[发明专利]极小流量自动流阻控制系统

说明书

本发明公开的一种极小流量自动流阻控制系统，可对小流量进行实时连续测量，而且测量精度高。本发明通过下述技术方案实现：采用容积泵连通容积式流量、差压式流量计和超声波流量计串联流管构成的流量流阻循环回路，该流量流阻循环回路通过对单片机连接PWM电压转换器；单片机1通过PWM信号转模拟信号模块实现占空比PWM信号和电压信号的等比例转换，形成直流控制电压对电机进行驱动，单片机选择对应量程流量计的读数，直接驱动泵电机里的双模式PWM控制电路调节电机及泵的转速，在每一个时间片的末尾采集对应时刻所选流量计和差压传感器的读数形成测量点，然后根据输入的测量点个数自动设定测量步长，实现量程范围内差压和流量的测量速。

技术领域

本发明涉及一种用于各种冷水系统、散热器、水冷板等流体机械产品做流量流阻性能测试系统，尤其是流量低于500mL/min极小流量自动流阻控制系统。

背景技术

随着微电子技术的发展，电子模块冷却系统从冷板传导液冷发展到了模块穿通冷却液冷。另一方面，不同的模块内通道设计导致了不同水力特性，对单模块的实际供液流量有重大影响，使得单个模块冷却提供的冷却液的流量越来越小，芯片的功耗越来越高，电子模块内部强化表面越复杂，流阻越大，实际流量就越小，需要通过对冷板的冷却通道进行流阻测试来确定水力特性。在设计阶段，需要知道每个模块液冷通道的水力特性，通过流阻曲线来验证研制设计阶段对模块的水力设计是否正确。电子热控系统中的液冷冷板的进出口差压和流量具有一定关系。该关系称为冷板的流动阻力曲线，或称为流阻特性曲线。流阻是指在稳定液冷流状态下，流阻是指流体在稳定流动状态下，加在冷却介质流经散热器两边的压力差与通过样品的液冷流线速度的比值。由于流场运动的复杂性，理论计算上难以用数学公式进行推导计算，工程中的流动阻力问题通常采取实验测试的办法解决。流阻测量的精度一方面依赖于测量仪表本身的系统精度，另一方面决定于测量系统构成的合理性。传统的流阻测试设备一般采用调节阀调节的方式，通过调节阀门大小来控制冷却介质流量，再通过散热器进出水口的压力表测量值，计算散热器流阻大小。这样的实验装置往往存在以下问题:冷却介质入口温度不可调。当流体流动时层流之间单位面积上的内摩擦力与速度梯度和流体本身的动力黏度有关。所有实际流体在流动时都有阻止其流体质点发生相对滑移的性质这就是流体的黏性粘度：度量流体黏性大小反应流体内摩擦力的一个参数。影响粘度的因素：流体介质、流体温度、流体压力，对液体来说通常温度上升液体黏度就下降。因此流体的粘度系数会随温度的变化而改变，流动粘度直接影响到产品阻力大小，在不同温度下，测试同一产品的流动阻力会有差异，从而对批次产品的一致性测试结果产生不必要的误差；对于极小流量的流阻测量，泵的动态变化会输出形成不连续跳变状态压力、流量波动给，验证影响测量过程。而压力的变化对控制器信号采集也会产生干扰，同样会影响到批次产品的一致性测量；由于流速调整范围窄，造成速度变化区间小，可测数据点少，测量的流阻范围小，测量精度低。

在大型集中化穿通冷却模块机架中，模块数量多，分配给每个模块的流量少，单模块流量低于500mL/min(0.5L/min)。测量流量的传统方法是利用节流装置进行差压式测量以及采用各种容积式的流量计进行测量。对于管道截面较小(直径2mm)的小流量测量，以上方法都不甚合适。对于一个电子设备来说，电子设备内部安装了许多大功耗的板卡，电子设备内部板卡的功耗大小不一，将冷却液根据电子模块功耗按比例分配给每一个电子模块，以避免部分电子模块过热或过冷现象的出现。由于不同功耗的板卡需要的冷却液流量也各不相同，所以一个冷却模块的流阻对系统水力设计至关重要。每一个板卡上安装一个贯通式液体冷板形成贯通式液冷模块，在贯通式液冷模块与电子设备的机架上安装的一对液冷快速接头，主要实现冷却液的快速连通与切断。当模块插入电子设备支架上时，液冷快速接头实现冷却液的连通，对模块板卡上发热芯片冷却。当模块从电子设备支架上取出时，液冷快速接头实现冷却液的切断，便于对板卡的维护而不会出现冷却液的泄露。此类模块工作流量低，对于低于500mL/min的系统流阻力测量，测量仪器的要求比较高。测量仪表的量程要求小，精度要求高。各种水力系统的延迟会比较明显，和自动化测试要求快速、自动、准确测量构成了矛盾。其中主要体现在如下几个方面：