空气制冷机微机动态测试系统及分析软件的开发

空气制冷

　　　　　　　　　　　　REFRIGERATION14

　文章编号:ISSN100529180(2002)0420014205Ξ

No14,2002,Dec1

　　　　　　　　　　　Vol121(TotalNo181)

空气制冷机微机动态测试系统及分析软件的开发

朱朝辉,王　恒,杨金焕,,(西安交通大学制冷与低温工程系,[摘要][关键词]

,、处理软件,可方;微机测试系统

TU831;TP311;TQ018　　　　　　　[文献标识码]

A

、。

[中图分类号]

DevelopmentofComputerDynamicDataAcquiringHardware

andSoftwareSystemfortheAirRefrigerator

ZHUZhao-hui,WANGHeng,YANGJin-huan,YAOYan-xia,CHENChun-zheng

(InstituteofRefrigeration&CryogenicEngineering,Xi’anJiaotongUniv1,Xi′an710049)

Abstract:Asetofcomputerdynamicdataacquiringhardwareandsoftwaresystemwasdevelopedfortheairrefrigerator.Boththethermodynamicperformanceoftheairrefrigeratorandthemechanicalperformanceoftherotor-bearingsystemoftheturboexpandercanbetestedandanalyzedon-line1

Keywords:Airrefrigerator;Turboexpander;Computerdataacquiringsystem

1　引言

　　空气制冷循环又称为逆布雷顿循环,通过压缩

空气在透平膨胀机中绝热膨胀获得低温气流来制冷。与普通的蒸气压缩制冷机相比

,空气制冷机具有结构简单、清洁无污染、调节维护方便等特点,特别是当制冷温度较低(在-80℃以下)时,其制冷性能要优于蒸气压缩制冷机,近年来在普冷和深冷领域得到了越来越广泛的应用。

逆布雷顿循环包括等熵压缩、等压冷却、等熵膨胀和等压吸热四个过程,首先气体工质被压缩(过程1-2),然后在环境温度下放出压缩热(过程2-3),高压气体经逆流式热交换器被反流气体冷

本文针对一台我校自行设计的流量40Nm3/h的开式回冷空气制冷机性能试验装置,开发了一套可靠的计算机动态数据采集系统,并采用VisualC++语言开发了一系列基于Windows操作平台的数据分析处理软件,对所有的被测参量能进行触发和连续自动采集、存储和在线分析。

2　测量内容和要求

空气制冷机系统性能实验的测量内容包括两大类:(1)热工参量,包括制冷系统的气体压力和温度;(2)机械参量,包括透平膨胀机的转子转速和振幅。对热工参量来说,其动态范围基本上在0～100ms左右,因此属于准静态量,空气制冷机热力性能测试系统示意图如图2所示;而对机械参量中的转子振幅来说,其动态响应最高可达15kHz,属于典型的高频动态量,透平膨胀机机械性能测试系统示意图如图3所示。因此,空气制冷机系统性能实验的测试系统是一个高频动态与静态相结合的测

却到4点,再进入膨胀机,输出外功降低温度(过程4-5),获得制冷能力,低压冷气体输出冷量后(过程5-6),进入逆流式热交换器以冷却正流高压工质,然后在近环境温度下进入压缩机,完成循环,如图1所示。

Ξ收稿日期:200227225

空气制冷

2002年12月

制第21卷第4期(总81期)　　　　　　　　　　　

　　冷

　　　　　　　　　　　　　　　　　15

由于空气制冷机系统性能实验过程是个非稳态

降温过程,并且透平膨胀机的转速很高(

一般约在

试系统,该特性增加了测试系统的复杂性。被测量内容及要求如表1所示。

(a)流程图　　　　　　　　　　　　　　　　(b)T-S图

图1　

逆布雷顿循环空气制冷机示意图

图2　空气制冷机热力性能测试系统图　　　　　　　　　　　　图3　透平膨胀机机械性能测试系统图

表1　被测量内容及要求

气体压力(P)

测量点数测量范围(表压)

测量精度动态响应

40～110MPa01001MPa100ms

气体温度(T)

9150～340K011K100ms

转子转速(n)

10～48万r/min

转子振幅

2

±200um

015um15kHz

±120r/m

15kHz

空气制冷

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10万r/min以上),在升速、降速以及稳定工作时

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31114　转速测量

都表现出很多瞬态特征,而试验内容要求测试系统能够捕捉到这些瞬态特征,并进行实时记录分析,以较直观的方式显示。因此对测试系统的功能提出了以下要求:

(1)对所有热工参量(气体压力,温度和流量),要求能以一定的时间间隔连续自动地采集,以直观的图形和数值方式进行显示,据进行存储,能,,以得(2)对于机械参量,如转子振幅,要求能连续进行采集,动态显示转子振动波形和轴心轨迹,能实现触发采集、显示、存储,并能对振动信号进行实时的频谱分析。

(3)系统可靠性和经济性要求。在满足上述功能前提下,要求测试系统稳定可靠,抗干扰能力强,在实验室条件下有较长的工作寿命。同时在满足功能和可靠性前提下,要求整个系统有合理的性能价格比。

本文实验中没有采用转速传感器。而是通过软件对转子位移(振幅)传感器采集到的位移(振幅)信号进行FFT频域分析,对各频域峰值进行自动搜索、排序、判别真伪,从而智能判断并自动获。z1024变换,转速误差

:[)]×60≈±732(r/20万r/min左右,转速相对误差较小,满足测量要求。

表2　传感器性能指标

压力传感器型号规格量程(表压)满量程输出非线性重复性迟滞精度等级使用温度范围

GYG010～110MPa96185mV/9V

位移(振幅)传感器型号规格探头直径测量范围满量程输出灵敏度非线性频响温漂

SJ4-1

5mm

112mm

±0113%

011%011%C级-25～60℃

±6V

10mV/μm0105%0～25kHz0101%℃

3　微机动态测试系统的设计

311　传感器的选用及标定31111　温度传感器

312　采集卡及附件的选择及连接

由于热电偶结构简单,制作方便,材料价格便宜、易得,测量稳定性好,同时考虑到空气制冷机系统性能实验测量范围,选用铜-康铜热电偶,在实验室温度标定台上77K～373K温度区间内对自制热电偶进行了标定。31112　压力传感器

本测试系统采用一台PⅡ350的PC机作为测试主机。所选用的计算机与所选用的采集卡之间有良好的兼容性,其运算速度、存储容量、图形支持功能都能满足测试系统开发需要,并根据热力性能测试信号和机械性能测试信号的不同特点,分别设计了不同的测试系统。31211　机械性能测试部分

(

1)DAS数据采集卡

DAS数据采集卡在本测试系统中的用途是将位

本系统选用了尺寸小、复现性和可靠性好、价格便宜的GYG01通用高精度固态压阻压力传感器。其主要性能指标如表2所示,并采用精度较高的活塞压力计对其进行了标定。

31113　位移(振幅)传感器

本文的透平膨胀机工作转速很高,其基频在4kHz左右,由于对高倍频的测试和采样定理的要

移(振幅)传感器及前置放大器输出的模拟信号转化为数字信号,以便计算机进行采集。本测试系统

中两路位移(振幅)信号是高频信号,因此选择采集卡首先应满足具有足够高的采集频率的条件。位移(振幅)传感器的频响为25kHz,DAS采集卡最小采集频率应为50kHz。其次DAS采集卡还要有足够高的转换精度及足够多的A/D通道。综合考虑以上要求后,本系统选用了美国Keithley公司系列

求,传感器的频响应大于20kHz,同时考虑到对传感器的探头尺寸及其温漂的要求,选 …… 此处隐藏：5638字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……