专利名称：汽车散热器冷却风量在线测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种流量的测量装置，特别涉及一种汽车散热器冷却风量在线测
量装置。
背景技术：
汽车散热器是汽车冷却系统中不可缺少的重要组成部分，其作用是将发动机水套 内冷却液所携带的多余热量经过二次热交换，在外界强制气流的作用下，将多余的热量散 发到空气中。因此，冷却系统中散热器性能的好坏直接影响汽车发动机的散热效果及其动 力性、经济性和可靠性，乃至产生安全。然而近年来，一方面，发动机转速和功率不断提高，热负荷随之越来越大，另一方 面，为了减少汽车行驶时的空气阻力和追求完美的外观，流入散热器、冷凝器的空气量有明 显减少的倾向。在上述不利条件下，为了确保冷却性能，对散热器冷却风速以及风速的分布 进行准确的测量具有非常重要的意义。目前，对汽车散热器冷却风量测量的常用方法包括运用CFD(Computational Fluid Dynamics)对发动机舱风量的模拟计算，采用压力或热线式传感器直接测量等。运用 CFD的模拟计算较为复杂，且计算结果仍需要通过汽车散热器性能试验做进一步验证；采 用压力传感器测量压差计算冷却风量是较传统的做法，但是在风量较小时，压差变化不大， 测量误差较大，准确性降低；热线式传感器利用金属电阻的物理性质，可以测量金属表面的 流体流速，热线式传感器测量灵敏度较高，但热线安装困难，亦损坏，不能辨别风量的方向， 且不宜在真车行驶试验下进行。
发明内容本实用新型是针对汽车散热器冷却风量测量的缺点与不足，提出了一种汽车散热 器冷却风量在线测量装置。该装置轻巧便携，抗干扰性强，测量精度高，操作简单，能够装载 于真车上完成在线测量，既测量总风量，又可获取风量的详细分布信息，而且所测风量有很 好的指向性。本实用新型的技术方案为一种汽车散热器冷却风量在线测量装置，包括叶轮、 数据采集电路、单片机、通讯接口电路、PC机和电源转换电路，数据采集电路包括微型光电 传感器、光电传感器接口电路、叶轮转速频率计数电路，叶轮上装有至少一个微型光电传感 器，微型光电传感器信号经光电传感器接口电路到叶轮转速频率计数电路后输入单片机， 单片机由通讯接口电路将采集数据发送至PC机，整个装置工作电源由标准车载电源经电 源转换电路提供。所述叶轮包括叶片、外框、支架及轴承，叶片的转轴上均勻分布了数个大小相等的 圆孔，各圆孔间相距45°，微型光电传感器固定在支架的开口处，并正对着圆孔中心。所述单片机最多可以输入18路数据采集信号。所述通讯接口电路选用RS-232通信接口。[0010]所述叶轮使用轻薄叶轮，厚度为10mm，安装于汽车散热器与冷凝器之间。本实用新型的有益效果在于本实用新型汽车散热器冷却风量在线测量装置，克 服了压力或热线式传感器风向指向性差、无法在线测量等缺陷，通过光电传感器测量叶轮 转速，由叶轮转速与空气流量之间的关系换算出冷却风量，实现简单、功能强大、性能可靠， 是实现汽车散热器冷却风量在线测量的理想工具。

图1为本实用新型汽车散热器冷却风量在线测量装置的结构框图；图2为本实用新型汽车散热器冷却风量在线测量装置的光电传感器接口电路图；图3为本实用新型汽车散热器冷却风量在线测量装置的叶轮转速频率计数电路 图；图4为本实用新型汽车散热器冷却风量在线测量装置的电源转换电路图；图5为本实用新型汽车散热器冷却风量在线测量装置的通信接口电路图；图6为本实用新型汽车散热器冷却风量在线测量装置的风量测量值与风向偏转 角度关系曲线图。
具体实施方式
本实用新型通过叶轮转速与空气流量之间的关系间接测量汽车散热器冷却风量， 装置结构框图如图1所示，整个装置以单片机4为核心进行调度，叶轮1装有微型光电传感 器，经光电传感器接口电路2、叶轮转速频率计数电路3连接到单片机4，单片机4由串口接 口电路6将采集数据发送至PC机7，整个装置工作电源由标准车载电源经电源转换电路5 后提供。叶轮1由叶片、外框、支架及轴承等组装而成。叶片的转轴上均勻分布了 8个大小 相等的圆孔，各圆孔间相距45°，微型光电传感器固定在其中一个支架的开口处，并正对着 圆孔中心，其接口电路2如图2所示。当有空气流动经过叶轮时，叶轮转动带动转轴上的圆 孔随之转动，光电传感器发射端红外线交替经过转轴圆孔区域和转轴非透光区域，从而输 出高低变化的电流信号。风量越大，叶轮的转速越高，输出信号变化频率越高，反之，风量越 小，叶轮转速越低，输出信号变化频率越低。由于叶轮转动是叶轮轴平行方向流动空气的作 用结果，因此通过叶轮转动测量风量有很好的风向指向性，不易受流动空气方向变化的影 响。叶轮转速频率计数电路3如图3所示。光电传感器接口电路2输出的电流信号经 叶轮转速频率计数电路3得到规则的矩形方波信号，单片机通过记录单位时间内矩形方波 信号上升沿的次数来表示叶轮转动频率数，由此反映出当前时刻通过汽车散热器冷却空气 的流量。实际测量过程中，单片机最多可同时对18路光电传感器的信号进行处理，各传感 器信号相互独立，互不干扰。电源转换电路5如图4所示，标准车载电源作为整个装置的外接电源，经过电源转 换电路5后，将输入的12V直流电压转换为5V直流电压输出，为装置各电子元器件提供了 正常工作电压。[0023]串口接口电路6为单片机4与PC机7提供了强大的通信功能，其接口电路如图5 所示。单片机4将各叶轮转动频率数由串口接口电路6经RS-232串口发送至PC机7，PC 机7侧通过专业软件实现风量的换算、显示、保存等，同时PC机7也可以通过RS-232串口 对汽车散热器冷却风量在线测量装置发送操作指令、设置采样间隔和测量时间等参数。通过叶轮转速与空气流量的关系，间接测量汽车散热器的冷却风量，不仅测量结 果精度高，而且还具有更强大的功能和特点，具体包括1)、在线测量功能本装置使用特制轻薄叶轮，厚度仅为10mm，可以安装于汽车散 热器与冷凝器之间，且使用标准车载电源作为本装置的外接电源，因此使得汽车在行驶试 验时的测量得以实现，测量环境更贴近真实工况，测量结果更具有指导意义。2)、低压损叶轮使用非常细的辐条和低阻力轴承，使得产生的压力损失较小，与 散热器造成的压损相比，叶轮所造成的压损很小，可忽略不计。3)、抗干扰性强汽车发动机附近电磁干扰比较强，环境温度高，由于选用耐高温 的反射式光电传感器测量叶轮转速，所以测量结果不受汽车内部高温和电磁噪声的影响。4)、风向指向性好由于叶轮只检测与汽车散热器面垂直的风量，因此测量结果不 受风向变化以及其他方向的空气流动的影响，可以准确地测量对汽车散热器起作用的、与 叶轮轴平行方向的有效风量。5)、测量信息丰富装置采用多点分布测量，不仅可以测量总风量，还可以获得风 量的分布信息，给汽车水箱散热器的冷却性能判断提供更丰富的依据。6)、通信功能通过RS-232接口完成单片机与PC机的通信，实现数据采集、测量参 数设置等。7)、操作简单易行本装置只需安装至指定位置，连接车载电源，通过PC机友好人 机界面操作，即可实现汽车散热器冷却风量的在线测量。
权利要求一种汽车散热器冷却风量在线测量装置，其特征在于，包括叶轮、数据采集电路、单片机、通讯接口电路、PC机和电源转换电路，数据采集电路包括微型光电传感器、光电传感器接口电路、叶轮转速频率计数电路，叶轮上装有至少一个微型光电传感器，微型光电传感器信号经光电传感器接口电路到叶轮转速频率计数电路后输入单片机，单片机由通讯接口电路将采集数据发送至PC机，整个装置工作电源由标准车载电源经电源转换电路提供。
2.根据权利要求1所述汽车散热器冷却风量在线测量装置，其特征在于，所述叶轮包 括叶片、外框、支架及轴承，叶片的转轴上均勻分布了数个大小相等的圆孔，各圆孔间相距 45°，微型光电传感器固定在支架的开口处，并正对着圆孔中心。
3.根据权利要求1所述汽车散热器冷却风量在线测量装置，其特征在于，所述单片机 最多可以输入18路数据采集信号。
4.根据权利要求1所述汽车散热器冷却风量在线测量装置，其特征在于，所述通讯接 口电路选用RS-232通信接口。
5.根据权利要求1所述汽车散热器冷却风量在线测量装置，其特征在于，所述叶轮使 用轻薄叶轮，厚度为10mm，安装于汽车散热器与冷凝器之间。
专利摘要本实用新型涉及一种汽车散热器冷却风量在线测量装置，叶轮上装有至少一个微型光电传感器，微型光电传感器信号经光电传感器接口电路到叶轮转速频率计数电路后输入单片机，单片机由通讯接口电路将采集数据发送至PC机，整个装置工作电源由标准车载电源经电源转换电路提供。此装置克服了压力或热线式传感器风向指向性差、无法在线测量等缺陷，通过光电传感器测量叶轮转速，由叶轮转速与空气流量之间的关系换算出冷却风量，实现简单、功能强大、性能可靠，是实现汽车散热器冷却风量在线测量的理想工具。
文档编号G01F1/05GK201622082SQ20102013369
公开日2010年11月3日 申请日期2010年3月18日 优先权日2010年3月18日
发明者卞爱奇, 左小五, 沈昱明, 许伟明 申请人:上海理工大学