水泵高溫測試系統的研制

李子琦，張繼紅，鄧謹

(上海出入境檢驗檢疫局，上海 200135)

由于水泵在國民經濟發展中有著廣闊的應用市場，所以為了設計并制造出滿足各行各業要求的高性能、高質量的水泵，從20世紀80年代末90年代初開始，伴隨著電子技術的廣泛運用和測試儀器儀表、自動控制技術的飛躍發展，國內一些科研單位相繼對水泵測試裝置進行研究和開發，為水泵質量的不斷提高、水泵性能的不斷完善發揮了先導作用。

目前在水泵的檢測領域，國內外的實驗室大多僅有部分檢測能力，即部分試驗室僅注重水泵的能效檢測，無安全認證的資質;部分實驗室僅有安全認證的設備，無法滿足水泵能效、溫度、性能的檢測要求。例如，當被試水泵的額定溫度超過100℃時，在試驗過程中會導致循環水沸騰，從而使得現有實驗裝置無法對水泵進行測試。

1 原理設計

為解決上述問題，同時節約更多的場地，提高檢測設備的使用率，作者所在的團隊研制出一套主要用于水溫為60～110℃泵類試驗的測試系統。

該系統人機交互界面使用歐姆龍的觸摸屏，采用友好、直觀的界面為試驗人員提供測試功能的選擇(具體電氣原理圖見圖1);使用高性能歐姆龍可編程控制器PLC進行各種測試控制量的信號采集、輸出，完成測試功能編寫、處理與觸摸屏的各類信息傳輸與反饋;系統的測試終端采用高精度的PT100進行溫度采集與反饋，采用了高精度壓力傳感器、流量計等裝置對測試循環回路中的水壓、流量進行監測并控制，除了能夠測量各個關鍵測試量值之外，還能探測并反饋各類異常信息，方便工程師排除各種異常情況，保證測試安全且最終達到各項測試的要求。

圖2為高溫水泵試驗裝置的系統圖。加熱水箱、升壓裝置、試驗水泵、流量計和排氣閥依次相連形成測試循環系統。其中，在加熱水箱1的輸入端處還設置有一進水管路，進水管路與外界水源相連通，為測試循環系統提供循環用水;進水管路上依次設置有第一壓力表9、第一閥門15、減壓閥10和第二閥門16，第一壓力表9用于檢測進水壓力，減壓閥10用于控制進水壓力，防止進水壓力過大，第一閥門15和第二閥門16用于控制進水的通斷。循環水自進水管路進入加熱水箱1后進行加溫，獲得試驗所需溫度的試驗循環用水;其中，加熱水箱1包括水箱和設置在水箱內的加熱器，加熱器與PID控制器7相連，加熱器與PID控制器7之間設置有可控硅整流器 (SCR)6;水箱的出水端設置有一溫度傳感器8，PID控制器7還與溫度傳感器8相連;通過PID控制器7對加熱水箱內的溫度值進行設定，并控制加熱器進行加熱，溫度傳感器8獲取水箱出水端的溫度并將溫度信息反饋給PID控制器7，PID控制器7再根據溫度信息來控制加熱器的通斷。

圖1 可編程控制器與觸摸屏電氣原理圖

圖2 水泵高溫測試系統原理圖

此系統中的升壓裝置設置在加熱水箱與試驗水泵之間的回路上，升壓裝置采用膨脹水箱2;膨脹水箱2用于放置在加熱超過100℃的情況下沸騰循環水，在膨脹水箱2的作用下超過100℃的循環水的壓強變大，使得循環水的沸點變高，保證了對水溫超過100℃的水泵的測試試驗順利完成。膨脹水箱2與試驗水泵3之間還依次設置有溫度表11和壓力開關12，溫度表11用于監測試驗水泵的入水溫度，壓力開關12用于監測試驗水泵的入水壓力同時監控膨脹水箱內壓力。

此系統中，試驗水泵3的輸入端和輸出端上分別設置有第三閥門17和第四閥門18，第三閥門17和第四閥門18用于控制試驗水泵3兩端進出水的通斷，以便于裝卸或更換試驗水泵3;控制試驗水泵3兩端還可分別并列設置2個或2個以上的閥門，如圖2所示，此時此系統可用于2個或2個以上的試驗水泵同時進行實驗。

此系統中，試驗水泵3與流量計4之間的回路上還依次設置有第二壓力表13、流量調節閥組19和安全閥14;第二壓力表13用于監測試驗水泵的出水壓力;流量調節閥組19包括2條或2條以上并聯設置的管路，每條管路上均設置有閥門，且每條管路根據需要設計成不同尺寸的管路，通過打開不同尺寸管路上的閥門來實現流量的調節;安全閥14用于保護整個循環回路。

2 系統實現

圖3和圖4所示分別為此水泵高溫測試系統的實物測試回路圖及控制柜，整個回路為閉式回路，測量時需要將回路與外部水源隔斷。

圖3 水泵高溫測試系統

圖4 水泵高溫測試系統控制柜

同時，在系統人機交互界面的控制觸摸屏首頁上選擇高溫測試按鈕進入高溫測試界面。此系統有兩個控制界面，分別為高溫測試試驗水泵和高溫測試加熱器。高溫測試試驗水泵用于控制高溫回路中被試樣品的供電情況;高溫測試加熱器用于控制高溫回路中的加熱器電源通斷。此系統設置了高溫系統溫度調節器，分別用于顯示高溫系統的實時溫度、目標溫度以及溫度的調節和設置。

此系統的具體工作過程如下:首先，將需要進行測試的被試水泵安裝到第三閥門與第四閥門之間，再根據測試要求，通過控制柜對加熱水箱進行溫度設置。通過進水管路向加熱水箱中注入水，加熱器進行加熱獲得所需溫度的循環熱水，循環熱水流過膨脹水箱，抑制循環熱水沸騰;循環熱水繼續依次流過溫度表、壓力開關、第三閥門、被試水泵、第四閥門、第二壓力表、流量調節閥組、安全閥、流量計和排氣閥，在此過程中監測第二壓力表、流量計上的數值，并通過流量調節閥組進行流量的調節，使得流經被試水泵的流量以及壓力滿足其額定值的要求，使得被試水泵在額定條件下運行，從而進行各類試驗。其中排氣閥起到對整個循環回路排汽、泄壓的作用，從排氣閥流出的循環水再次流回加熱水箱內進行加熱，從而形成一整套試驗循環回路。

3 總結

此水泵高溫測試系統的設計科學、合理，研制方案和過程基于計算機控制技術、流體力學控制技術、溫度控制技術等一體化綜合技術，以系統測試集成化、檢測設備節約化為研究方向，以解決檢測實踐中的具體問題為研究目的，同時考慮到現有檢測資源的整合和優化。

此系統可測試項目和功能覆蓋范圍廣，具備水泵安全、性能等多方面測試功能。因此此水泵高溫測試系統的完成，不僅能提升對于相關產品的能效、安全、性能檢測能力，同時也能提升在國內外相關產品測試方面的影響力。

整套系統在試驗過程中運行可靠、性能穩定，充分體現了該系統的先進水平，具有良好的應用和推廣價值。