一种基于定容燃烧弹系统的集成监测控制系统

1.本发明涉及一种基于定容燃烧弹系统的集成监测控制系统，属于定容燃烧弹领域。


背景技术：

2.定容燃烧弹(constant volume combustion bomb,cvcb)被大多数人用来研究内燃机上止点附近近似定容条件下的发动机喷雾和燃烧特性。定容燃烧弹一般采用强度很大的金属材料，并且在定容燃烧弹的四周均匀地开有光学视窗，通过点燃预混合气或对工质直接加热，提升定容燃烧弹内气体温度，模拟发动机在上止点附近的高温高压状态。定容燃烧弹结构简单，温度压力便于精确控制，且光学视窗上的油污、水蒸气易于清除，定容燃烧弹可以在较大的范围内对环境温度、压力、气体组分等参数进行调节，流场对喷雾燃烧过程的影响较小，而且测试空间相对较大，适合于喷雾和燃烧特性的基础研究。但以往对定容燃烧弹参数的精确调节往往依赖于参数调节所需要的诸多仪器，每个设备单独控制，这不仅增加了调节过程的复杂性也增加了实验过程的危险性。


技术实现要素：

3.本发明提出了一种基于定容燃烧弹系统的集成监测控制系统，以解决现有技术中存在的问题。
4.一种基于定容燃烧弹系统的集成监测控制系统，包括定容燃烧弹，还包括上位机、定容燃烧弹集成监测控制器、高压油泵、燃气泵和气体存储装置，上位机与定容燃烧弹集成监测控制器信号连接，定容燃烧弹集成监测控制器与高压油泵和燃气泵信号连接，高压油泵和燃气泵均与定容燃烧弹联通，定容燃烧弹集成监测控制器与气体存储装置信号连接，气体存储装置与定容燃烧弹联通。
5.进一步的，上位机，用于监测定容燃烧弹集成监测控制器上传的实时数据，并向定容燃烧弹集成监测控制器发送控制命令；
6.定容燃烧弹集成监测控制器，用于根据上位机的命令，进行定容燃烧弹的喷雾和燃烧实验，并实时获取定容燃烧弹内的各项参数加以显示，同时将各项参数上传至上位机；
7.高压油泵，用于根据定容燃烧弹集成监测控制器的命令向定容燃烧弹的内部喷射燃油；
8.燃气泵，用于根据定容燃烧弹集成监测控制器的命令向定容燃烧弹的内部喷射燃气；
9.气体存储装置，用于受定容燃烧弹集成监测控制器控制，向定容燃烧弹内输送氮气或空气，并排放定容燃烧弹内的废气。
10.进一步的，上位机具备自动模式和手动模式的选择功能，
11.当选择自动模式时，上位机自行控制基于定容燃烧弹系统的集成监测控制系统进行实验；
12.当选择手动模式时，操作者手动操作定容燃烧弹集成监测控制器进行实验。
13.进一步的，燃气泵联通有燃气增压装置，燃气增压装置用于对燃气进行增压。
14.进一步的，高压油泵上安装有油温调节装置和油泵风机装置，其中，
15.油温调节装置，用于受定容燃烧弹集成监测控制器控制调节燃油油温；
16.油泵风机，用于受定容燃烧弹集成监测控制器控制调节燃油油压。
17.进一步的，定容燃烧弹包括喷油器、冷却系统、电热单元、温度传感器、压力传感器和led光源，
18.喷油器设置在定容燃烧弹内，高压油泵通过喷油器与定容燃烧弹联通，喷油器用于将燃油雾化喷出；
19.冷却系统，用于根据定容燃烧弹集成监测控制器的命令，对喷油器进行冷却，使喷油器稳定运行；
20.电热单元，包括电热丝变压器和电热丝，电热丝安装在定容燃烧弹内，电热丝变压器受定容燃烧弹集成监测控制器控制加热电热丝，从而控制定容燃烧弹内部的温度；
21.温度传感器，与定容燃烧弹集成监测控制器连接，用于实时向定容燃烧弹集成监测控制器上传温度数据；
22.压力传感器，与定容燃烧弹集成监测控制器连接，用于实时向定容燃烧弹集成监测控制器上传气压数据；
23.led光源，在定容燃烧弹外，朝向定容燃烧弹的视窗安装，用于受定容燃烧弹集成监测控制器控制，照亮定容燃烧弹的内部空间。
24.进一步的，定容燃烧弹外部还装设有高速相机，高速相机的镜头朝向定容燃烧弹的视窗，用于观察定容燃烧弹的视窗内的情况。
25.进一步的，气体存储装置包括氮气瓶、空气瓶、氮气电控阀、空气电控阀和排气电控阀，氮气瓶、空气瓶分别通过氮气电控阀、空气电控阀与排气电控阀的进气端联通，排气电控阀的进/排气端与定容弹内部联通，排气电控阀的排气端连接有排气管，排气管通往外部。
26.进一步的，气体存储装置上安装有空压机，空压机用于对气体存储装置中的氮气瓶和空气瓶进行加压。
27.进一步的，定容燃烧弹集成监测控制器包括油温调节开关、油泵风机开关、led光源开关、空压机开关、油泵控制器、定容燃烧弹内加热控制器、氮气进排气开关、空气进排气开关、燃气增压控制器、大功率直流恒压恒流电源和高速相机运动控制器，其中，
28.油温调节开关与油温调节装置连接，油泵风机开关与油泵风机连接，油泵控制器与高压油泵连接，led光源开关与led光源连接，空压机开关与空压机连接，定容燃烧弹内加热控制器与电热单元连接，氮气进排气开关与气体存储装置中的氮气电控阀和排气电控阀连接，空气进排气开关与气体存储装置中的空气电控阀和排气电控阀连接，燃气增压控制器与喷油器连接，高速相机运动控制器与高速相机连接，大功率直流恒压恒流电源为整个系统供电，其中，
29.油温调节开关，用于控制油温调节装置对高压油泵中燃油的油温进行调节；
30.油泵风机开关，用于控制油泵风机对高压油泵中燃油的油压进行调节；
31.油泵控制器，用于控制高压油泵向定容燃烧弹内喷射燃油；
32.led光源开关，用于控制led光源的开关及亮度；
33.空压机开关，用于控制空压机对气体存储装置中的氮气瓶和空气瓶进行加压；
34.加热控制器，用于控制电热单元对定容燃烧弹内空间进行加热；
35.氮气进排气开关，用于控制氮气电控阀和排气电控阀的开启和关闭；
36.空气进排气开关，用于控制空气电控阀和排气电控阀的开启和关闭；
37.燃气增压控制器，用于对燃气泵中的燃气进行增压；
38.高速相机运动控制器，用于控制高速相机通过定容燃烧弹的视窗对定容燃烧弹的内空间进行拍摄，
39.定容燃烧弹集成监测控制器还包括单片机和急停按钮，上位机连接单片机，单片机同时连接油温调节开关、油泵风机开关、油泵控制器、led光源开关、空压机开关、加热控制器、氮气进排气开关、空气进排气开关、燃气增压控制器和高速相机运动控制器，单片机用于接收上位机的命令，向相应的开关或控制器发送控制命令，同时向上位机反馈实时状态和相关参数；
40.加热控制器上安装有参数数据显示器，用于显示相关参数；
41.油温调节开关、油泵风机开关、油泵控制器、led光源开关、空压机开关、加热控制器、氮气进排气开关、空气进排气开关、燃气增压控制器和高速相机运动控制器旁均安装有指示灯，当收到单片机传来的控制信号时，对应的指示灯点亮；
42.急停按钮，用于紧急关停电控阀和电控开关，并使的对应的指示灯关闭。
43.本发明的有益效果：本发明提出了一种基于定容燃烧弹系统的集成监测控制系统，定容燃烧弹集成监测控制器内的所有自主开发的监测控制调节设备集中在同一控制箱内，所有监测控制信号通过集成的处理器输入上位机，实现定容弹内数据的连续采集，上位机判断定容燃烧弹内环境数值是否到达设定阈值，决定加热或者进气的速率，这样带来的好处是实时监测、实时控制以及减少试验设备占用实验室。所有线路均在定容燃烧弹集成监测控制器后方的接线板内连通，线路进行编号，方便线路检查和排障。同时由于将所有调节设备安装到同一定容燃烧弹集成监测控制器内，且控制系统带有滑轮，因此可以将控制系统安放在安全区域，基于此实验人员可以在固定的安全区域进行定容弹内参数的监测，所有参数集中显示，并且将数据传输到上位机中的监测控制软件中，方便实验人员进行宏观调控。由于基于定容燃烧弹的实验带有一定的风险性和复杂性，因此本发明的安全性、高效性和简洁性能够达到相关要求。
附图说明
44.图1为本发明一种基于定容燃烧弹系统的集成监测控制系统中定容燃烧弹集成监测控制器的整体结构示意图；
45.图2为本发明一种基于定容燃烧弹系统的集成监测控制系统中定容燃烧弹集成监测控制器的背板插线图；
46.图3为本发明一种基于定容燃烧弹系统的集成监测控制系统的气压控制流程的示意图；
47.图4为本发明一种基于定容燃烧弹系统的集成监测控制系统的结构示意图；
48.图5为本发明一种基于定容燃烧弹系统的集成监测控制系统的电气配合图；
49.图6为本发明一种基于定容燃烧弹系统的集成监测控制系统中定容燃烧弹集成监测控制器的的部分模块电气连接示意图。
具体实施方式
50.下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
51.参照图1-图3所示，本发明提出了一种基于定容燃烧弹系统的集成监测控制系统，包括定容燃烧弹，还包括上位机、定容燃烧弹集成监测控制器、高压油泵、燃气泵和气体存储装置，上位机与定容燃烧弹集成监测控制器信号连接，定容燃烧弹集成监测控制器与高压油泵和燃气泵信号连接，高压油泵和燃气泵均与定容燃烧弹联通，定容燃烧弹集成监测控制器与气体存储装置信号连接，气体存储装置与定容燃烧弹联通。
52.进一步的，上位机，用于监测定容燃烧弹集成监测控制器上传的实时数据，并向定容燃烧弹集成监测控制器发送控制命令；
53.定容燃烧弹集成监测控制器，用于根据上位机的命令，进行定容燃烧弹的喷雾和燃烧实验，并实时获取定容燃烧弹内的各项参数加以显示，同时将各项参数上传至上位机；
54.高压油泵，用于根据定容燃烧弹集成监测控制器的命令向定容燃烧弹的内部喷射燃油；
55.燃气泵，用于根据定容燃烧弹集成监测控制器的命令向定容燃烧弹的内部喷射燃气；
56.气体存储装置，用于受定容燃烧弹集成监测控制器控制，向定容燃烧弹内输送氮气或空气，并排放定容燃烧弹内的废气。
57.进一步的，上位机具备自动模式和手动模式的选择功能，
58.当选择自动模式时，上位机自行控制基于定容燃烧弹系统的集成监测控制系统进行实验；
59.当选择手动模式时，操作者手动操作定容燃烧弹集成监测控制器进行实验。
60.进一步的，燃气泵联通有燃气增压装置，燃气增压装置用于对燃气进行增压。
61.进一步的，高压油泵上安装有油温调节装置和油泵风机装置，其中，
62.油温调节装置，用于受定容燃烧弹集成监测控制器控制调节燃油油温；
63.油泵风机，用于受定容燃烧弹集成监测控制器控制调节燃油油压。
64.进一步的，定容燃烧弹包括喷油器、冷却系统、电热单元、温度传感器、压力传感器和led光源，
65.喷油器设置在定容燃烧弹内，高压油泵通过喷油器与定容燃烧弹联通，喷油器用于将燃油雾化喷出；
66.冷却系统，用于根据定容燃烧弹集成监测控制器的命令，对喷油器进行冷却，使喷油器稳定运行；
67.电热单元，包括电热丝变压器和电热丝，电热丝安装在定容燃烧弹内，电热丝变压器受定容燃烧弹集成监测控制器控制加热电热丝，从而控制定容燃烧弹内部的温度；
68.温度传感器，与定容燃烧弹集成监测控制器连接，用于实时向定容燃烧弹集成监测控制器上传温度数据；
69.压力传感器，与定容燃烧弹集成监测控制器连接，用于实时向定容燃烧弹集成监测控制器上传气压数据；
70.led光源，在定容燃烧弹外，朝向定容燃烧弹的视窗安装，用于受定容燃烧弹集成监测控制器控制，照亮定容燃烧弹的内部空间。
71.进一步的，定容燃烧弹外部还装设有高速相机，高速相机的镜头朝向定容燃烧弹的视窗，用于观察定容燃烧弹的视窗内的情况。
72.进一步的，气体存储装置包括氮气瓶、空气瓶、氮气电控阀、空气电控阀和排气电控阀，氮气瓶、空气瓶分别通过氮气电控阀、空气电控阀与排气电控阀的进气端联通，排气电控阀的进/排气端与定容弹内部联通，排气电控阀的排气端连接有排气管，排气管通往外部。
73.进一步的，气体存储装置上安装有空压机，空压机用于对气体存储装置中的氮气瓶和空气瓶进行加压。
74.进一步的，定容燃烧弹集成监测控制器包括油温调节开关、油泵风机开关、led光源开关、空压机开关、油泵控制器、定容燃烧弹内加热控制器、氮气进排气开关、空气进排气开关、燃气增压控制器、大功率直流恒压恒流电源和高速相机运动控制器，其中，
75.油温调节开关与油温调节装置连接，油泵风机开关与油泵风机连接，油泵控制器与高压油泵连接，led光源开关与led光源连接，空压机开关与空压机连接，定容燃烧弹内加热控制器与电热单元连接，氮气进排气开关与气体存储装置中的氮气电控阀和排气电控阀连接，空气进排气开关与气体存储装置中的空气电控阀和排气电控阀连接，燃气增压控制器与喷油器连接，高速相机运动控制器与高速相机连接，大功率直流恒压恒流电源为整个系统供电，其中，
76.油温调节开关，用于控制油温调节装置对高压油泵中燃油的油温进行调节；
77.油泵风机开关，用于控制油泵风机对高压油泵中燃油的油压进行调节；
78.油泵控制器，用于控制高压油泵向定容燃烧弹内喷射燃油；
79.led光源开关，用于控制led光源的开关及亮度；
80.空压机开关，用于控制空压机对气体存储装置中的氮气瓶和空气瓶进行加压；
81.加热控制器，用于控制电热单元对定容燃烧弹内空间进行加热；
82.氮气进排气开关，用于控制氮气电控阀和排气电控阀的开启和关闭；
83.空气进排气开关，用于控制空气电控阀和排气电控阀的开启和关闭；
84.燃气增压控制器，用于对燃气泵中的燃气进行增压；
85.高速相机运动控制器，用于控制高速相机通过定容燃烧弹的视窗对定容燃烧弹的内空间进行拍摄，
86.定容燃烧弹集成监测控制器还包括单片机和急停按钮，上位机连接单片机，单片机同时连接油温调节开关、油泵风机开关、油泵控制器、led光源开关、空压机开关、加热控制器、氮气进排气开关、空气进排气开关、燃气增压控制器和高速相机运动控制器，单片机用于接收上位机的命令，向相应的开关或控制器发送控制命令，同时向上位机反馈实时状态和相关参数；
87.加热控制器上安装有参数数据显示器，用于显示相关参数；
88.油温调节开关、油泵风机开关、油泵控制器、led光源开关、空压机开关、加热控制器、氮气进排气开关、空气进排气开关、燃气增压控制器和高速相机运动控制器旁均安装有指示灯，当收到单片机传来的控制信号时，对应的指示灯点亮；
89.急停按钮，用于紧急关停电控阀和电控开关，并使的对应的指示灯关闭。
90.具体的，当需要开启本发明时，需要先接通定容燃烧弹集成监测控制器的大功率直流恒压恒流电源，在本实施例中，大功率直流恒压恒流电源配备有总电源开关，总电源开关分别设有380v、220v、24v交流开关和指示灯。当需要将定容燃烧弹内加热时只需要将加热控制器的加热开关打开，定容燃烧弹内环境温度通过额定功率12kw的电热丝来改变，上位机设定温度后，定容燃烧弹集成监测控制器不断向电热单元的电热丝变压器传输信号，改变电热丝的电压；此时参数数据显示器会显示温度传感器所测得的定容燃烧弹内温度示数，并且温度数据会同时传输到上位机中，上位机若判断定容燃烧弹内温度出现异常，会进行警告提醒，此时操作人员可按下急停按钮或者在上位机中降低电压减缓给定容燃烧弹上热电偶的通电。
91.参照图4所示，当需要给定容燃烧弹腔内加压时，若只需要做喷雾实验则将氮气进排气开关的进气阀门打开，此时定容燃烧弹集成监测控制器的开启信号传输给气体存储装置中的电磁阀开关
①
/
②
和
④
，氮气瓶中的氮气进入定容燃烧弹内，并且定容燃烧弹上的压力传感器持续监测定容燃烧弹内环境压力。电磁阀若需要做燃烧实验则将空气进排气开关的进气阀门打开即可，此时监测控制系统的信号传输给气体存储装置中的电磁阀开关
③
和
④
，空气瓶中的空气进入定容弹内，定容弹上的压力传感器持续监测定容弹内环境压力并且定容弹内环境压力数值会显示在参数数据显示器上；如此时进气压力没有达到定容弹内背景压力设定阈值之前已经降低不足以进行继续充气，则可按下空压机开关对气体进行加压，此时参数数据显示器会显示定容燃烧弹内气压示数，并且定容弹内压力数据会同时传输到上位机中，上位机若判断定容燃烧弹内压力高于设定压力，会自动停止向定容弹内的进气，即关闭气瓶的电磁阀开关；当给定容燃烧弹加压结束后，按排气开关进行排气，此时监测控制系统的信号传输给气体存储装置中的电磁阀开关，其中电磁阀开关
①
，
②
和
③
关闭，电磁阀开关
④
开启，将废气排放到大气中；同时定容燃烧弹集成监测控制器连续监测定容燃烧弹内的气压，到达设定阈值自动停止排气或者可以由操作者手动停止排气。当需要检查定容燃烧弹内的情况时时，只需要按下打开led光源即可，led光源通过视窗照亮定容弹内方便操作人员观察定容弹内情况。当需要向定容燃烧弹内喷射燃油时，可以按下油温调节开关进行油温调节、油泵风机开关进行油压调节，在油泵控制器上进行油泵参数调节即可。
92.当需要向定容燃烧弹内充入燃气时，只需要按下燃气增压控制器上的燃气增压开关即可，由于燃气增压具有一定的危险性，所以在进行燃气增压的过程时需要观察燃气压力显示屏的示数，同时上位机中也会出现告警，方便操作人员在出现异常的时刻按下燃气紧急切断。大功率直流恒压恒流电源是控制喷油器喷油参数的设备。当进行喷油时，为了使喷油器不受定容燃烧弹内高温气体的影响，此时可以按下冷却系统开关对喷油器进行冷却，使之稳定运行，以免影响实验精度。
93.如图5，整体系统相关的电气配合过程主要为上位机给出控制信号，开启对应模
块，此时对应模块上的指示灯一并接收到上位机信号并开启给出光亮。同时，信号通过对应引脚传递给该模块下的单片机以及控制器，通过相关的电控阀、电控开关等打开要求的设备。该设备上所对应的相关参数，通过传感器的测量后，经过数据线传输至对应模块下的数据显示器以及上位机。上位机在设定给定参数后，通过传感器返回的对应参数数据针对电控阀、电开关进行一定程度的调节，使得各参数数据显示器以及上位机收到的数据实时改变，在对应参数达到设定参数的一定范围则停止调节，实现反馈调节，最终实现对应参数改变。同样，整体系统当中有采用手动调速按钮以及急停按钮，以确保系统出现故障的时候能够进行处理，进一步保护设备。该过程中电器配合主要涉及到急停按钮对电控阀、电控开关以及对应指示灯的控制，即急停按钮按下后给出信号，关闭电控阀、电控开关，同时使得对应指示灯关闭。而调速按钮经由人工手动转动后，改变对应的电路中通过电流大小，从而控制电控阀、电控开关的开启程度，确保改变对应模块下参数的改变以及调节。