CN102144136B - 用于校准过热传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于校准过热传感器(5)的方法。该方法包括以下步骤。在蒸发器(1)中增加液态制冷剂的量，例如，通过增加膨胀阀(3)的打开程度。监控一个或多个参数，例如，离开蒸发器(1)的制冷剂温度，所述参数反映制冷剂的过热值。允许每个所述参数的值变化。当被监控的参数的值达到大致恒定水平时，定义对应于所述大致恒定水平的过热值SH＝0。然后根据所定义的SH＝0水平校准过热传感器(5)。当参数达到大致不变的水平时，其表示液态制冷剂被允许通过蒸发器(1)，并且，离开蒸发器(1)的制冷剂的过热是零。校准可以在现场执行，并且因此没有必要在生产工厂处校准传感器(5)。从而不再需要与特定的传感器匹配校准信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于校准制冷系统的过热传感器的方法。被校准的过热传感器可以有利地布置在制冷系统的制冷剂的路径中，还具有布置在其中的膨胀阀、蒸发器和压缩机。
背景技术
制冷系统往往通过调整膨胀阀的开度和/或通过打开/关闭膨胀阀从而控制提供给蒸发器液态制冷剂的量而运行。期望以如下获得的方式控制膨胀阀：提供给蒸发器的全部液态制冷剂在排出蒸发器之前被蒸发，并且以混合相位制冷剂存在于蒸发器的出口处或者刚在蒸发器的出口之前的方式。在允许液态制冷剂排出蒸发器的情况下，存在这种液态制冷剂到达压缩机的风险，并且这可能在某些情况下引起压缩机损坏。另一方面，在液态制冷剂蒸发同时通过蒸发器的第一部分，那么，蒸发器的制冷能力没有被充分利用。
制冷剂的过热(superheat)提供关于是否已经获得上述情况的信息。过热通常限为流体的实际温度和流体的沸点之间的差异。因此，过热取决于流体的温度以及压力。因此，过热是用于控制膨胀阀的开度的适当的参数。通常期望制冷剂具有低的但是正的过热。在获得上述状态的情况下，即蒸发器的制冷能力被利用到最大可能程度，并且使由于液态制冷剂通过蒸发器引起压缩机损害的风险最小化。
为了能够以确保被保持的制冷剂的最佳过热的方式控制膨胀阀，就必须能够获得过热值的准确测量。为此有必要校准用于测量过热的一个传感器或多个传感器，或者用于计算过热所使用的参数。这个校准应优选非常精确。
以前曾试图通过在制造传感器的工厂执行每一个过热传感器的各自校准获得过热传感器的精确校准。这很麻烦并且增加了制造成本。此外，确保校准信息附着并且跟随正确的传感器是至关重要的。在某些情况下，这已经通过直接存储校准信息在传感器上实现，例如存储在连接到传感器的电路板上。这增加传感器的元件数量，而且很麻烦。在其他情况下，校准信息已经被分别地存储在，例如，相应的控制器中。然而，这引起考虑的风险，即引起源自传感器和校准信息之间失配的错误。
美国专利5820262公开一种制冷剂传感器，其在共用组件中提供压力温度和过热测量和计算。制冷剂传感器包括用于测量制冷剂材料压力的压力传感器和用于测量制冷剂材料的温度的温度传感器。压力和温度的测量通过微处理器被用来计算制冷剂材料的过热值。制冷剂传感器可能包含自校准能力。校准器基于包含在压力-温度校准数据表中的数据校准压力传感器和温度传感器的测量。在压力-温度校准数据表中是压力和温度值，用作检查由压力传感器和温度传感器执行的被测量值。压力-温度校准数据表包含与用于执行上述校准的温度值栏相关的压力值栏。
发明内容
本发明的目的在于提供用于校准过热传感器的方法，其中获得精确校准。
本发明的另一个目的在于提供用于校准过热传感器的方法，其中，与现有技术方法相比，引起错误的风险降低。
本发明的另一个目的在于提供校准过热传感器的方法，与现有技术方法相比，该方法减少繁琐的执行。
本发明的另一个目的在于提供校准过热传感器的方法，该方法允许传感器的制造成本被减少。
根据本发明，通过提供用于校准过热传感器的方法实现上述的和其他目的，过热传感器被布置在包括膨胀阀、蒸发器和压缩机的制冷系统中，膨胀阀、蒸发器、过热传感器和压缩机在其中有制冷剂流动的制冷剂路径中流体地相互连接，该方法包括以下步骤：
-在蒸发器中增加液态制冷剂的量，
-监控一个或多个参数，所述参数反映制冷剂的过热值，
-允许每个所述参数的值变化，
-当被监控的参数的值达到大致恒定水平时，定义对应于所述大致恒定水平的过热值SH＝0，和
-根据所定义的SH＝0水平校准过热传感器(5)。
当期望校准过热传感器时，在蒸发器中的液态制冷剂的量首先被增加。例如，这可以通过增加膨胀阀的开度执行、通过降低压缩机的转速执行或通过降低穿过蒸发器(1)的辅助流体流量执行。这将进一步详细说明如下。
当在蒸发器中的液态制冷剂的量增加时，液态/混合态和气态制冷剂之间的界线朝向蒸发器的出口移动。因此，离开蒸发器的制冷剂的过热值下降。因此，反映制冷剂的过热值的参数将发生变化。
当液态/混合态和气态制冷剂之间的界线达到蒸发器出口时，少量液态制冷剂将通过蒸发器的出口，并且离开蒸发器的制冷剂的过热为零。如果在蒸发器中的液态制冷剂的量持续增加被允许，流过蒸发器的出口的液态制冷剂的量也增加。然而，离开蒸发器的制冷剂的过热值保持在零水平。因此，当这种情况发生时，反映制冷剂的过热值的参数将达到大致稳定的水平。
因此，当在蒸发器中的液态制冷剂的量增加并且反映过热的一个或多个参数值被监控时，观察如下。首先，参数作为过热值降低的后果将改变，并且然后参数将达到大致不变水平，由于制冷剂的过热值达到不变的零水平。这个水平然后可以被用于校准过热传感器。
优选地，在蒸发器中的液态制冷剂的量增加到足以允许过热传感器相对于蒸发器布置在下游以接收液态制冷剂，即，足以允许过热传感器被“淹”。
由于被允许通过蒸发器的液态制冷剂的量十分有限，并且因为这仅仅允许非常有限的时间，引起对压缩机的损害的风险降至最低。
当过热传感器布置在制冷剂路径中时执行本发明的方法是有利的。因而过热传感器可以在现场进行校准，并且有可能在认为是必要的任何时间重复校准。因此它没有必要在生产现场校准过热传感器，并且上述的缺点是可以避免的。因此，它不再需要保存校准信息以确保传感器和校准信息的配对被保持在一起，并且消除可能错误的主要来源。此外，制造成本可以降低，因为生产线也不再需要设计来处理这个，并且因为制造商不再需要执行校准。
此外，只要认为有必要，本发明的校准方法可以重复执行，例如，在不同压力和/或温度状态，或者只是为了抵消传感器的漂移。从而，可以得到过热传感器的相对准确的校准。
最后，使用过热值的大致恒定的零水平作为用于校准的参考点，提供了传感器的准确校准。
增加在蒸发器中的液态制冷剂的量的步骤可以包括增加对膨胀阀的开度。制冷系统的膨胀阀通常以控制供应给蒸发器的制冷剂流量这样的方式布置。因此，当膨胀阀的开度增加时，供应到蒸发器的制冷剂也增加。
增加膨胀阀的开度的步骤可以通过逐步增加打开程度被执行，例如以平滑方式。替换地，膨胀阀的开度可以突然地增加。
作为替代方案，以增加在蒸发器中的液态制冷剂量的步骤可以包括减少辅助流体通过蒸发器。制冷系统的蒸发器具有热交换功能，即，热交换发生在在流动路径中流经蒸发器的制冷剂和流过蒸发器但不在制冷剂流动路径中的辅助流体之间。辅助流体流动可以是液态流动或气态流动，例如以被吹过蒸发器的形式。在后一种情况，通常布置风扇以引起空气通过蒸发器的流动。在这种情况下，流过蒸发器的辅助流体可以通过降低风扇转速而减少，有可能将其完全关闭。
减少辅助流体减少制冷系统的负载，并且因而在蒸发器中的制冷剂的蒸发减少。结果，在蒸发器中的液态制冷剂的量增加。
作为另一个选择，增加在蒸发器的中液态制冷剂的量的步骤可以包括降低压缩机的转速。当压缩机的转速降低时，制冷系统的吸入压力增加。增加的吸入压力引起蒸发温度上升，从而减少制冷剂的蒸发器上的温差。从而对制冷剂的蒸发减少，并且这增加蒸发器中液态制冷剂的量。
监控一个或多个参数的步骤可以包括监控离开蒸发器的制冷剂的温度。当蒸发器中的液态制冷剂的量如上所述增加时，离开蒸发器的制冷剂温度将在一定的压力处以如下方式表现。首先，温度会降低，因为液态/混合态制冷剂和气态制冷剂之间的界线朝向蒸发器的出口移动。从而气态制冷剂的温度允许越来越少的时间以提高蒸发后温度，因此被减少的温度。当在蒸发器中的液态制冷剂的量足以允许液态制冷剂通过蒸发器时，离开蒸发器的制冷剂温度达到大致恒定的水平，在制冷剂的压力处对应于制冷剂的蒸发温度。因此，当被监控的温度达到大致恒定水平时，表示离开蒸发器的制冷剂的过热已经达到零水平，并且过热传感器可以被相应地校准。
替换地或额外地，监控一个或多个参数的步骤可以包括监控过热传感器的第一壁部和第二壁部之间的距离，所述距离取决于离开蒸发器的制冷剂的压力和温度。根据这个实施方式，过热传感器是一种能够直接地获得用于离开蒸发器的制冷剂的过热的方法。过热传感器可以，例如，是包括柔性壁的一种，柔性壁限定空腔和制冷剂流动路径之间的界面，空腔具有填充流体布置在其中与制冷剂热接触。因此，制冷剂的温度确定空腔内的压力，并且柔性壁的位置通过在制冷剂流动路径中的制冷剂的压力和空腔内部的压力之间的平衡确定，其由制冷剂的温度确定。因此，柔性壁的位置可以用于制冷剂的过热的直接测量。例如，柔性壁可以是隔膜或波纹管。
该方法可进一步包括将校准步骤中的结果存储在数据库中的步骤。在这种情况下，校准过热传感器的步骤可以进一步基于先前存储在数据库中的信息为基础而执行。过热传感器的校准可以例如在各种压力下执行，并且其结果可以被用于提供覆盖宽的压力范围的精确校准。
校准过热传感器的步骤可以包括求解线性方程。例如，线性方程可以是该类型
SH＝a1UP+a2UT+b，
其中，UP是代表制冷剂的压力的参数，UT是代表制冷剂温度的参数，以及a1，a2和b是常数。在这种情况下，制冷剂的压力和温度被分别地获得。a1，a2通常已知具有一定的公差或限差，而b典型地通过执行本发明的校准方法确定。
在校准方法已经被执行的情况下，例如在三个不同的压力水平处，公式SH＝a1UP+a2UT+b可以作为具有三个未知数的三个方程求解，从而确定全部三个常数并且获得传感器的更精确的校准。然而对于大多数场合，为了获得满意的校准，这没有必要。
作为一种替代方式，线性方程可以是如下类型
SH＝aU1+b，
其中U1是表示离开蒸发器的制冷剂的过热的参数，a和b为常数。在这种情况下，被监控的参数是用于制冷剂的过热的直接测量，例如，以在如上所述的过热传感器两个壁部之间距离的形式。
作为另一种选择，可以使用其他类型的函数，例如，二次方程函数。
监控一个或多个参数的步骤可以借助过热传感器执行。作为替代方案，一个或多个参数可以使用一个或多个额外的传感器监控，例如，温度传感器。
附图说明
现在参照如下附图进一步详细描述本发明，其中：
图1是在正常运行条件下的制冷系统蒸发器的示意图，
图2a-2d说明在校准过程中的图1的蒸发器，和
图3-7显示可以使用本发明的方法校准的过热传感器的各种示例。
具体实施方式
图1是布置在制冷系统的制冷路径中的蒸发器1的示意图。蒸发器1包括流体地连接到膨胀阀3的入口2。膨胀阀3的开度确定供应到蒸发器1的制冷剂的量。蒸发器1还包括流体地连接到过热传感器5的出口4。
过热传感器5测量与通过出口4离开蒸发器1的制冷剂的过热相关的一个或多个参数。过热传感器5可以测量离开蒸发器1的制冷剂的温度和压力的相应值。可替换地，过热传感器5可适合于测量代表离开蒸发器1的制冷剂的过热的单一参数。
过热传感器5提供这些测量的结果到控制单元6。基于接收到的结果，控制单元6产生到膨胀阀3的控制信号，从而根据过热值控制膨胀阀3的开度，并且从而获得小的但是正的过热值，从而获得制冷系统的最佳运行。控制单元5可以基于由过热传感器5提供的结果计算离开蒸发器1的制冷剂的过热，并随后使用计算的过热值用于控制膨胀阀3。替换地，控制单元5可以直接地基于由过热传感器5执行的测量控制膨胀阀3。
从图1显然可知，蒸发器1包含液相制冷剂和气相制冷剂。入口2附近的制冷剂主要是液态，出口4附近的制冷剂主要是气态。在这两者之间的制冷剂是混合状态，即，它是一种液态和气态制冷剂的混合物。
图1的图表说明了作为沿着蒸发器1的位置的函数的制冷剂的过热温度。由图表清楚表明，只要制冷剂是液态或混合状态，过热温度保持在大致恒定零级。然而，只要制冷剂在纯粹的气态，过热的值就开始增加。
图2a-2d说明校准过程中图1的蒸发器1。在图2a中，蒸发器1的大部分包含气态的制冷剂。因此，图2a所示的制冷系统低效率运行。图2a的图表说明离开蒸发器1的制冷剂的过热在过热传感器5的校准期间作为时间的函数。图表显示，离开蒸发器1的制冷剂的过热在这种情况下相对地高。
在图2b中，在蒸发器1中的液态制冷剂的量已经增加，例如，通过增加膨胀阀3的开度。可以看出，液态/混合相位制冷剂和气态制冷剂之间的界线已经移动更靠近出口4。然而，在蒸发器1的相当大部分仍然包括气态的制冷剂。图表显示，离开蒸发器1的制冷剂的过热与图2a所示的情况相比已经下降。然而，过热还是比较高。
在图2c中，在蒸发器1中液态制冷剂的量已经均匀地进一步增加。可以看出，液态/混合相制冷剂和气态制冷剂之间的界线正好在出口4的位置处，即，制冷系统以最佳的方式运行。图表说明在这种情况下离开蒸发器1的制冷剂过热正好达到零级。图表还表明，相对于时间的过热导数在这一点上不连续。这个不连续可被观察，从而提供已经达成最佳运行条件的精确指示。可以看出，少量的液态制冷剂已被允许通过蒸发器1并且进入过热传感器5。
在图2d中，蒸发器1中的液态制冷剂的量已经进一步增加，液态制冷剂均匀较大量被允许通过蒸发器1并且进入过热传感器5。因此，过热传感器5已经被液态制冷剂“淹没”。图表显示，离开蒸发器1的制冷剂的过热已经达到大致恒定零级。在这种情况下由过热传感器5测量的过热值可以因此设置为零，并且从而过热传感器5可以被校准。一旦校准已执行，在蒸发器1中的液态制冷剂的量可以降低，并且系统可以恢复到正常运行条件。
图3显示用在制冷系统中的过热传感器5的第一示例。过热传感器5包括封闭内腔8的波纹管7，填充流体9设置在内腔8中。填充流体9可以有利地具有恒温性质，与在制冷系统的制冷剂路径中流动的制冷剂的恒温性质类似。最优选地，填充流体9与制冷剂一致。
过热传感器5布置在制冷剂流动路径中，制冷剂流动通过箭头10图示。
波纹管7导热，并且因此填充流体9的温度与制冷剂的温度相适应。由于内腔8被大致封闭，内腔8内部的压力由这个温度确定。
波纹管7根据内腔8内部的压力以及在制冷剂流动路径中的压力而膨胀和收缩。因此，第一壁部11的位置由这两个压力之间的平衡确定，即，该位置由制冷剂的温度以及压力确定。因此，第一壁部11的位置可以用于制冷剂的过热的测量。
永久磁铁12布置在第一壁部11上并且霍尔元件13布置在第二壁部14上。第一壁部11的位置确定第一壁部11和第二壁部14之间的距离，并且这个距离可以由霍尔元件13测量，因为永久磁铁12布置在第一壁部11上。因此，图3的过热传感器5适合于提供用于制冷剂的过热的直接测量。
图4显示用在制冷系统中的过热传感器5的第二示例。图4的过热传感器5类似于图3的过热传感器5，在于其也包括波纹管7、永久磁铁12和霍尔元件13。然而，图4的过热传感器5设置有布置在内腔8内的可压缩弹簧15。可压缩弹簧15在远离第二壁部14的方向上偏置第一壁部11。在图4的过热传感器5中，没有必要在内腔8中设置填充流体，虽然这不被排除。温度传感器布置在第二壁部14上用于测量制冷剂的温度。因此，可以借助于永久磁铁12和霍尔元件13，通过测量第一壁部11和第二壁部14之间的距离而测量制冷剂的压力，并且借助于温度传感器16可以测量制冷剂的温度。可以基于这两个测量计算制冷剂的过热。
图5显示用于制冷系统中的过热传感器5的第三示例。过热传感器5包括以如下方式布置在外壳18中的隔膜17：包括填充流体9的内腔8与在制冷剂流动路径中流动的制冷剂分隔开。隔膜17导热，并且填充流体9的温度因此与在流动路径中流动的制冷剂的温度相适应。类似于参照图3说明如上的情况，内腔8内部的压力因此由制冷剂的温度确定。隔膜17的位置由制冷剂流动路径中制冷剂的压力和内腔8内部的压力之间的平衡确定。因此，隔膜17的位置由制冷剂的压力以及温度确定，并且其因而可以用于制冷剂的过热的测量。
永久磁铁12布置在膈膜17上，霍尔元件13布置在与永久磁铁12相对的外壳18的壁上。因此，隔膜17和具有霍尔元件13布置其上的壁之间的距离，以及制冷剂的过热，可以借助于霍尔元件的13测量。
图6显示在制冷系统中使用的过热传感器5的第四示例。过热传感器5包括安装在制冷剂流动路径中的硅芯片19。在硅芯片19的中心部分处，隔膜20以形成空腔21的方式布置。在空腔21的内部保持大致恒定压力，典型地是非常低的压力或大致真空。隔膜20响应于在空腔21中的压力和制冷剂流动路径中的压力之间的压力差而偏转。由于空腔21中的压力大致恒定，隔膜20的偏转可以用于制冷剂流动路径中流动的制冷剂的压力的测量。
应变计(未示出)安装在隔膜20上，用于测量隔膜20的偏转。应变计通过导线22连接到测量单元。为了获得关于制冷剂的温度的信息，应变计包括桥接电路(为示出)，桥接电路包括四个电阻器，四个电阻器在隔膜20的位置处已经掺杂进入硅芯片19的表面。这些电阻器以如下的方式布置：当制冷剂的压力增加时，两个电阻器的阻抗增加，而另外两个电阻器的阻抗减小，并且以当温度上升时全部四个电阻器的阻抗增加(或减少)。因而，可以从由应变计执行的测量中，得出或至少估计出，制冷剂的温度以及压力，并且从而可以获得用于过热的测量。
图7显示使用在制冷系统中的过热传感器5的第五示例。图7的过热传感器5类似于图6的过热传感器5。但是，在这种情况下，填充流体9布置在空腔21中。填充流体9通过毛细管24从压力泡23提供。
填充流体9通过隔膜20热连接到在制冷剂流动路径中流动的制冷剂。因此，填充流体9的温度与制冷剂的温度相适应，并且因而在空腔21中的压力由这个温度确定，与参照图5说明的上述情况类似。因此，由应变计测量的隔膜20的偏转提供用于制冷剂的过热值的直接测量。
Claims (11)
1.一种用于校准过热传感器(5)的方法，所述过热传感器(5)被布置在包括膨胀阀(3)、蒸发器(1)和压缩机的制冷系统中，膨胀阀(3)、蒸发器(1)、过热传感器(5)和压缩机在其中有制冷剂流动的制冷剂路径中流体地相互连接，该方法包括以下步骤：
-在蒸发器(1)中增加液态制冷剂的量，
-监控一个或多个参数，所述参数反映制冷剂的过热值，
-允许每个所述参数的值变化，
-当被监控的参数的值达到大致恒定水平时，定义对应于所述大致恒定水平的过热值SH＝0，和
-根据所定义的SH＝0水平校准过热传感器(5)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在蒸发器(1)中增加液态制冷剂的量的步骤包括增加膨胀阀(3)的打开程度。
3.根据权利要求2所述的方法，其中增加膨胀阀(3)的打开程度的步骤通过逐步增加打开程度来执行。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在蒸发器(1)中增加液态制冷剂的量的步骤包括减少穿过蒸发器(1)的辅助流体流量。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在蒸发器(1)中增加液态制冷剂的量的步骤包括降低压缩机的转速。
6.根据上述任何一项权利要求所述的方法，其中，监控一个或多个参数的步骤包括监控离开蒸发器(1)的制冷剂的温度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，监控一个或多个参数的步骤包括监控过热传感器(5)的第一壁部和第二壁部之间的距离，所述距离取决于离开蒸发器(1)的制冷剂的压力和温度，其中所述第一壁部和第二壁部为过热传感器的内腔的上壁和下壁。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括将校准步骤的结果存储在数据库中的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，校准过热传感器(5)的步骤进一步基于先前存储在数据库中的信息执行。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，校准过热传感器(5)的步骤包括解线性方程。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，监控一个或多个参数的步骤通过过热传感器(5)执行。
Applications Claiming Priority (3)
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