數(shù)個大小相等的 圓孔，各圓孔間相距45°，微型光電傳感器固定在支架的開口處，并正對著圓孔中心。所述單片機(jī)最多可以輸入18路數(shù)據(jù)采集信號。所述通訊接口電路選用RS-232通信接口。[0010]所述葉輪使用輕薄葉輪，厚度為10mm，安裝于汽車散熱器與冷凝器之間。本實用新型的有益效果在于本實用新型汽車散熱器冷卻風(fēng)量在線測量裝置，克 服了壓力或熱線式傳感器風(fēng)向指向性差、無法在線測量等缺陷，通過光電傳感器測量葉輪 轉(zhuǎn)速，由葉輪轉(zhuǎn)速與空氣流量之間的關(guān)系換算出冷卻風(fēng)量，實現(xiàn)簡單、功能強(qiáng)大、性能可靠， 是實現(xiàn)汽車散熱器冷卻風(fēng)量在線測量的理想工具。

圖1為本實用新型汽車散熱器冷卻風(fēng)量在線測量裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型汽車散熱器冷卻風(fēng)量在線測量裝置的光電傳感器接口電路圖；圖3為本實用新型汽車散熱器冷卻風(fēng)量在線測量裝置的葉輪轉(zhuǎn)速頻率計數(shù)電路 圖；圖4為本實用新型汽車散熱器冷卻風(fēng)量在線測量裝置的電源轉(zhuǎn)換電路圖；圖5為本實用新型汽車散熱器冷卻風(fēng)量在線測量裝置的通信接口電路圖；圖6為本實用新型汽車散熱器冷卻風(fēng)量在線測量裝置的風(fēng)量測量值與風(fēng)向偏轉(zhuǎn) 角度關(guān)系曲線圖。
具體實施方式
本實用新型通過葉輪轉(zhuǎn)速與空氣流量之間的關(guān)系間接測量汽車散熱器冷卻風(fēng)量， 裝置結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，整個裝置以單片機(jī)4為核心進(jìn)行調(diào)度，葉輪1裝有微型光電傳感 器，經(jīng)光電傳感器接口電路2、葉輪轉(zhuǎn)速頻率計數(shù)電路3連接到單片機(jī)4，單片機(jī)4由串口接 口電路6將采集數(shù)據(jù)發(fā)送至PC機(jī)7，整個裝置工作電源由標(biāo)準(zhǔn)車載電源經(jīng)電源轉(zhuǎn)換電路5 后提供。葉輪1由葉片、外框、支架及軸承等組裝而成。葉片的轉(zhuǎn)軸上均勻分布了 8個大小 相等的圓孔，各圓孔間相距45°，微型光電傳感器固定在其中一個支架的開口處，并正對著 圓孔中心，其接口電路2如圖2所示。當(dāng)有空氣流動經(jīng)過葉輪時，葉輪轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)軸上的圓 孔隨之轉(zhuǎn)動，光電傳感器發(fā)射端紅外線交替經(jīng)過轉(zhuǎn)軸圓孔區(qū)域和轉(zhuǎn)軸非透光區(qū)域，從而輸 出高低變化的電流信號。風(fēng)量越大，葉輪的轉(zhuǎn)速越高，輸出信號變化頻率越高，反之，風(fēng)量越 小，葉輪轉(zhuǎn)速越低，輸出信號變化頻率越低。由于葉輪轉(zhuǎn)動是葉輪軸平行方向流動空氣的作 用結(jié)果，因此通過葉輪轉(zhuǎn)動測量風(fēng)量有很好的風(fēng)向指向性，不易受流動空氣方向變化的影 響。葉輪轉(zhuǎn)速頻率計數(shù)電路3如圖3所示。光電傳感器接口電路2輸出的電流信號經(jīng) 葉輪轉(zhuǎn)速頻率計數(shù)電路3得到規(guī)則的矩形方波信號，單片機(jī)通過記錄單位時間內(nèi)矩形方波 信號上升沿的次數(shù)來表示葉輪轉(zhuǎn)動頻率數(shù)，由此反映出當(dāng)前時刻通過汽車散熱器冷卻空氣 的流量。實際測量過程中，單片機(jī)最多可同時對18路光電傳感器的信號進(jìn)行處理，各傳感 器信號相互獨立，互不干擾。電源轉(zhuǎn)換電路5如圖4所示，標(biāo)準(zhǔn)車載電源作為整個裝置的外接電源，經(jīng)過電源轉(zhuǎn) 換電路5后，將輸入的12V直流電壓轉(zhuǎn)換為5V直流電壓輸出，為裝置各電子元器件提供了 正常工作電壓。[0023]串口接口電路6為單片機(jī)4與PC機(jī)7提供了強(qiáng)大的通信功能，其接口電路如圖5 所示。單片機(jī)4將各葉輪轉(zhuǎn)動頻率數(shù)由串口接口電路6經(jīng)RS-232串口發(fā)送至PC機(jī)7，PC 機(jī)7側(cè)通過專業(yè)軟件實現(xiàn)風(fēng)量的換算、顯示、保存等，同時PC機(jī)7也可以通過RS-232串口 對汽車散熱器冷卻風(fēng)量在線測量裝置發(fā)送操作指令、設(shè)置采樣間隔和測量時間等參數(shù)。通過葉輪轉(zhuǎn)速與空氣流量的關(guān)系，間接測量汽車散熱器的冷卻風(fēng)量，不僅測量結(jié) 果精度高，而且還具有更強(qiáng)大的功能和特點，具體包括1)、在線測量功能本裝置使用特制輕薄葉輪，厚度僅為10mm，可以安裝于汽車散 熱器與冷凝器之間，且使用標(biāo)準(zhǔn)車載電源作為本裝置的外接電源，因此使得汽車在行駛試 驗時的測量得以實現(xiàn)，測量環(huán)境更貼近真實工況，測量結(jié)果更具有指導(dǎo)意義。2)、低壓損葉輪使用非常細(xì)的輻條和低阻力軸承，使得產(chǎn)生的壓力損失較小，與 散熱器造成的壓損相比，葉輪所造成的壓損很小，可忽略不計。3)、抗干擾性強(qiáng)汽車發(fā)動機(jī)附近電磁干擾比較強(qiáng)，環(huán)境溫度高，由于選用耐高溫 的反射式光電傳感器測量葉輪轉(zhuǎn)速，所以測量結(jié)果不受汽車內(nèi)部高溫和電磁噪聲的影響。4)、風(fēng)向指向性好由于葉輪只檢測與汽車散熱器面垂直的風(fēng)量，因此測量結(jié)果不 受風(fēng)向變化以及其他方向的空氣流動的影響，可以準(zhǔn)確地測量對汽車散熱器起作用的、與 葉輪軸平行方向的有效風(fēng)量。5)、測量信息豐富裝置采用多點分布測量，不僅可以測量總風(fēng)量，還可以獲得風(fēng) 量的分布信息，給汽車水箱散熱器的冷卻性能判斷提供更豐富的依據(jù)。6)、通信功能通過RS-232接口完成單片機(jī)與PC機(jī)的通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、測量參 數(shù)設(shè)置等。7)、操作簡單易行本裝置只需安裝至指定位置，連接車載電源，通過PC機(jī)友好人 機(jī)界面操作，即可實現(xiàn)汽車散熱器冷卻風(fēng)量的在線測量。
權(quán)利要求一種汽車散熱器冷卻風(fēng)量在線測量裝置，其特征在于，包括葉輪、數(shù)據(jù)采集電路、單片機(jī)、通訊接口電路、PC機(jī)和電源轉(zhuǎn)換電路，數(shù)據(jù)采集電路包括微型光電傳感器、光電傳感器接口電路、葉輪轉(zhuǎn)速頻率計數(shù)電路，葉輪上裝有至少一個微型光電傳感器，微型光電傳感器信號經(jīng)光電傳感器接口電路到葉輪轉(zhuǎn)速頻率計數(shù)電路后輸入單片機(jī)，單片機(jī)由通訊接口電路將采集數(shù)據(jù)發(fā)送至PC機(jī)，整個裝置工作電源由標(biāo)準(zhǔn)車載電源經(jīng)電源轉(zhuǎn)換電路提供。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述汽車散熱器冷卻風(fēng)量在線測量裝置，其特征在于，所述葉輪包 括葉片、外框、支架及軸承，葉片的轉(zhuǎn)軸上均勻分布了數(shù)個大小相等的圓孔，各圓孔間相距 45°，微型光電傳感器固定在支架的開口處，并正對著圓孔中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述汽車散熱器冷卻風(fēng)量在線測量裝置，其特征在于，所述單片機(jī) 最多可以輸入18路數(shù)據(jù)采集信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述汽車散熱器冷卻風(fēng)量在線測量裝置，其特征在于，所述通訊接 口電路選用RS-232通信接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述汽車散熱器冷卻風(fēng)量在線測量裝置，其特征在于，所述葉輪使 用輕薄葉輪，厚度為10mm，安裝于汽車散熱器與冷凝器之間。
專利摘要本實用新型涉及一種汽車散熱器冷卻風(fēng)量在線測量裝置，葉輪上裝有至少一個微型光電傳感器，微型光電傳感器信號經(jīng)光電傳感器接口電路到葉輪轉(zhuǎn)速頻率計數(shù)電路后輸入單片機(jī)，單片機(jī)由通訊接口電路將采集數(shù)據(jù)發(fā)送至PC機(jī)，整個裝置工作電源由標(biāo)準(zhǔn)車載電源經(jīng)電源轉(zhuǎn)換電路提供。此裝置克服了壓力或熱線式傳感器風(fēng)向指向性差、無法在線測量等缺陷，通過光電傳感器測量葉輪轉(zhuǎn)速，由葉輪轉(zhuǎn)速與空氣流量之間的關(guān)系換算出冷卻風(fēng)量，實現(xiàn)簡單、功能強(qiáng)大、性能可靠，是實現(xiàn)汽車散熱器冷卻風(fēng)量在線測量的理想工具。
文檔編號G01F1/05GK201622082SQ20102013369
公開日2010年11月3日 申請日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者卞愛奇, 左小五, 沈昱明, 許偉明 申請人:上海理工大學(xué)