部分流稀释采样系统采样通道切换系统的制作方法

本实用新型涉及发动机检测技术领域，更具体地说，它涉及一种部分流稀释采样系统采样通道切换系统。

背景技术：

柴油发动机的排放污染物主要包括一氧化碳(CO)、碳氢化合物(THC)、氮氧化合物(NOx)和颗粒物(PM)，而其中氮氧化合物和颗粒物是需要重点控制的排放污染物。对于柴油发动机排放控制的开发测试主要基于发动机试机台架测试，根据测试原理的不同可分为全流稀释采样系统和部分流稀释采样系统，AVL公司生产的SPC472部分流稀释采样系统便是其中的典型代表。

SPC 472部分流稀释采样系统一般主要由滤纸架、控制柜、空调系统、电脑主机等几部分组成。通过采样通道将排气管和滤纸架入口连接，采样通道如图1 所示，包含采样探头A、传送管B、稀释管C，传送管B上设有采样温度加热线 D、采样温度热电偶E、采样阀F，稀释管C上设有稀释温度加热线G、稀释温度热电偶H，控制柜I通过稀释气管J连接稀释管C，控制柜I的采样阀控制端连接采样阀F的线圈，控制柜I的稀释温度正极端连接稀释温度热电偶H正极，控制柜I的稀释温度负极端连接稀释温度热电偶H负极，控制柜I的采样温度正极端连接采样温度热电偶E正极，控制柜I的采样温度负极端连接采样温度热电偶E负极，控制柜I的稀释加热端连接稀释温度加热线G，控制柜I的采样加热端连接采样温度加热线D。

样气采样过程如下：采样探头A布置在催化器后的排气管K，采样探头A的管口尽量位于排气管K中心线，且管口方向正对排气流来向。样气经采样探头A 进入传送管B后，为防止温度突变导致颗粒物冷凝沉淀、吸附在管壁和发生化学变化，还需要对从传送管B接头至采样阀F这段管路进行加热保温处理，一般加热温度控制在175℃左右。样气经采样阀F进入稀释管C后，与来自控制柜I(25±5)℃的稀释空气混合，最后进入滤纸架L和控制柜I进行收集分析。由于稀释管C的表面容积大，稀释管C中的温度会大大降低，因此也需要对稀释管C进行加热保温处理，一般加热温度控制在45℃左右。可见样气采样通道的气密性和温度控制质量对排放颗粒浓度的测量精度有很大影响。

为了保证试验开发效率，又兼顾经济性，通常发动机检测试验室大多采取两个相邻试机台架共用一套SPC472部分流稀释采样系统的方式。由于该设备只有一个采样通道，所以就需要将采样通道在两个试机台架排气管之间频繁拆卸和安装，特别是在试验开发任务紧张的时候，有可能几个小时就要切换一次。

现有的切换采样通道的方法为人工切换，即人工先将采样探头从一个台架的排气管中拔出，用堵头堵住采样口，再将采样通道安装到另一个台架的排气管上。这种切换方式存在以下弊端：

1、试验结束时排气管正处于较高温度，如果此时移除采样通道并堵上采样口，很容易造成人员烫伤，如果让排气管自然冷却，则需要等待很长时间，试验准备效率低；

2、采样探头、传送管和稀释通道加起来长度超过1米，连接管和稀释管外部还包裹着加热线和多层保温材料，在空间狭小、管路众多的设备间很容易受到干涉，而且采样通道属于精密昂贵部件，移动和拆装过程需要额外小心，通常至少需要2人以上合作才能完成，费时费力，试验准备效率低；

3、采样通道各接头采用螺纹紧固，长期处于高温工作环境下，容易烧结卡死，并且经常拆装会使螺纹受到磨损，导致滑牙，造成拆装困难，甚至需要更换新的采样探头，试验准备效率低；

4、切换采样通道时容易产生接头密封不良的情况，导致泄漏检查不通过，增加泄漏检查的难度，增加设备点检时间，进一步影响试验开发进度；

5、切换采样通道时还容易导致加热线松动，保温层破损，造成加热不均匀，颗粒吸附增多，从而影响测量结果稳定性和准确性；

6、由于采样通道加热线的220V电源是由控制柜内PLC继电器输出模块触点直接控制通断，大电流频繁流经触点，容易导致继电器输出模块故障，增加设备检修时间，增加维修和更换备件成本；

7、经咨询AVL公司，如果委托AVL设计整改，为SPC472部分流稀释采样系统增加双通道采样功能，则需要花费50万元，几乎等于半套全新设备的价格。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本实用新型提供一种无需拆卸采样管路即可使相邻的试机台架共用一套部分流稀释采样系统的部分流稀释采样系统采样通道切换系统。

本实用新型的技术方案是：一种部分流稀释采样系统采样通道切换系统，包括分别用于连接不同排气管的第一采样管路、第二采样管路，还包括三通接头、切换控制箱，所述第一采样管路、第二采样管路通过所述三通接头连接滤纸架，所述第一采样管路的电控组件分别通过所述切换控制箱电性连接控制柜，相应的，所述第二采样管路的电控组件分别通过所述切换控制箱电性连接所述控制柜。

作为进一步地改进，所述切换控制箱设有继电器组件，所述第一采样管路的电控组件分别通过所述继电器组件的常闭触点连接所述控制柜，所述第二采样管路的电控组件分别通过所述继电器组件的常开触点连接所述控制柜。

进一步地，所述切换控制箱还设有变压器、切换开关，所述继电器组件包括第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器，交流电源连接所述变压器的初级线圈，所述切换开关串接所述第一继电器的线圈后连接所述变压器的次级线圈，所述第一继电器的第一常开触点串接所述第二继电器的线圈后连接所述次级线圈，所述第一继电器的第二常开触点串接所述第三继电器的线圈后连接所述次级线圈，所述第一继电器的第三常开触点串接所述第四继电器的线圈后连接所述次级线圈。

进一步地，所述第一采样管路的电控组件包括第一采样阀、第一稀释阀，所述第二采样管路的电控组件包括第二采样阀、第二稀释阀，所述第一采样阀的线圈通过所述第一继电器的第四常闭触点连接所述控制柜，所述第二采样阀的线圈通过所述第一继电器的第四常开触点连接所述控制柜，所述第四继电器的第三常闭触点串接所述第一稀释阀的线圈后连接所述次级线圈，所述第四继电器的第三常开触点串接所述第二稀释阀的线圈后连接所述次级线圈。

进一步地，所述第一采样管路的电控组件还包括第一采样加热线、第一稀释加热线，所述第二采样管路的电控组件还包括第二采样加热线、第二稀释加热线，所述继电器组件还包括第五继电器、第六继电器、第一固态继电器、第二固态继电器，所述初级线圈一端分别通过所述第五继电器的线圈、第六继电器的线圈连接所述控制柜的加热控制端，所述第一固态继电器的控制端串接所述第五继电器的第一常开触点后连接所述次级线圈，所述第二固态继电器的控制端串接所述第六继电器的第一常开触点后连接所述次级线圈，所述交流电源依次串接所述第一固态继电器的负载端、第二继电器的第一常闭触点、第一稀释加热线，所述第二继电器的第一常开触点串接第二稀释加热线，所述交流电源依次串接所述第二固态继电器的负载端、第二继电器的第二常闭触点、第一采样加热线，所述第二继电器的第二常开触点串接所述第二采样加热线。

进一步地，所述第一采样管路的电控组件还包括第一采样热电偶、第一稀释热电偶，所述第二采样管路的电控组件还包括第二采样热电偶、第二稀释热电偶，所述第一稀释热电偶的正极通过所述第三继电器的第一常闭触点连接所述控制柜，所述第二稀释热电偶的正极通过所述第三继电器的第一常开触点连接所述控制柜，所述第一稀释热电偶的负极通过所述第四继电器的第一常闭触点连接所述控制柜，所述第二稀释热电偶的负极通过所述第四继电器的第一常开触点连接所述控制柜，所述第一采样热电偶的正极通过所述第三继电器的第二常闭触点连接所述控制柜，所述第二采样热电偶的正极通过所述第三继电器的第二常开触点连接所述控制柜，所述第一采样热电偶的负极通过所述第四继电器的第二常闭触点连接所述控制柜，所述第二采样热电偶的负极通过所述第四继电器的第二常开触点连接所述控制柜。

进一步地，所述切换控制箱还设有第一空气开关、第二空气开关，所述交流电源通过所述第一空气开关分别连接所述初级线圈、第一固态继电器的负载端、第二固态继电器的负载端，所述控制柜的加热控制端通过所述第二空气开关分别连接所述第五继电器的线圈、第六继电器的线圈。

进一步地，所述的切换开关为带灯自锁按钮。

进一步地，所述变压器为交流220V转直流24V的变压器。

有益效果

本实用新型与现有技术相比，具有的优点为：

1、本实用新型安全性高，通过切换装置自动切换代替手动切换，能避免在反复移动和拆装过程中由于磕碰、滑牙造成设备损坏，避免人员意外烫伤。

2、本实用新型通过使用固态继电器代替模块开关触点对大功率加热线进行频繁通断控制，由直接控制改为由固态继电器控制，既可以提高控制安全性，又可以延长设备使用寿命，降低设备故障率。

3、本实用新型操作快捷，节省人力，能提高试验准备效率，傻瓜式一键自动切换，无需等待排气管自然冷却，将以往需要多人花费半天的试验准备工作缩短到单人几秒钟即可轻松完成。

4、本实用新型由于不再需要对设备进行反复拆装，几乎杜绝了采样通道泄漏、加热线松动、保温层破损等现象，保证了温度控制质量，能降低设备故障率，降低设备检修难度，提高测量结果稳定性和准确性。

5、本实用新型能节约成本，依靠切换装置，相邻的试机台架共用一套部分流稀释采样系统，提高设备利用率，节约近一半研发和检测设备采购成本。减少高精贵部件维修更换频率，节约维修备件采购成本；并且，切换装置由自主设计制作，成本仅约5万，而由AVL设计整改需50万，相比节约了90％的整改成本。

附图说明

图1为传统技术的结构示意图；

图2为本实用新型的结构示意图；

图3为本实用新型的电路图。

其中：1-滤纸架、2-控制柜、3-第一采样探头、4-第一传送管、5-第一稀释管、6-三通接头、7-切换控制箱、8-第二采样探头、9-第二传送管、10-第二稀释管、11-排气管、12-第一采样管路、13-第二采样管路、A-采样探头、B-传送管、C-稀释管、D-采样温度加热线、E-采样温度热电偶、F-采样阀、G-稀释温度加热线、H-稀释温度热电偶、I-控制柜、J-稀释气管、K-排气管、L-滤纸架、FH1-第一采样加热线、FH2-第一稀释加热线、FH3-第二采样加热线、FH4- 第二稀释加热线、T1-第一采样热电偶、T2-第一稀释热电偶、T3-第二采样热电偶、T4-第二稀释热电偶、YV1-第一采样阀、YV2-第一稀释阀、YV3-第二采样阀、 YV4-第二稀释阀、KA1-第一继电器、KA2-第二继电器、KA3-第三继电器、KA4- 第四继电器、KA5-第五继电器、KA6-第六继电器、SSR1-第一固态继电器、SSR2- 第二固态继电器、SB-切换开关、TV-变压器、QF1-第一空气开关、QF2-第二空气开关。

具体实施方式

下面结合附图中的具体实施例对本实用新型做进一步的说明。

参阅图2-3，一种部分流稀释采样系统采样通道切换系统，包括分别用于连接不同排气管11的第一采样管路12、第二采样管路13，第一采样管路12包括依次连接的第一采样探头3、第一传送管4、第一稀释管5，第二采样管路13包括依次连接的第二采样探头8、第二传送管9、第二稀释管10，第一采样管路 12和第二采样管路13分别设有电控组件。切换系统还包括三通接头6、切换控制箱7，第一采样管路12、第二采样管路13通过三通接头6连接滤纸架1，第一采样管路12的电控组件分别通过切换控制箱7电性连接控制柜2，相应的，第二采样管路13的电控组件分别通过切换控制箱7电性连接控制柜2。在本实施例中，切换控制箱7设有继电器组件，第一采样管路12的电控组件分别通过继电器组件的常闭触点连接控制柜2，第二采样管路13的电控组件分别通过继电器组件的常开触点连接控制柜2。

在本实施例中，切换控制箱7还设有变压器TV、切换开关SB，继电器组件包括第一继电器KA1、第二继电器KA2、第三继电器KA3、第四继电器KA4，切换开关SB为带灯自锁按钮，变压器TV为交流220V转直流24V的变压器，第一继电器KA1、第四继电器KA4为四路24VDC中间继电器，第二继电器KA2、第三继电器KA3为二路24VDC中间继电器。交流电源连接变压器TV的初级线圈，切换开关SB串接第一继电器KA1的线圈后连接变压器TV的次级线圈，第一继电器KA1的第一常开触点KA1-1串接第二继电器KA2的线圈后连接次级线圈，第一继电器KA1的第二常开触点KA1-2串接第三继电器KA3的线圈后连接次级线圈，第一继电器KA1的第三常开触点KA1-3串接第四继电器KA4的线圈后连接次级线圈。

在本实施例中，第一采样管路12的电控组件包括第一采样阀YV1、第一稀释阀YV2，第一采样阀YV1设于第一传送管4，第一稀释阀YV2设于控制柜2与第一稀释管5之间的稀释气管。第二采样管路13的电控组件包括第二采样阀 YV3、第二稀释阀YV4，第二采样阀YV3设于第二传送管9，第二稀释阀YV4设于控制柜2与第二稀释管10之间的稀释气管。第一采样阀YV1的线圈通过第一继电器KA1的第四常闭触点连接控制柜2，第二采样阀YV3的线圈通过第一继电器KA1的第四常开触点连接控制柜2，即第一采样阀YV1的线圈、第二采样阀 YV3的线圈分别通过第一继电器KA1连接控制柜2的采样阀控制端，第四继电器KA4的第三常闭触点串接第一稀释阀YV2的线圈后连接次级线圈，第四继电器 KA4的第三常开触点串接第二稀释阀YV4的线圈后连接次级线圈。

在本实施例中，第一采样管路12的电控组件还包括第一采样加热线FH1、第一稀释加热线FH2，第一采样加热线FH1设于第一传送管4，第一稀释加热线 FH2设于第一稀释管5。第二采样管路13的电控组件还包括第二采样加热线FH3、第二稀释加热线FH4，第二采样加热线FH3设于第二传送管9，第二稀释加热线 FH4设于第二稀释管10。继电器组件还包括第五继电器KA5、第六继电器KA6、第一固态继电器SSR1、第二固态继电器SSR2，第五继电器KA5、第六继电器KA6 为二路220VAC中间继电器，第一固态继电器SSR1、第二固态继电器SSR2为 220VAC固态继电器。初级线圈一端分别通过第五继电器KA5的线圈、第六继电器KA6的线圈连接控制柜2的加热控制端，即初级线圈一端通过第五继电器KA5 的线圈连接控制柜2的稀释加热端，初级线圈一端通过第六继电器KA6的线圈连接控制柜2的采样加热端。第一固态继电器SSR1的控制端串接第五继电器KA5 的第一常开触点KA5-1后连接次级线圈，第二固态继电器SSR2的控制端串接第六继电器KA6的第一常开触点KA6-1后连接次级线圈。交流电源依次串接第一固态继电器SSR1的负载端、第二继电器KA2的第一常闭触点、第一稀释加热线 FH2，第二继电器KA2的第一常开触点串接第二稀释加热线FH4。交流电源依次串接第二固态继电器SSR2的负载端、第二继电器KA2的第二常闭触点、第一采样加热线FH1，第二继电器KA2的第二常开触点串接第二采样加热线FH3。通过使用固态继电器代替模块开关触点对大功率加热线进行频繁通断控制，由直接控制改为由固态继电器控制，既可以提高控制安全性，又可以延长设备使用寿命，降低设备故障率。

在本实施例中，第一采样管路12的电控组件还包括第一采样热电偶T1、第一稀释热电偶T2，第一采样热电偶T1设于第一传送管4，第一稀释热电偶T2 设于第一稀释管5。第二采样管路13的电控组件还包括第二采样热电偶T3、第二稀释热电偶T4，第二采样热电偶T3设于第二传送管9，第二稀释热电偶T4 设于第二稀释管10。第一稀释热电偶T2的正极通过第三继电器KA3的第一常闭触点连接控制柜2，第二稀释热电偶T4的正极通过第三继电器KA3的第一常开触点连接控制柜2，即第一稀释热电偶T2的正极、第二稀释热电偶T4的正极分别通过第三继电器KA3连接控制柜2的稀释温度正极端。第一稀释热电偶T2的负极通过第四继电器KA4的第一常闭触点连接控制柜2，第二稀释热电偶T4的负极通过第四继电器KA4的第一常开触点连接控制柜2，即第一稀释热电偶T2 的负极、第二稀释热电偶T4的负极分别通过第四继电器KA4连接控制柜2的稀释温度负极端。第一采样热电偶T1的正极通过第三继电器KA3的第二常闭触点连接控制柜2，第二采样热电偶T3的正极通过第三继电器KA3的第二常开触点连接控制柜2，即第一采样热电偶T1的正极、第二采样热电偶T3的正极分别通过第三继电器KA3连接控制柜2的采样温度正极端。第一采样热电偶T1的负极通过第四继电器KA4的第二常闭触点连接控制柜2，第二采样热电偶T3的负极通过第四继电器KA4的第二常开触点连接控制柜2，即第一采样热电偶T1的负极、第二采样热电偶T3的负极分别通过第四继电器KA4连接控制柜2的采样温度负极端。将同一热电偶的正负两根线分别用两个中间继电器来转接，一旦其中一个或两个中间继电器由于触点烧结或线圈烧毁而导致热电偶不能正常切换时，同一热电偶的正负两根线不能形成回路，同一热电偶的检测电流或电压为 0，由此可以立刻检测到继电器损坏，并触发加热保护，断开模块加热电源，大大降低因异常加热造成安全事故的几率。

在本实施例中，切换控制箱7还设有第一空气开关QF1、第二空气开关QF2，交流电源通过第一空气开关QF1分别连接初级线圈、第一固态继电器SSR1的负载端、第二固态继电器SSR2的负载端，控制柜2的加热控制端通过第二空气开关QF2分别连接第五继电器KA5的线圈、第六继电器KA6的线圈。

本实用新型安全性高，通过切换装置自动切换代替手动切换，能避免在反复移动和拆装过程中由于磕碰、滑牙造成设备损坏，避免人员意外烫伤；操作快捷，节省人力，能提高试验准备效率，傻瓜式一键自动切换，无需等待排气管自然冷却，将以往需要多人花费半天的试验准备工作缩短到单人几秒钟即可轻松完成；由于不再需要对设备进行反复拆装，几乎杜绝了采样通道泄漏、加热线松动、保温层破损等现象，保证了温度控制质量，能降低设备故障率，降低设备检修难度，提高测量结果稳定性和准确性；还能节约成本，依靠切换装置，相邻的试机台架共用一套部分流稀释采样系统，提高设备利用率，节约近一半研发和检测设备采购成本，同时减少高精贵部件维修更换频率，节约维修备件采购成本，并且，切换装置由自主设计制作，成本仅约5万，而由AVL设计整改需50万，相比节约了90％的整改成本；本实用新型的切换系统可以适用于任何的部分流稀释采样系统。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。