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近幾年,越來越多的因素要求汽車、家電以及制冷空調(diào)要具有更好更高的功效。
《京都議定書》中明確指出要減少引起氣候變化的溫室氣體排放。與我們?nèi)粘I钕⑾⑾嚓P(guān)的還有不斷增長的能源成本。在世界各地,受新興工業(yè)化國家所驅(qū)動,能源(石油、天然煤氣、電力)的需求也在不斷增加。這些需求的增加造成了在過去幾個月里我們有目共睹的能源(電力和石油)價格的大幅度上漲。這是如何影響工作在制冷行業(yè)中的工程師們的?而工程師們又是如何做出反應(yīng)的呢?解決方案的關(guān)鍵是改進(jìn)新近設(shè)計、制造的冷卻系統(tǒng)的效率。
制冷劑中潤滑油的作用
關(guān)于潤滑油濃度比(OCR)對制冷系統(tǒng)效率的影響,已經(jīng)做了大量的研究。事實上,起到壓縮機潤滑和密封作用的潤滑油在整個制冷系統(tǒng)不可避免地會留下痕跡。即使只有很小量潤滑油在系統(tǒng)內(nèi)被檢測到,數(shù)量一定會隨時間和機械部件磨損的不斷擴(kuò)大而增加。
OCR是如何變成人們關(guān)注的對象的呢?
許多研究已證明制冷劑中含有少量的油將會增加系統(tǒng)的效率,但是混合物中的油含量達(dá)到一定水平時,性能將大幅降低。而一些系統(tǒng)隨著混合物中油含量過低時(<1%),效率也會降低。
眾所周知,熱傳導(dǎo)會受制冷劑、油的類型以及管束設(shè)計結(jié)構(gòu)的影響。即使制冷劑中油的濃度很低,也會對蒸發(fā)作用的熱傳導(dǎo)系數(shù)有巨大的影響。從ASHRAE(美國采暖、制冷與空調(diào)工程師學(xué)會)的RP-751研究結(jié)果來看,我們可以清晰地評定OCR在熱傳導(dǎo)中的重要性(請見表中的參數(shù))。 不同的制冷劑和油類型,OCR的影響也是差別很大的。在R134a的制冷劑中油含量為1%到2%時,傳熱系數(shù)將降低30 % ,當(dāng)油含量為5%到15%時,傳熱系數(shù)將降低40%-50%。
典型的油水平與他們的效率在運行的系統(tǒng)中對應(yīng)關(guān)系
蒸發(fā)器中油的濃度
運行消耗
1% to 2%
2% to 4%
3% to 4%
5% to 8%
5% to 6%
9% to 11%
7% to 8%
13% to 15%
OCR在系統(tǒng)運行中的影響
要充分地控制HVAC(采暖通風(fēng)與空調(diào))系統(tǒng)的功效,就需嚴(yán)格控制制冷劑中油的含量。油濃度比的精確控制將改善系統(tǒng)的功效和降低使用成本??刂芆CR的DY步就是要精確檢測OCR。
檢測油濃度比會帶來很多好處,不僅僅用于在熱量測量計和鑒定測試臺上的新系統(tǒng)設(shè)計階段,也用于HVAC系統(tǒng)的實際工作連續(xù)監(jiān)控中。在設(shè)計階段獲取的參數(shù)將用于:
甄選新型和有利環(huán)保的制冷劑;
鑒定管束設(shè)計結(jié)構(gòu);
油分離器和凈化器性能評價;
開發(fā)維修程序等等。
而連續(xù)檢測油濃度比可用于:
準(zhǔn)確編排維修時間表,以減少由維修而造成的停機時間;
給出油分離和凈化器的性能指示,有助于控制和了解系統(tǒng)。
OCR的有效檢測
檢測制冷劑中油含量常用的方法就是取樣稱重法。然而,該方法是非常耗費時間的,在系統(tǒng)中取出一定量的油和制冷劑,而且所得的結(jié)果不能反映實時的現(xiàn)象。因此, 很多人試圖開發(fā)其它方法來取代這一傳統(tǒng)檢測方法,以明確量化混合物的確切成分。
多年來, 已經(jīng)研究出大量的技術(shù)方法來成功實現(xiàn)實時檢測冷卻系統(tǒng)中處于工作狀態(tài)的流體的濃度。這些方法包括廣泛的光譜技術(shù);從液體密度檢測到聲速法、光吸收法、非傳導(dǎo)性常數(shù)法、ZH是折射率測量法。然而, 并非所有這些技術(shù)都是令人完全滿意,并使人確信得出的結(jié)果是準(zhǔn)確的、可靠的和有價值的。
因此,F(xiàn)ISO開發(fā)出由光纖折射率傳感器FRI和光纖信號調(diào)理器TMI組成的系統(tǒng)能精確測量OCR。該OCR檢測解決方案滿足了工作在制冷領(lǐng)域的工程師們提出的檢測要求。
油濃度比的分辨率高于0.04 %
傳感器非常容易安裝于冷卻系統(tǒng)中
系統(tǒng)的采集速率和通道數(shù)均可靈活選擇
信號調(diào)理器采用的白光法布利-比羅特技術(shù)對由小的光纖彎曲直徑、長距離和多處連接造成的光信號損失和波動有很強的容錯性
信號調(diào)理器的傳感器診斷功能為開始進(jìn)行一系列測試之前提供了傳感器狀態(tài)的進(jìn)一步顯示信息
FRI 光纖折射率傳感器
FRI是一種光纖折射率傳感器,適用于工業(yè)、化工和食品加工業(yè)應(yīng)用中流體的折射率測量。這種經(jīng)過現(xiàn)場驗證的解決方案經(jīng)常用于油濃度比測量,對于從事儀器儀表工作的工程師來說是一項寶貴的資產(chǎn)。
光纖傳感器除了尺寸小以外,還具有精確高、本質(zhì)安全和不受射頻、電磁波和微波輻射的干擾等優(yōu)點。 可用于過程控制、醫(yī)學(xué)、航空航天、國防、能源以及科學(xué)和學(xué)術(shù)性研究等領(lǐng)域。
白光正交相關(guān)儀(White-light Cross- Correlator) 提供了專業(yè)且極具實力的測量FP腔JD長度的方法。此法的測量結(jié)果具有驚人的精確度、非常好的線性和一致性。
傳感器技術(shù)
FISO量化制冷劑中油含量的解決辦法是基于折射率檢測的方法。
當(dāng)光纖傳感器安裝在混合物中時,被測液體填充于FP腔中,F(xiàn)P腔長度的變化與被測液體的折射率(RI)成正比例關(guān)系。被測RI相對的有效折射率為信號調(diào)理器光源的光譜分布所涵蓋。它的ZX波長處于800 nm左右。首先,用戶要校正并找到折射率與油/制冷劑混合物標(biāo)樣的對應(yīng)關(guān)系。然后,這些初始數(shù)據(jù)將被用于建立校準(zhǔn)公式或校準(zhǔn)表。即使系統(tǒng)對非常廣的油濃度范圍進(jìn)行檢測時,也要限制校準(zhǔn)范圍,以提高精度。
信號調(diào)理技術(shù)
白光正交相關(guān)儀(White-light Cross-Correlator) 提供了專業(yè)且極具實力的測量FP腔JD長度的方法。此法的測量結(jié)果具有驚人的精確度、非常好的線性和一致性。
寬帶光源發(fā)出的光發(fā)射到2x2耦合器的一個臂上,然后傳到FP儀。經(jīng)由FP儀波長調(diào)制的光信號被反射回信號調(diào)理器,聚焦成一線,經(jīng)白光正交相關(guān)儀傳輸之后,由線性CCD組合器檢測。白光正交相關(guān)儀就象一個立體分布的FP腔,其腔的長度沿著橫向位置而變。面對CCD組合器,每一個像素都與預(yù)定義的類似于FP的腔長度有關(guān)。因此儀器工作起來就像一臺立體長度可變的光學(xué)正交相關(guān)儀。例如,假定FP儀的腔長度為d微米, 由該FP儀所反射的光被ZD限度地傳送到d微米長度的CCD組合器的像素上,即立體分布的FP腔的橫向位置上長度為d微米。如圖所示,F(xiàn)P腔長度的變化被轉(zhuǎn)化成感應(yīng)ZD傳送值的像素的位移量。該技術(shù)提供了傳感器FP腔長度的精確可靠的測量。
利用完全集成的基于有形的絕緣體涂層沉淀技術(shù)的光學(xué)正交相關(guān)儀。保證在很寬溫度范圍和長時間內(nèi)檢測的準(zhǔn)確性。
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