一种风机气流特性的自动测试方法与流程

1.本发明涉及风机测试领域，特别涉及一种风机气流特性的自动测试方法。


背景技术：

2.现有的风机气流特性测试流程需要人工设置被测风机的电压、频率、直流、交流等，并点击输出供电、引风机供电、待测试值稳定后点击采集等一系列人工操作，对于风机的每一个风量点都需要人工点击采集一次，风量点测试数据未稳定前测试人员还需要进行等待。对于风机气流特性测试频繁的单位，测试人员无法离开。对于风机测试需求多的单位，其人工成本大大增加，效率较低。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种风机气流特性的自动测试方法，能够实现风机的全自动测试功能，提高测试速度和精准度，降低人工参与度。
4.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种风机气流特性的自动测试方法，利用测试装置对被测风机的气流特性进行自动测试，所述测试装置包括引风机、多喷嘴风室风洞、大气压力传感器、温湿度传感器、数据采集器、和压力仪表，所述被测风机与所述多喷嘴风室风洞的入口连通，所述多喷嘴风室风洞的出口与所述引风机连通，所述大气压力传感器、所述温湿度传感器均与所述数据采集器连接，所述大气压力传感器和温湿度传感器设置在所述多喷嘴风室风洞上，所述自动测试方法包括：步骤s1，在所述被测风机启动后，获取预先设置的工况点及对应的喷嘴开关状态信息；步骤s2，根据所述喷嘴开关状态信息，控制所述多喷嘴风室风洞的喷嘴开关状态；步骤s3，根据所述工况点的风量值或零静压控制所述引风机的输出百分比，以使所述被测风机的运行状态稳定；步骤s4，当确定所述被测风机的运行状态稳定后，控制所述数据采集器和所述压力仪表采集气流特性的数据，并根据采集的数据计算得出实际风量和标准风量。
6.进一步地，在上述的风机气流特性的自动测试方法中，所述压力仪表包括静压仪表和差压仪表，所述静压仪表包括静压传感器和第一温度控制器，所述静压传感器和所述第一温度控制器连接，所述差压仪表包括差压传感器和第二温度控制器，所述差压传感器和所述第二温度控制器连接，所述静压传感器和差压传感器均设置在所述多喷嘴风室风洞上，所述静压传感器采集的实时静压值由所述第一温度控制器显示，所述差压传感器采集的实时差压值由所述第二温度控制器显示，其中，所述第一温度控制器的输出端和所述第二温度控制器的输出端均与所述引风机的变频器连接，利用所述变频器调整所述引风机的输出百分比。所述工况点的数量为多个，多个所述工况点按照风量大小顺序排列；
7.步骤s3具体包括：
8.步骤s31，当所述被测风机需要工作在多个所述工况点中的最大风量值时，启动定静压模式，目标静压值设定为0pa；
9.通过所述第一温度控制器控制所述引风机的输出百分比，以使所述多喷嘴风室风洞中的静压值稳定；
10.步骤s32，当所述被测风机需要工作在所述多个工况点中除零风量值和最大风量值外的其他工况点时，启动定风量模式：
11.根据喷嘴组合、大气压力、温湿度与所述其他工况点中任一工况点的风量值以及实际采集的静压值迭代计算得出差压值；
12.根据所述差压值设置目标差压值，通过所述第二温度控制器控制所述引风机的输出百分比，以使所述多喷嘴风室风洞中的差压稳定；
13.步骤s33，当所述被测风机需要工作在多个所述工况点中的零风量值时，所述引风机断电，所有喷嘴关闭，静压值逐渐增大并达到稳定。
14.进一步地，在上述的风机气流特性的自动测试方法中，所述步骤s32为，当所述被测风机需要工作在所述多个工况点中除零风量值和最大风量值外的其他工况点时，启动定风量模式：根据工况点的引风机输出百分比数据直接设置所述引风机输出百分比；等待所述喷嘴风室风洞中的差压稳定。
15.进一步地，在上述的风机气流特性的自动测试方法中，步骤s31具体包括：s311，按照预设频率采集所述多喷嘴风室风洞中的静压值，并每间隔预设时长计算静压平均值；s312，判断所述静压平均值是否小于第一阈值；若是，确定所述多喷嘴风室风洞中的静压稳定。
16.进一步地，在上述的风机气流特性的自动测试方法中，步骤s32具体包括：s321，按照预设频率采集所述多喷嘴风室风洞中的差压值，并每间隔预设时长计算差压标准差；s322，判断所述差压标准差是否小于第二阈值；若是，确定所述多喷嘴风室风洞中的差压稳定。
17.进一步地，在上述的风机气流特性的自动测试方法中，所述气流特性的数据包括：大气压力、温度、湿度、静压、差压、标准风量、实际风量和所述引风机的输出百分比。
18.进一步地，在上述的风机气流特性的自动测试方法中，还包括：步骤s5，根据所述气流特性的数据生成测试报告，并存储所述测试报告。
19.进一步地，在上述的风机气流特性的自动测试方法中，步骤s1具体包括：接收所述被测风机的标识信息；根据所述被测风机的标识信息确定对应的工况点、喷嘴开关状态信息。
20.进一步地，在上述的风机气流特性的自动测试方法中，所述标识信息包括：项目编号、型号和名称。
21.进一步地，在上述的风机气流特性的自动测试方法中，在步骤s1之前还包括如下步骤：根据所述被测风机的标识信息确定供电信息，所述供电信息包括电源模式、额定电压、额定频率和额定功率；根据所述供电信息开启对应的电源，以启动所述被测风机。
22.分析可知，本发明公开一种用于风机气流特性的自动测试方法，基于原有的可编程风量测试系统，在软件上进行了优化，包含了自动喷嘴开关控制、引风机的控制，并通过在采集过程中增加了各个风量点的风量、喷嘴开关状态以及引风机输出百分比的功能，可实现风机的全自动测试功能，其测试速度和精准度较好。
附图说明
23.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
24.图1本发明一实施例的测试装置的结构示意图；
25.图2本发明一实施例的风机气流特性的自动测试方法的示意图之一；
26.图3本发明一实施例的风机气流特性的自动测试方法的示意图之二；
27.图4本发明一实施例的风机气流特性的自动测试方法的示意图之三；
28.图5本发明一实施例的风机气流特性的自动测试方法的示意图之四；
29.图6本发明一实施例的风机气流特性的自动测试方法的示意图之五；
30.图7本发明一实施例的风机气流特性的自动测试方法的示意图之六；
31.图8本发明一实施例的风机气流特性的自动测试方法的示意图之七；
32.图9本发明一实施例的风机气流特性的自动测试方法的示意图之八。
33.附图标记说明：1被测风机，2多喷嘴风室风洞，3连接风管，4引风机。
具体实施方式
34.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
35.在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
36.所附附图中示出了本发明的一个或多个示例。详细描述使用了数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似标记的已经用于指代本发明的相似或类似的部分。如本文所用的那样，用语“第一”、“第二”和“第三”等可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。
37.根据本发明的实施例，提供了一种风机气流特性的自动测试方法，利用如图1所示的测试装置对被测风机1的气流特性进行自动测试，所述测试装置包括引风机4、多喷嘴风室风洞2、大气压力传感器、温湿度传感器、数据采集器、和压力仪表，所述被测风机与所述多喷嘴风室风洞的入口连通，所述多喷嘴风室风洞的出口(通过连接风管3)与所述引风机连通，所述大气压力传感器、所述温湿度传感器均与所述数据采集器连接，所述大气压力传感器和温湿度传感器设置在所述多喷嘴风室风洞上并安装在多喷嘴风室风洞的外部。大气压力传感器、温湿度传感器两个是分开的传感器，但都与所述数据采集器连接。数据采集器用于采集大气温度、大气湿度、和大气压力。压力仪表就是ut35a的温度控制器，ut35a具有
两个功能，显示压力传感器的数值和pid控制功能。其中喷嘴带有气动开关，可以进行远程控制。引风机的输出百分比也可以远程控制。
38.在一个实施例中，多喷嘴风室风洞设置的五个喷嘴直径分别为15mm，20mm，30mm，50mm，50mm，喷嘴形状按照gb1236-2017中的22.2的标准。与气流特性有关的关键参数为静压和风量，其中风量是差压、大气压力、湿度和大气温度以及喷嘴大小计算得出，具体依照gb1236-2017中的计算方法。
39.所述压力仪表包括静压仪表和差压仪表，所述静压仪表包括静压传感器和第一温度控制器，所述静压传感器和所述第一温度控制器连接，所述差压仪表包括差压传感器和第二温度控制器，所述差压传感器和所述第二温度控制器连接。静压传感器连接在第一温度控制器的模拟量测量端，第一温度控制器控制静压传感器显示压力值。差压传感器连接在第二温度控制器的模拟量测量端，第二温度控制器控制差压传感器显示压力值。压力仪表带控制并分别显示静压和差压，电脑从数据采集器和第一温度控制器以及第二温度控制器读取测量数据。静压仪表用于显示静压并在定静压测试模式下控制引风机的输出百分比、差压仪表用于显示差压并在定风量测试模式下控制引风机的输出百分比。
40.所述静压传感器和差压传感器均设置在所述多喷嘴风室风洞上，所述静压传感器采集的实时静压值由所述第一温度控制器显示，所述差压传感器采集的实时差压值由所述第二温度控制器显示，其中，所述第一温度控制器的输出端和所述第二温度控制器的输出端均与所述引风机的变频器连接，利用所述变频器调整所述引风机的输出百分比。所述第一温度控制器的输出端和所述第二温度控制器的输入端对应的压力传感器连接。
41.静压传感器和差压传感器的安装位置可以参考gb1236-2017中的图41，静压传感器安装位置为pc4处，差压传感器安装位置为δp处。
42.所述气流特性的数据包括：被测风机的转速、输入功率、电流、大气压力、温度、湿度、静压、差压和所述引风机的输出百分比。标准风量、实际风量是由大气压力、温度、湿度、静压、差压以及喷嘴组合计算得出。
43.所述工况点的数量为多个，多个所述工况点按照风量大小顺序排列。
44.本实施例提供的风机气流特性的自动测试系统，适用于小型微型风机(300mm叶轮径以下的风机)。
45.可以理解的，多喷嘴风室风洞2设置喷嘴数量不限于五个。用于pid控制的控制器也不限于温度控制器，只要是具有pid功能的控制器都是可以实现的。
46.如图2至图9所示，本实施例提供了一种风机气流特性的自动测试方法，利用上述实施例的测试装置对被测风机1的气流特性进行自动测试，如图2所示，该风机气流特性的自动测试方法包括：
47.先根据所述被测风机的标识信息确定供电信息，所述供电信息包括电源模式、额定电压、额定频率和额定功率；根据所述供电信息开启对应的电源，以启动所述被测风机。在实施例中，在被测风机接好线后，可以通过其标识信息获取到供电信息，从而自动设置并启动被测风机。
48.步骤s1，在所述被测风机启动后，获取预先设置的工况点及对应的喷嘴开关状态信息。
49.步骤s1具体包括：
50.接收所述被测风机的标识信息；
51.根据所述被测风机的标识信息确定对应的工况点、喷嘴开关状态信息。所述标识信息包括：项目编号、型号和名称。
52.在实施例中，用户只需输入被测风机的标识信息或者从可选的被测风机标识列表中选择被测风机的标识信息，通过被测风机的标识信息可以调取预先存储的与其对应的工况点及喷嘴开关状态信息，从而自动控制多喷嘴风室风洞的开关状态以及引风机的转速，大大减少人工参与度。
53.步骤s2，根据所述喷嘴开关状态信息，控制所述多喷嘴风室风洞的喷嘴开关状态；
54.步骤s3，根据所述工况点的风量值或零静压pid控制或直接控制所述引风机输出百分比，以使所述被测风机的运行状态稳定。
55.在“根据所述工况点的风量值控制所述引风机输出百分比”之前还包括，获取预先设置的与所述工况点对应的所述引风机的输出百分比。
56.如图3所示，步骤s3具体包括：
57.步骤s31，当所述被测风机需要工作在多个所述工况点中的最大风量值时，启动定静压模式，目标静压值设定为0pa；
58.通过所述第一温度控制器控制所述引风机的输出百分比，以使所述多喷嘴风室风洞中的静压值稳定；
59.优选地，如图4所示，步骤s31具体包括：
60.s311，按照预设频率采集所述多喷嘴风室风洞中的静压值，并每间隔预设时长计算静压平均值；
61.s312，判断所述静压平均值是否小于第一阈值；若是，确定所述多喷嘴风室风洞中的静压稳定；
62.在实施例中，第一阈值是根据需要的测试精度设定的(可设定为0.3pa)，第一阀值越小，测试的结果越稳定精度越高。通过采集预设时长内的静压，并计算静压平均值，判断静压平均值是否小于第一阈值，来确定多喷嘴风室风洞中的静压值是否等于或接近目标静压值，如果判断结果是小于，则认为多喷嘴风室风洞中的静压稳定。
63.步骤s32，当所述被测风机需要工作在所述多个工况点中除零风量值和最大风量值外的其他工况点时，启动定风量模式：
64.根据喷嘴组合、大气压力、温湿度与所述其他工况点中任一工况点的风量值以及实际采集的静压值迭代计算得出差压值；
65.根据所述差压值设置目标差压值，通过所述第二温度控制器(采用pid控制方法)控制所述引风机的输出百分比，以使所述多喷嘴风室风洞中的差压稳定。
66.或者步骤s32如下，
67.当所述被测风机需要工作在所述多个工况点中除零风量值和最大风量值外的其他工况点时，启动定风量模式：
68.根据工况点的引风机输出百分比数据直接设置所述引风机输出百分比，等待所述多喷嘴风室风洞中的差压稳定。
69.优选地，如图5所示，步骤s32具体包括：
70.s321，按照预设频率采集所述多喷嘴风室风洞中的差压值，并每间隔预设时长计
算差压标准差；
71.s322，判断所述差压标准差是否小于第二阈值；若是，确定所述多喷嘴风室风洞中的差压稳定。
72.第二阈值是差压值允许的波动，通过采集预设时长内的差压，并计算差压标准差，判断差压标准差是否小于第二阈值，来确定多喷嘴风室风洞中的差压值是否稳定，如果判断结果是小于，则认为多喷嘴风室风洞中的差压稳定。
73.步骤s33，当所述被测风机需要工作在多个所述工况点中的零风量值时，所述引风机断电(引风机断电后第一温度控制器以及第二温度控制器无法控制也无需控制引风机的转速)，所有喷嘴关闭，静压值逐渐增大并达到稳定，此时无需进行pid控制。
74.步骤s4，当确定所述被测风机的运行状态稳定后，控制所述数据采集器和所述压力仪表采集气流特性的数据，并根据采集的数据计算得出实际风量和标准风量。
75.步骤s5，根据所述气流特性的数据生成测试报告，并存储所述测试报告。根据传感器采集的气流特性数据形成测试报告，比如，根据传感器采集的气流特性数据得到不同风量下的静压，形成静压风量曲线。
76.上述风机气流特性的自动测试方法只针对同一型号的被测风机产品，且该产品已进行过人工测试获得了各个工况点的标准风量、喷嘴组合和引风机输出百分比的数据。不同型号的被测风机产品需要另立项目并进行人工测试一次采集对应工况点测试数据、喷嘴组合以及引风机输出百分比。
77.本发明实施例中的工况点即被测风机的标准风量(标准风量为标准大气条件下的风量)测量点。工况点与喷嘴开关状态信息对应存储，根据喷嘴开关状态信息可以控制多喷嘴风室风洞的喷嘴开关状态，不同的喷嘴开关状态对应不同的风量范围。在自动测试时，首先调取上述工况点及对应的喷嘴开关状态信息，根据喷嘴开关状态信息，控制多喷嘴风室风洞的喷嘴开关状态，从而控制多喷嘴风室风洞中的风量在一定范围。进一步通过工况点控制引风机的输出百分比，可对多喷嘴风室风洞中的静压或差压进行调节，从而使被测风机稳定运行，此时，数据采集器和压力仪表采集气流特性数据。由此，实现了风机气流特性的全自动测试功能，其测试速度和精准度高，降低了人工参与度，对于风机测试需求多的单位，其人工成本大大减少。
78.优选地，工况点的数量为多个，多个工况点按照风量大小顺序排列。
79.在实施例中，多个工况点可按照风量大小排序，在自动测试时，可按序依次进行测试。比如多个工况点包括零风量值、最大风量值以及两者之间的多个其他工况点，可以从最大风量值依次测试到零风量值，这样在对引风机进行转速调节时，有利于引风机的稳定，提高系统可靠性。
80.在实施例中，自动测试过程包括三种测试测试模式，工况点中最大风量值的定静压测试模式和其他工况点的定风量测试模式以及最大静压的全封闭测试模式。其中，定静压测试模式下，通过第一温度控制器对引风机的输出百分比进行pid控制，以使多喷嘴风室风洞中的静压稳定在目标静压。定风量测试模式下，通过第二温度控制器对引风机的输出百分比进行pid控制，以使多喷嘴风室风洞的差压稳定在目标差压。最大静压处所有喷嘴关闭、引风机关闭，因为没有流量因此只需等待静压值达到稳定状态只采集最大静压值即可。本实施例提供的风机气流特性的自动测试方法，整个测试过程完全由软件控制自动实行，
无需人工参与，提高了测试效率与测试精准度，同时对于引风机输出百分比的控制采用pid算法，可避免引风机输出百分比突变而引起的变频器跳闸，从而提高整个系统的可靠性。
81.在实施例中，对于引风机转速的控制，可以直接调取预先存储的引风机的转速信息进行控制，比如引风机的输出百分比。输出百分比的控制方式在引风机输出百分比不突变的情况下(突变会造成变频器跳闸)速度更快，实际测试工况点与目标工况点会因为环境温度大气压力等变化有一些差异，差异不影响整体气流特性曲线的测试。输出百分比试验的特点是达到稳定的时间短，测试速度快。
82.图6示出了本发明一实施例的风机气流特性自动测试总流程；图7示出了风机气流特性第一个工况点自动测试流程图；图8示出了第2～n-1个工况点自动测试流程图；图9示出了第n个工况点自动测试流程图。下面结合图6、图7、图8、图9对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：
83.用于风机气流特性的自动测试方法包括如下步骤：
84.项目前期准备工作，包括人工填写项目编号、风机型号、风机名称、额定电压、额定频率等信息。人工进行测试一次获取所需测试工况点的标准风量、静压以及喷嘴开关状态和引风机的输出百分比。并将以上数据作为自动测试的依据。包括表1和表2的内容。即新项目的时候填写好上述信息并进行人工测试一次获取这些工况点的测试数据、喷嘴开关信息和引风机输出百分比。
85.表1课题信息表
86.项目编号风机型号风机名称额定电压额定频率气流特性31278j75fzw45-32g无刷直流风机24v-j75fzw45-32g'！a14229j87fzy71-25g交流风机230v50hzj87fzw71-25g'！a1
87.试验中需要采集每一个工况点的电压、电流、功率、转速、实际风量、标准风量、静压以及喷嘴开关状态和引风机的输出百分比并保存。采用人工测试的方法，采集上述信息，人工填写的内容及数据采集内容作为项目信息文件存储，这些信息作为后续自动测试的设置参数。
88.具体地，可根据标准风量和/或实际风量设置本发明实施例中的工况点控制目标值，比如可将标准风量直接设置为本发明实施例中的工况点控制目标值。
89.采集的工况点数量为n，其中第一个工况点为最大风量值，第一个工况点对应的静压值为0，即本发明实施例中的最大风量值。第n个工况点为最大静压值，第n个工况点对应的风量值为0，即为本发明实施例中最大静压值，其他工况点为定风量点。表2所示为8个工况点，其中喷嘴组合状态对应位数上的1和0分别代表对应位置的喷嘴打开和闭合状态。其中，1代表对应喷嘴打开，0代表对应喷嘴闭合。引风机输出百分比与引风机的转速成比例相关。
90.表2采集数据表
[0091][0092]
自动测试
[0093]
第2～n-1个风量点测试具体有以下两种方式：
[0094]
(1)直接调用原项目中人工测试中采用的工况点的喷嘴开关组合状态和标准风量依次进行测试。
[0095]
(2)直接调用原项目中人工测试中采用的工况点的喷嘴开关和引风机的输出百分比进行试验。输出百分比试验在引风机输出百分比不突变的情况下(突变会造成变频器跳闸)相对于(1)中的方法速度更快，实际测试工况点与目标工况点会因为环境温度大气压力等变化有一些差异，差异不影响整体气流特性曲线的测试。输出百分比试验的特点是达到稳定的时间短，测试速度快。
[0096]
采集时间的判断
[0097]
人工测试方法中测试人员观察静压或者工况点在设定风量
±
1m3/h就认为运行状态稳定并进行采集测试数据。本发明实施例中，第一个工况点和第n个工况点采用每10s采集的静压值标准差小于0.3pa时认为稳定，对于第2～n-1个工况点采用自动测试方法中采用每10s计算一次差压值的标准差，当标准差小于指定容差时认为测试值稳定此时可以自动采集测试数据。
[0098]
另外，可在判定差压值的标准差小于指定容差时，同时判断其持续的时间是否超过指定时间(比如5分钟)，两个条件为或的关系，以免进入死循环。
[0099]
整个测试过程中测试人员操作的工作只包含安装风机接线，选择项目编号，点击电源输出，点击自动测试。后续测试工作完全由软件控制自动实行，无需人工参与。
[0100]
本发明实施例中，自动采集流程中测试人员只需要选择项目编号，选择了项目编号程序自动选择对应项目编号的信息存储文件，包括额定电压、额定频率、电源选择以及后续风机工况点；确认准备好后点击开始试验按钮，后续测试均由程序控制自动进行。自动测试过程包含三种测试模式：第一工况点的零静压测试模式和最后一工况点的零风量值测试模式和其余定风量值测试模式，其中第一工况点和最后一个工况点是采用静压稳定进行判断，第一点需要判断静压为0或接近0，最后一个工况点需要判断静压不再变化，静压标准差
很小，其余定风量测试模式是采用差压稳定进行判断。
[0101]
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
[0102]
1.测试的设置工序大大减少，只需要选择项目编号就会自动填入额定电压、额定频率，各个工况点、喷嘴选择等各个参数。
[0103]
2.测试过程中实现了全自动测试，无需人工参与，提高了测试效率，降低了人工成本。
[0104]
3.测试过程数据全部存储，包含风量、静压、转速、功率、电流等对被测风机有用的数据，也记录下了测试系统的喷嘴组合和引风机输出百分比等参数，为后续系统自主学习奠定了数据基础。
[0105]
4.测试过程中采用pid算法控制引风机转速，可以避免引风机跳闸，或者采用直接调取引风机的转速参数控制引风机，在转速不突变的情况下，可以提高测试速度。
[0106]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。