[发明专利]一种以过热水蒸气为磨削冷却液的闭环控制装置及其方法

权利要求书

1.一种以过热水蒸气为磨削冷却液的闭环控制装置，其特征在于：包括计算机控制模块（9）、水蒸气发生器（1）、二次加热模块（4）、模拟磨削区模块（8）和分别与计算机控制模块（9）连接的气体比例电磁阀（2）、二次加热控制器（3）和信号放大板（5），所述水蒸气发生器（1）通过气体比例电磁阀（2）与二次加热模块（4）连接，所述水蒸气发生器（1）产生的水蒸气依次经气体比例电磁阀（2）和二次加热模块（4）送入喷嘴（7）；所述模拟磨削区模块（8）通过热电偶（6）与信号放大板（5）连接，所述热电偶（6）测量模拟磨削区模块（8）中被加热试件的温度值并将其转换为毫伏级的电压信号，此毫伏级电压信号经过信号放大板（5）转换成0～5伏的电压信号；所述计算机控制模块（9）包括计算机和数据采集卡，数据采集卡采集上述0～5伏电压信号后输送给计算机处理；计算机控制模块（9）将电压信号变换为温度信号并进行实时采集和显示，同时输出两组0～5伏电压分别给气体比例电磁阀（2）和二次加热控制器（3），气体比例电磁阀（2）根据输入电压的大小控制水蒸气流量，二次加热控制器（3）根据输入电压的大小控制二次加热的功率。

2.  根据权利要求1所述的以过热水蒸气为磨削冷却液的闭环控制装置，其特征在于：所述模拟磨削区模块（8）包括加热炉、被加热试件和炉温控制仪，所述模拟磨削区模块（8）模拟磨削区的温度并测定在各工艺参数下的冷却效果。

3.根据权利要求2所述的以过热水蒸气为磨削冷却液的闭环控制装置，其特征在于：所述模拟磨削区模块（8）模拟磨削区的温度范围为从室温到800℃，所述工艺参数包括压力、靶距和入射角。

4.根据权利要求1所述的以过热水蒸气为磨削冷却液的闭环控制装置，其特征在于：所述二次加热模块（4）包括加热箱体，所述加热箱体自下而上分别为电磁线圈、铜板和焊接在铜板上的水蒸气管道。

5.根据权利要求5所述的以过热水蒸气为磨削冷却液的闭环控制装置，其特征在于：所述加热箱体外壳采用密封包装，加热箱体内表面加设有保温层。

6.一种基于权利要求1至5任一项所述的闭环控制装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1）设定模拟磨削区模块（8）内被加热试件的期望温度；

2）水蒸气发生器（1）产生的水蒸气依次经气体比例电磁阀（2）和二次加热模块（4）送入喷嘴（7）；

3）通过热电偶（6）测量模拟磨削区模块（8）中被加热试件的温度值并将其转换为毫伏级的电压信号，此毫伏级电压信号经过信号放大板（5）转换成0～5伏的电压信号；

4）计算机控制模块（9）中的数据采集卡采集上述0～5伏电压信号后输送给计算机处理；

5）计算机将模拟磨削区模块（8）内的实际温度与实验前设定的期望温度进行比较，由数据采集卡输出两路0～5V的电压，一路电压实时控制气体比例电磁阀（2）的开度大小从而控制水蒸气的流量；另一路电压控制二次加热控制器（3）对水蒸气的二级加热功率大小。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述步骤5）中，一路电压实时控制气体比例电磁阀（2）的开度大小从而控制水蒸气的流量的具体方法是：由于所述水蒸气喷嘴（7）直径是一定值，故只能通过改变水蒸气射流的流速来控制水蒸气的流量，在工作过程中，气体比例电磁阀（2）的开度大小是定值，当水蒸气射流的速度不能满足二次加热功率时，手动设置电压来控制气体比例电磁阀（2）的开度大小；

另一路电压控制二次加热控制器（3）对水蒸气的二级加热功率大小的具体方法是：所述二次加热控制器（3）包括温度的设定模块、电源开关模块和温度比较模块，在计算机中设定输出的温度和功率状态，把该状态所对应的电压作为基准电压：当温度过高而使热电偶（6）检测到的电压值升高时，温度比较模块将这个电压值与设定的基准电压进行比较，当电压大于基准电压时，则无控制电压输出，电源开关模块断开；反之则输出控制电压，电源开关模块导通，水蒸气开始加热，使温度保持相对稳定。