专利名称：防热材料地面模拟试验装置控制与监测系统的制作方法
(一)、所属领域本发明涉及的是一种控制与监测装置，具体地说是一种能够在超高温、强电和大干扰环境下对防热材料地面模拟试验系统进行手/自动并行监控的装置。
(二)、背景技术防热材料的表征和评价需要一系列的地面模拟和检测分析方法，其中电弧等离子体加热器及其检测诊断技术可以涵盖的参数范围大，模拟时间长，是最为重要的地面模拟方法，其特点是可以提供连续可控的超音速气流。按电源供电方式的不同电弧加热器可分为直流和交流电弧加热器。直流电源等离子发生器的电源通常需要整流设备，因此使系统变得非常复杂，体积庞大，价格昂贵，同时阴极利用率非常低，需要经常更换。而交流等离子发生器由于其阴极和阳极随电网的频率不断变换位置，因此电极的最低利用率在极限条件下是直流等离子体发生器中的两倍。以交流等离子电弧加热器核心辅以其它支持其工作的子系统，建立一套相对廉价，具有一定柔性的模拟功能，在线监测功能完备，试验与理论分析紧密结合的防热材料地面烧蚀试验模拟系统来进行防热材料的表征和评价的方法已经逐渐被普遍接受。
在以交流等离子电弧加热器为核心的防热材料地面模拟试验系统工作过程中，为尽可能全面地描述被烧蚀试件在烧蚀过程中所发生的变化，除要检测喷嘴出口处等离子体的温度、压力等关键参数外，还需检测其它支撑子系统的大量参数，为尽量准确地得到试件行为参数，有些参数需要以较高的速度进行采集。从以上这些要求来看，通过传统的人工控制试验进程和记录数据的方法是无法满足要求的，能够快速、准确控制复杂系统运行并采集其运行过程中关键参数的试验过程监控技术成为了解决这一难题的有力工具。
随着科学技术的进步，尤其是计算机技术和自动化技术的发展，试验过程监控技术逐渐发展成为了计算机技术、自动化技术与试验技术相结合的应用技术。建立一套以计算机为核心的防热材料地面模拟试验监控系统已成为防热材料服役行为研究过程中必须解决的问题。
交流等离子电弧加热器的工作电压和电流可达10000V，800A，冷却水流量5/S(水温不超过25℃)，气源流量为0.546m3/m(压力为1.7Mpa)，加热器出口处温度超过2300℃，气体流速超过1倍音速，气体中含有粒径达数百微米的高密度粒子。国内目前还没有能够对如此复杂环境下的试验系统进行试验过程监控的监控系统。
(三)、发明内容本发明的目的在于提供一套能够在超高温，强电和大干扰环境下对防热材料地面模拟试验系统手/自动并行监控的防热材料地面模拟试验装置控制与监测系统。
本发明的目的是这样实现的在提供电源的高压电源中串联电压互感器，互感器输出端接整流装置，整流装置输出端接A/D转换器，转换器与计算机之间通过双绞线连接，高压源中串联接触器，接触器由控制回路中串联的数控继电器控制，数控继电器通过双绞线连接计算机；在提供气体的空气压缩机和控制器路通断的电磁阀控制回路上串联机械接触器和数控继电器，数控继电器通过RS-485信号线接计算机，气体流动线路上接有气压变送仪和气体流量计，变送仪和流量计的输出信号通过屏蔽信号线接无纸记录仪，无纸记录仪输出信号通过RS-485信号线接计算机；在为加热器提供冷却水的冷却水泵和向空气压缩机提供冷却水的冷却管泵的控制回路上串联机械接触器和数控继电器，数控继电器通过RS-485信号线接计算机，在冷却水循环线路上接涡轮水流量计和工业热电阻，流量计和热电阻的输出信号通过屏蔽信号线接无纸记录仪，无纸记录仪输出信号通过RS-485信号线接计算机。
本发明还可以包括1、整个监控系统中的机械接触器，各种数字仪表和无纸记录仪统一集中安装在低压控制柜中。
2、各种数控继电器集中安装在数字控制柜中。
本发明具有以下几个主要技术特征1、通过低压控制柜上的开关可以实现对整个系统的手动控制，数控继电器与这些机械开关按照启动功能开关并联，停止功能开关串联的方式连接；
2、数控继电器通过逐级升压的方式接入系统，具体地说就是通过数控继电器输出端控制低压继电器，低压继电器控制高压机械接触器，机械接触器控制设备工作状态；3、系统中所有传感器和数字仪表的输出信号都通过各种方式连入计算机统一处理分析，计算机综合分析各种数据并自动通过数控继电器反作用于系统；4、所有的数字通信线路均采用光电隔离技术与计算机实现物理电路的隔绝。
本发明对电源的监控部分主要由电压互感器，数字电压表，数字电流表，光电隔离装置，高压真空开关，机械接触器，数控继电器，数码定时器组成，高压真空开关直接串联进10000V、800A高压电路中控制电路通断，触点容量为380VAC，10A的机械接触器接入真空开关控制回路当中，机械接触器的工作状态由串入其中的数字继电器和数码定时器共同控制，计算机通过RS485通信线连接数控继电器实现对数控继电器的控制；高压电通过电压互感器转换成5VAC低压电量后，低压端相间接数字电压表，单相接数字电流表，各数字表通过RS485通信线经由光电隔离装置连接计算机。
本发明对气源的监控部分主要由电磁阀，串联机械接触器，数控继电器，气压变送仪和气体流量计构成。在提供气体的空气压缩机和控制器路通断的电磁阀控制回路上串联机械接触器和数控继电器，数控继电器通过RS485信号线接计算机，气体流动线路上接有气压变送仪和气体流量计，变送仪和流量计的输出信号通过屏蔽信号线接无纸记录仪，无纸记录仪输出信号通过RS485信号线接计算机；本发明对冷却水源的监控部分主要由机械接触器，数控继电器，工业热电阻组成。在为加热器提供冷却水的冷却水泵和向空气压缩机提供冷却水的冷却管泵的控制回路上串联机械接触器和数控继电器，数控继电器通过RS485信号线接计算机，在冷却水循环线路上接涡轮水流量计和工业热电阻，流量计和热电阻的输出信号通过屏蔽信号线接无纸记录仪，无纸记录仪输出信号通过RS485信号线接计算机。
本发明可以在强电和大干扰环境中正常工作。经试验表明，本发明在10000VAC，强电磁干扰的环境中，可以10次/s的速度对试验参数以不超过0.2级的误差进行监测，并反作用于试验系统。
附图是本发明的结构示意图。
(五)、具体实施方案下面结合附图对本发明具体实施过程进行详细说明高压真空开关2直接串联进10000VAC、800A高压源1电路中控制电路通断，触点容量为380VAC，10A的机械接触器7接入真空开关控制端6回路当中，机械接触器的工作状态由其控制端8回路中的继电器9控制，继电器导通与否则取决于其控制端11回路中的机械开关12，数控继电器13和数码定时器16的共同控制，计算机通14过RS485通信线连接数控继电器实现对数控继电器的控制，控制回路中电源统一由三相电源10提供；高压电通过电压互感器3转换成5VAC低压电量后，低压端相间接数字电压表4，单相接数字电流表5，各数字表通过RS485通信线经由光电隔离装置连接计算机。在提供气体的空气压缩机24和控制器路通断的电磁阀23控制回路上串联机械接触器和数控继电器，数控继电器通过RS485信号线接计算机，气体流动线路上接有气压变送仪22和气体流量计21，变送仪和流量计的输出信号通过屏蔽信号线接无纸记录仪15，无纸记录仪输出信号通过RS485信号线接计算机。在为冷却水提供动力的冷却水泵20控制回路上串联机械接触器和数控继电器，数控继电器通过RS485信号线接计算机，在冷却水循环线路上接涡轮水流量计19和工业热电阻18，流量计和热电阻的输出信号通过屏蔽信号线接无纸记录仪，无纸记录仪输出信号通过RS485信号线接计算机。
权利要求
1.一种防热材料地面模拟试验装置控制与监测系统，其特征是在提供电源的高压电源中串联电压互感器，互感器输出端接整流装置，整流装置输出端接A/D转换器，转换器与计算机之间通过双绞线连接，高压源中串联接触器，接触器由控制回路中串联的数控继电器控制，数控继电器通过双绞线连接计算机；在提供气体的空气压缩机和控制器路通断的电磁阀控制回路上串联机械接触器和数控继电器，数控继电器通过RS-485信号线接计算机，气体流动线路上接有气压变送仪和气体流量计，变送仪和流量计的输出信号通过屏蔽信号线接无纸记录仪，无纸记录仪输出信号通过RS-485信号线接计算机；在为加热器提供冷却水的冷却水泵和向空气压缩机提供冷却水的冷却管泵的控制回路上串联机械接触器和数控继电器，数控继电器通过RS-485信号线接计算机，在冷却水循环线路上接涡轮水流量计和工业热电阻，流量计和热电阻的输出信号通过屏蔽信号线接无纸记录仪，无纸记录仪输出信号通过RS-485信号线接计算机。
2.根据权利要求1所述的防热材料地面模拟试验装置控制与监测系统，其特征是整个监控系统中的机械接触器，各种数字仪表和无纸记录仪统一集中安装在低压控制柜中。
3.根据权利要求1或2所述的防热材料地面模拟试验装置控制与监测系统，其特征是各种数控继电器集中安装在数字控制柜中。
全文摘要
本发明提供的是一种防热材料地面模拟试验装置控制与监测系统。电源控制中串联电压互感器，高压源中串联接触器，接触器由控制回路中串联的数控继电器控制，数控继电器通过双绞线连接计算机；气体控制回路上串联机械接触器和数控继电器，数控继电器接计算机，气体流动线路上接有气压变送仪和气体流量计，输出信号通过屏蔽信号线接无纸记录仪再接计算机；冷却水泵的控制回路上串联机械接触器和数控继电器，再接计算机，在冷却水循环线路上接涡轮水流量计和工业热电阻，其输出信号通过屏蔽信号线接无纸记录仪，再接计算机。本发明能够在超高温，强电和大干扰环境下对防热材料地面模拟试验系统手/自动并行监控。
文档编号G01N25/00GK1725001SQ200510010200
公开日2006年1月25日 申请日期2005年7月20日 优先权日2005年7月20日
发明者白光辉, 易法军, 孟松鹤 申请人:哈尔滨工业大学