冰箱制冷系统高低压段动态压力检测方法与实现

冰箱制冷系统高低压段动态压力检测方法与实现

作者：孟宪春

来源：《中国科技纵横》2019年第01期

摘要：利用多通道数据采集器、高精度压力传感器、连接电路及自制数据采集软件，研制了冰箱动态压力测量系统。对BCD216冰箱在几种工况下的排气、回气压力进行测试，得出了各工况下的吸排气压力的特征值及其动态变化。

关键词：排气压力;吸气压力;数据采集软件;压力传感器

中图分类号：TH49 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）01-0049-02

0 前言

冰箱制冷系统主要由压缩机、冷凝器、节流装置（毛细管）、蒸发器这四个基本部件组成，制冷剂在各部件之间循环流动，通过相变将热量由低温物体带到高温。制冷系统运行过程是一个复杂的流动过程，且是一个状态参数不断变化的动态过程。制冷剂在过冷液和过热气的状态是由压力和温度两个参数共同决定的，不能单独由温度判断，故常规的只测量系统温度的方法显然有很大的局限性。建立一套自动采集冰箱制冷系统各特征点的压力和温度的装置可以以动态的观点分析整个制冷系统的运行，从而对整个制冷系统的匹配进行优化，既可以为新品开发提供重要的理论支撑，改善整个制冷系统的循环热效率，又可以结合各特征点的状态参数，对出现故障的冰箱系统进行分析。

1 动态压力测试系统

1.1 硬件系统

该套动态压力测试系统主要包括一个或多个压力传感器，数据采集卡、一个开关电源以及一个RS485转RS232的转换接口。

图1中①为本测试系统的压力传感器，该种传感器的量程为0-1MPa（相对压力），过载能力为2倍的满量程压力。可以测量任何与316不锈钢兼容的气体或液体。综合测量精度为±0.25%，工作温度为-40～85℃。用24V直流电源③供电。输出信号为4-20mA的电流信号。数据采集卡选用的是②I-7017八路模拟量输入4-20mA的电流信号远程采集模块。采样速度为4次/秒，精确度为±0.02%，工作温度为-20℃～+70℃，也采用24V的直流电源供电。最后数据再通过RS485转RS232转接接口④传输到电脑中。

1.2 软件系统

为了将数据采集卡采集到的数据输出并显示，需要利用VB编程，实现实时采集动态压力的数据和其值的变化示，且逐时的压力数据可以存储在数据库中，方便数据分析调用。

2 实验结果及分析

2.1 测量精确验证

本实验装置的测量范围为0-1MPa，但是对于真空度不高的压力测量也具有一定的精确度。

图2为在32℃拉低温实验过程中测试得到的排气和回气管的压力及温度，以及蒸发器进出口的温度变化。从上图可以看出，当压缩机不停机时，最终制冷系统达到平衡状态。此时的蒸发温度为-32℃，系统回气相对压力为-55kPa，绝对压力为46kPa。理论分析可知，制冷剂在蒸发器中处于两相区，其温度和压力一一对应。通过查找R600a制冷剂的饱和状态热物性数据可知，-32℃下的饱和气的绝对压力为42kPa。可见本实验测量装置对负压的测量也具有非常高的精度。

2.2 不同工况下压力测试

图3（a）和（b）分别为38℃环温下一个开机和停机时管路内压力变化，分析图4中的排气和回气的压力变化情况可以得到以下结论：

（1）压缩机启动后，排气管压力迅速上升，约15分钟时间达到最大值，然后开始缓慢下降直到平稳;而回气管的压力是瞬间下降至负压（约-30kPa）。

（2）压缩机停机时，排气管压力在五分钟内下降至和回气管压力一致（均是负压），然后二者压力相等且一起缓慢上升，而此段压力上升至平稳的时间非常长，约10个小时。

由以上分析可知：一般机械式冰箱在有开停时，停机时间越短（且大于5分钟），冰箱排气管所处的压力值越低，再次启动时所需要克服的管路压降越低，压缩机的启动功率也越低，相反，停機时间越长，压缩机再次启动时的启动功率越大。所以，相同的开机率条件下，冰箱停机时间越短，耗电量越小。

2.3 不同工况下压力变化

图4为不同环温下平稳运行时管路系统的排气和回气压力对比，与不同环温下的启动压力变化相同，环温越大，冰箱平稳运行时的排气压力越大，且与环温的增长近似成线性关系。可见不同环温下，压缩机启动时，排气管压力差别较大，环温越高，排气压力越大，这和理论分

析相同。从这点可以推断出，当环温较高时，压缩机刚开始启动时，由于管路系统内的压力较高，压缩机提供更大的压力才能推动制冷剂在管路系统中的循环。当压缩机的能力无法抵消管路内的制冷剂的压力和管路的阻力特性的值，压缩机将无法运转。

3 结语

经过初步的实验结果，以及与理论的数据对比，可以得出以下结论：

（1）本文搭建了一种利用数据采集卡、压力传感器、电源、连接电路及自编的软件界面组成的动态压力采集系统，该系统可以实现实时测量并记录管路中动态压力变化;

（2）在冰箱制冷系统的实际运行过程中，制冷剂在管道内循环流动时，在不同环温、不同状态（刚启动、平稳运行）条件下，制冷剂的压力变化都是不同的而且跟该处的温度曲线有变化有相关性，但温度变化比压力变化延迟;

（3）运用动态压力传感器可以同时测量出制冷系统各特征点的压力变化，结合温度的值可以分析出制冷剂所处的状态。这些参数对各制冷部件及设备进行优化，以及对进一步提高系统的制冷循环效率，具有重要意义。

参考文献

[1] 梁彩华，张小松，徐国英.过热度变化对制冷系统性能影响的仿真与试验研究[J].流体机械，2005，33（9）：43-47.

[2] 张春路，丁国良.制冷系统稳态仿真算法研究[J].上海交通大学学报，2002，36（11）：1667-1670.