电子膨胀阀流量特性测试台的设计与开发*

张 玺，蒋 庆，邵建文，姚 燕

（中国计量学院计量测试工程学院，浙江杭州 310018）

0 引言

电子膨胀阀作为一种重要的传统节流元件，既可控制蒸发器供液量，又可节流饱和液态制冷剂，已广泛应用于空调、制冷和低温冷冻系统。它具有调节速度快、流量调节范围宽、节能效果好、温度控制精度高等特点［1］。电子膨胀阀在不同的开度下的流量是其重要特性，直接关系着制冷系统的质量，因此，流量测试是电子膨胀阀合格与否的一个关键测试指标［2］。而由于目前电子膨胀阀流量测试设备自动化程度低、测试方法不合理、测试件安装困难、替换工装夹具费时等，导致测试结果不准确、一致性差，准确的流量测试成为了电子膨胀阀生产企业的技术瓶颈［3］。因此，设计开发测试结果准确、操作快捷的电子膨胀阀流量测试设备，满足电子膨胀阀生产企业的需求，是提高电子膨胀阀产品质量的有效途径。该产品在空调等制冷业有广泛的应用前景。

1 测试台的设计与开发

以电子膨胀阀流量特性研究机械行业标准为基础，遵照JB/T 10386—2002［4］标准的测试方法，对流量测试精度要求为1．5%，压力测试精度为0．1%，流量检测压力为1．5 MPa。电子膨胀阀流量特性测试方法是在一定的实验条件下，调节阀口进气压力，锁定电子膨胀阀前后压差在0．1 MPa，然后在流量计出气端排空的条件下测量规定脉冲数下的空气体积流量。气路部分主要包括空气压缩机、储气罐、过滤器、精密减压阀、电磁阀、软管等。

软件部分则由VB开发，该软件可以直接控制电子膨胀阀各项检测内容，实时显示工作状态和测试参数，将测试结果以报表、图形的方式显示，还可以将报表保存或打印。

1．1 电器单元

测试台主控机采用研华IPC 610工业控制计算机（P4 2．4 G，内存256 M，硬盘40 G）实现界面操作和过程控制。人机交互由一个带触摸屏的研华液晶显示器实现，测试台提供了3种操作方式:触摸屏、鼠标键盘、功能按键和提示灯，操作方便。利用高性能电子膨胀阀驱动器实现电子膨胀阀的控制，采用研华数据采集卡PCI—1711进行传感器信号的采集，驱动器与计算机之间通过串口进行数据传输。

电子膨胀阀驱动器在测试台中起着至关重要的作用，用来驱动和控制电子膨胀阀的开度和与工控机实现双向通信。它是由PIC 24单片机、电源模块、最小系统、通信模块和驱动模块组成。其中驱动器主控芯片使用PIC24FJGB110，它是PIC单片机系列中比较先进的一种单片机，有着高性能的CPU［5］。测试台系统框图如图1。

图1 测试台系统框图Fig 1 System block diagram of the test equipment

1．2 气路单元

依据标准 JB/T 10386—2002［3］设计了电子膨胀阀流量测试的气路系统（如图2所示）。空压机和钢瓶构成的气源部分提供稳定的高/低压气体。电子膨胀阀前后安装NS501压力传感器用来测定前后压差。气源中的压缩空气经过过滤器、精密减压阀再通过被测电子膨胀阀，最后由流量传感器测出气体流量。流量传感器前设置过滤器，用来过滤气源气体中的杂质，以防空气中的杂质损害流量传感器。用精密调压阀来调节被测电子膨胀阀上游的气体压力，根据显示值与需要的压力调节电控比例阀保证电子膨胀阀两端的压差。

图2 气路单元原理框图Fig 2 Principle block diagram of gas path unit

考虑到流量测量的准确性，在过滤器后分别设置三条分支，每条分支上安装有不同量程的流量传感器，分别用来测试三路气体的流量，其量程分别为 0．05～0．5，0．1～10，2～200 L/min，精度为1．5%FS。系统可以根据被测流量，自动选择某一支路流量传感器实现测量，以防止大流量通过时破坏小量程流量计。

2 测试台的操作控制界面

测试台的软件由VB来实现的，为操作者提供一个友好的用户界面，实现整个系统的现场控制，方便地对测试台进行监控、数据采集处理、调试实验。

系统首先完成各硬件的初始化，通过显示屏，针对不同的测试目标进行设置、电气检测和仪表修正。

上位机以流程图、表格等形式显示工作状态和各类过程参数，在检测时，把采集到的数据实时处理，一方面图形显示或数据显示，另一方面实时存储以备存档或后续处理，最后判断电子膨胀阀合格与否，自动统计生产数和不合格数。在测试的过程中可以更改各项参数，并以文件的形式保存下来，比如:设定曲线参数，包括测试点数和各点测试值，最多测试点数可以达到100点（默认测试20点）。该测试台还能将本机的数据输出为EXCEL格式，供用户分析，同时具备条码输入功能，能按照条码信息进行数据存储。另外，系统亦可通过以太网络或局域网实现数据共享。

3 实验结果分析

被测样品为浙江盾安人工环境股份有限公司的DPF（N型）电子膨胀阀，阀口径为6．35 mm，采用弯管的形式。

3．1 不同开度下电子膨胀阀的流量特性

将电子膨胀阀安装在测试装置上，开启驱动电源，保持电子膨胀阀进口温度为常温，调节电子膨胀阀前后压差为0．1 MPa，根据工况规定进行参数设置，待工况稳定后，然后使电子膨胀阀从全闭逐渐增大到全开即从0～500脉冲（正行程），每隔50个脉冲驱动一次。在条件不变的情况下，电子膨胀阀从全开到全闭（反行程），测定数值如表1。

表1 测试数据Tab 1 Test data

由表1可以看出:500左右的脉冲可以使电子膨胀阀达到全开的状态，各个开度下流量基本与标准阀相对应，最大引用误差为1．5%，在要求的范围内，上下行程误差也符合要求。

3．2 流量计的前后位置对流量测量的影响

在上述条件不变的情况下，将流量计置于电子膨胀阀的后端，分别在正行程和反行程测试电子膨胀阀的流量数据。改变流量计的位置于电子膨胀阀的前端，分别在正行程和反行程测试电子膨胀阀的流量。得到流量特性曲线如图3。

图3 流量计的位置对流量测试的影响Fig 3 Impact of the location of the flow meter on flow test

由以上数据可以知道，与流量计置于电子膨胀阀前端时相比，流量计置于电子膨胀阀后面时的流量明显较大，这是因为流量计位于被测阀后面时有备压，整个气路内的压强就变大，电子膨胀阀两端的压力就增大，压缩空气的进气流量变大，所以，测得的流量数据就变的偏大。实验证明:流量计放在电子膨胀阀前面测得的流量相对更精确，经计算，精度维持在0．11%以内。

4 结论

电子膨胀阀的流量测试是电子膨胀阀的主要性能指标，针对这个性能指标的测试，自行设计开发了电子膨胀阀流量特性测试台。该测试装置结构简单，基本完成电子膨胀阀的流量测试，压力测试精度达到0．1%FS，流量测试精度小于1．5%FS，测量参数指标达到技术要求，并且具有方便的计算机控制操作界面。以采集卡PCI—1711为核心硬件，开发设备驱动程序用Visual Basic 6．0编写同时把采集处理过的数据用图形和列表显示，完全满足实际工程要求。

［1］ 汪明旒，王如竹，吴静怡，等．电子膨胀阀的应用领域及关键技术［J］．制冷与空调，2009，2（9）:100 －104．

［2］ 张 川，马善伟，陈江平，等．电子膨胀阀节流机构流量特性的实验研究［J］．上海交通大学学报，2006，40（2）:291 －300．

［3］ 陈乾斌，司 冀．关于气动元件流量特性测试系统的研究［J］．液压气动与密封，2010（7）:34－37．

［4］ JB/T 10386—2002．家用和类似电子膨胀阀标准［S］．

［5］ 李永忠．实时数据采集系统中定时程序的设计［J］．南阳师范学院学报，2006（6）:88 －90．