CN102252716B - 毛细管流量的检测装置 - Google Patents

Abstract

一种毛细管流量的检测装置，将毛细管接入并测量毛细管的流量参数，上述毛细管流量的检测装置所使用的测量介质为冷媒，检测装置构成冷媒的环路；该检测装置包括：储液罐、衡器、时控开关、高压稳压阀、低压稳压阀、压力控制器、冷媒回收加注机，上述各部件通过管路依次串联成环路。通过衡器实时测量储液罐及内部冷媒的整体质量变化，将一段时间内储液罐中冷媒质量减少量反映为被测毛细管的流量，这两者间的变化是能够相互对应和量化的，而且通过单一的灵敏的衡器检测冷媒的质量可以尽量使检测结果受到公差的影响更小。

Description

毛细管流量的检测装置

技术领域

本发明涉及一种检测装置，具体说是一种使用冷媒作为测量介质，通过测量一定时间内冷媒环路中的储液罐中冷媒流出重量来判断毛细管流量参数的毛细管流量的检测装置。

背景技术

制冷系统主要由压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器这四大关键部件组成，四大部件各司其责又紧密联系、协同工作，形成了一个有机整体，其中每个部件对制冷系统整体而言都有较大的影响。在节流装置中，虽然热力膨胀阀、电子膨胀阀等技术不断涌现，但毛细管由于其机构简单、价格低廉、无运动部件、制造方便、密封性好、工作稳定不易发生故障等特点，因而仍是小型制冷空调系统中最主要的节流方式。

目前，毛细管在制冷系统性能优化方面的重点主要集中在毛细管的内径、长度、根数等方面，结果表明毛细管对制冷系统制冷/制热能力和能效比有着非常明显的影响，而同时毛细管的性能也体现在毛细管内壁表面的粗糙程度上，相同规格的毛细管内表面的粗糙程度对毛细管中的冷媒流量有着很大的影响。

毛细管的制造方法是采用传统拉拔挤压工艺，通过电机牵引将已成型的粗铜管强制通过拉拔模具，挤压使粗铜管的直径变小，长度变长。常规拉拔模具是由一对相匹配游动芯头(内膜)和拉伸凹膜(外膜)组合而成，结合电机驱动，以及拉拔润滑油等完成制作，由于游动芯头与铜管内壁以及外模与铜管外壁存在剧烈摩擦，因摩擦而产生热量使模具表面和铜管表面产生瞬时高温，故在拉拔过程中，伴随有多种润滑状态的变化和作用。如边界润滑、流体润滑和干摩擦的相互影响，很容易引起模具的磨损，模具的使用寿命很不稳定，由此会导致毛细管内外直径的偏差和粗糙度的变化。

由于毛细管内表面的粗糙程度无法在外部直接通过观测得知，较为简单的方法是进行毛细管内表面的粗糙度测量时将毛细管剖开，使用专业微小探针表面粗糙度测量设备对样品进行破坏性试验，然后通过样品切片的放大比较来得出毛细管的内表面参数，即毛细管的流量参数。但是以上检测方法存在测量周期长、测量设备投入高、操作困难、不可重复测量、过程误差大等缺点，不适合在工程上应用。

目前常见的毛细管流量测试是使用常温干氮气作为流动介质，直接用高压氮气瓶供气，使用减压阀来控制一个稳定的入口压力通过被测毛细管。通过测量压力差或者测量通过被测毛细管氮气的单位时间流量，来测量毛细管的流量。采用干氮气为测量介质的检测装置大致分为两种：一种是压差式毛细管流量测量装置，测量装置中包括依次串联连接的气源、气源开关、空气过滤器、压力调整阀、进口压力表、针阀、阻尼管、出口压力表、截止阀和被测毛细管，阻尼管和被测毛细管通过密封套与检测装置的流路相连接，通过压力调整阀使氮气保持在稳定的压力流过进口压力表、阻尼管和出口压力表，出口压力表测量出毛细管前端的压力，利用毛细管的内孔节流特性，以固定的进口压力通过仪器上的阻尼管和被测毛细管，然后读出进口压力表和出口压力表的中间压力差值，以此来反映一定长度毛细管的内控阻力，从而在很短时间内可以判断出毛细管的流量特性；另一种是流量计式毛细管流量测量装置，测量装置中包括依次串联连接的气源、气源开关、空气过滤器、压力调整阀、温度计、进口压力表、截止阀、被测毛细管和湿式流量计，被测毛细管通过密封套与检测装置的流路相连接，保持气源的氮气温度和压力恒定，通过湿式流量计示数可以得出被测毛细管通过的流量。

但是上述压差式毛细管流量测量装置和流量计式毛细管流量测量装置中，压差式流量计公差范围为±0.005MPa，氮气流量计的公差范围为±0.3L/min，若以粗糙度为1.5μm的毛细管为基准，两种氮气测量方法的结果均在公差范围内，可见常规的以氮气为介质毛细管检测设备无法检测出由于内表面粗糙度变化而引起的毛细管流量变化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种使用冷媒作为测量介质，通过测量一定时间内冷媒环路中的储液罐中冷媒流出重量来判断毛细管流量参数的毛细管流量的检测装置。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:

本发明的毛细管流量的检测装置，将毛细管接入并测量毛细管的流量参数，上述毛细管流量的检测装置所使用的测量介质为冷媒，检测装置构成冷媒的环路；该检测装置包括：储液罐，储存高温高压的冷媒，作为检测介质的流出源；衡器，实时测量储液罐及内部冷媒的整体质量变化；时控开关，设置在冷媒环路中，与储液罐相连接，开关在一段时间内打开和关闭，以控制冷媒的流动；高压稳压阀，设置在被测毛细管前端，使流入毛细管的冷媒压力保持在稳定的高压状态；低压稳压阀，设置在被测毛细管后端，使流出毛细管的冷媒背压压力保持在稳定的低压状态；压力控制器，与低压稳压阀相连接，模拟冷媒在流出毛细管后的状态；冷媒回收加注机，两端分别与压力控制器和储液罐相连接，回收冷媒并将冷媒重新注入到储液罐中；上述储液罐、时控开关、高压稳压阀、被测毛细管、低压稳压阀、压力控制器和冷媒回收加注机通过管路依次串联成环路。

本发明还可采用以下技术方案：

所述的包围储液罐和衡器设置恒温加热箱，使储液罐中的冷媒处于恒定的高温高压状态。在时控开关与储液罐之间连通的管路中设置单向阀，冷媒从储液罐中通过单向阀单流向流出。

所述的单向阀与时控开关之间设置手动开关，操作者可以手动控制检测装置的冷媒环路内冷媒的流动。

在单向阀与手动开关之间设置初始压力传感器，以测量冷媒的初始压力。

在高压稳压阀与被测毛细管之间设置毛细管入口压力传感器，测量冷媒在进入毛细管之前的压力。

在低压稳压阀与压力控制器之间设置背压压力传感器，测量冷媒在流过低压稳压阀之后的毛细管背压压力。

所述的压力传感器与数据显示面板相连接，将检测到的压力数据通过数据显示面板显示出来。

所述的压力控制器为具有多个并联通路的自平衡式结构，通过并联的通路来分散冷媒的压力。

所述的被测毛细管两端通过密封套与检测装置中的管路分别连接。

本发明具有的优点和积极效果是:

本发明的毛细管流量的检测装置中，采用恒温恒压的冷媒作为检测介质，通过衡器实时测量储液罐及内部冷媒的整体质量变化，将一段时间内储液罐中冷媒质量减少量反映为被测毛细管的流量，冷媒流量随着被测毛细管内表面的粗糙程度的增大而相应减小，即随着毛细管内表面粗糙程度的增大，储液罐中冷媒质量的减少率也相应的减少，这两者间的变化是能够相互对应和量化的，而且通过单一的灵敏的衡器检测冷媒的质量可以尽量使检测结果受到公差的影响更小。同时在检测装置的冷媒环路中设置了多个压力传感器，可以实时对环路各部分的压力变化进行监控，使毛细管的检测过程能够得以在相对稳定的条件下进行。

附图说明

图1是现有技术的压差式毛细管流量测量装置的结构示意图；

图2是现有技术的流量计式毛细管流量测量装置的结构示意图；

图3是本发明的毛细管流量的检测装置的结构示意图。

具体实施方式

以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明。

图3是本发明的毛细管流量的检测装置的结构示意图。

如图3所示，本发明的毛细管流量的检测装置，将毛细管接入并测量毛细管的流量参数，上述毛细管流量的检测装置所使用的测量介质为冷媒，检测装置和被测毛细管构成冷媒的环路；该检测装置包括：储液罐，采用密闭的容器，分别设置单一的冷媒出口和冷媒入口，在储液罐内部储存高温高压的冷媒，作为检测介质冷媒的流出源；衡器，设置在储液罐的下部，实时测量储液罐及内部冷媒的整体质量变化，通过质量减少量可得出一段时间内冷媒的流出量，即通过被测毛细管的冷媒流量，通过冷媒量的质量变化可以确定被测毛细管的流量参数；时控开关，设置在冷媒环路中，时控开关可以通过设定而在一段时间内打开和关闭，使冷媒在相应的时间内从储液罐中流出，并且流过被测毛细管，使储液罐中冷媒的减少量与冷媒的实际流动时间相对应起来，即可得出毛细管中的冷媒流量；高压稳压阀，设置在被测毛细管前端，使流入毛细管的冷媒压力保持在稳定的高压状态，防止冷媒在环路中出现较大的压力波动，在高压稳压阀一端所模拟的是在空调器或者除湿机的制冷系统中冷媒未流入毛细管时的压力环境；低压稳压阀，设置在被测毛细管后端，使流出毛细管的冷媒背压压力保持在稳定的低压状态；压力控制器，与低压稳压阀相连接，与低压稳压阀一起模拟冷媒在流出毛细管后的压力减少状态；冷媒回收加注机，两端分别与压力控制器和储液罐相连接，从压力控制器中回收冷媒，并将冷媒暂时存储在冷媒回收加注机中，并再检测完成或者储液罐中冷媒压力减低过大时，将冷媒重新注入到储液罐中；上述储液罐、时控开关、高压稳压阀、被测毛细管、低压稳压阀、压力控制器和冷媒回收加注机通过管路依次串联成环路，冷媒在上述部件中依次通过，以完成被测毛细管的检测。

如图所示将装有液态R22冷媒的储液罐放置于恒温加热箱内，将冷媒加热至45℃，稳定10小时，测量压力稳定在1.74Mpa，考虑储液罐中压力随实验的进行可能会发生衰减，故在被测毛细管入口前设置特种减压阀，稳定毛细管入口压力为1.5MPa，以此状态模拟毛细管在小型空调中入口制冷剂的状态；背压侧依次串联一个低压稳压阀和一个自平衡式压力控制阀，以此模拟毛细管出口制冷剂状态；最后设置冷媒回收加注机，回收冷媒，并在储液罐冷媒压力不足提供毛细管入口压力时，将回收的冷媒重新注入储液罐中。在整个毛细管的检测过程中，所检测的所有毛细管样品的内径及长度都一致，其规格为Φ1.3x700mm，在外部规格参数保持一致的条件下，分别检测各个毛细管的流量参数，避免因毛细管的长度不同而造成对检测结果的影响；各个被测毛细管内截面面积沿管长保持不变，即使各个毛细管的内表面保持结构均匀的状态，使检测结果不会由于毛细管的内表面不均匀而发生偏差；每次检测所使用的检测介质(冷媒)的检测初始状态应保持一致，排除检测介质的各种因素对检测结果产生影响。冷媒R22的质量流量随着毛细管粗糙度的增大而减小，较内壁粗糙度1.0μm的毛细管，粗糙度为5.4μm的毛细管单位时间流量降低了7.9％。如果以±0.5g/s作为公差，完全可通过此法检测毛细管粗糙度的变化。

包围储液罐和衡器设置恒温加热箱，恒温加热箱为储液罐中的冷媒加热，并且使储液罐中的冷媒始终处于恒定的高温高压状态，使检测介质冷媒模拟处于制冷过程中的实际工作状况，从而使毛细管的检测结果与实际的应用更加接近，考虑到储液罐中的冷媒压力会随着检测的进行逐渐降低，因此应将储液罐的内部压力相应的提高，通常情况下为保持冷媒在进入毛细管时的1.5Mpa，储液罐的压力应维持在1.74Mpa，高于模拟的实际工作压力，然后通过高压稳压阀使压力有所降低，因此更加容易的得出被测毛细管在工作中的流量特性和流量参数。

在时控开关与储液罐之间连通的管路中设置单向阀，冷媒从储液罐中通过单向阀单流向流出，且冷媒仅能从储液罐处向前流向被测毛细管的方向，整个检测装置的冷媒环路中冷媒的流向是单向的，冷媒在单向阀的作用下无法发生逆流，从而防止冷媒环路中的冷媒在受到阻碍时发生逆流而重新倒流回储液罐中，改变实际的冷媒流出量，使冷媒在毛细管处的通过量减小，影响毛细管的检测结果。

单向阀与时控开关之间设置手动开关，操作者可以手动控制检测装置的冷媒环路内冷媒的流动，使毛细管检测装置的运行和停止完全依据操作者的意愿进行，在检测中如果发生故障或者冷媒漏液，操作者也可以随时通过手动开关停止冷媒环路中的冷媒流动，以便对检测装置和被测毛细管进行调整。

在单向阀与手动开关之间设置初始压力传感器，以测量冷媒刚刚从储液罐流出时未经过任何部件时的压力，记为初始压力；高压稳压阀与被测毛细管之间设置毛细管入口压力传感器，测量冷媒在进入毛细管之前的压力，对此处压力进行监控，以便使冷媒在流入被测毛细管时维持在1.5Mpa，更加贴近实际工作中冷媒流入毛细管之前的压力；在低压稳压阀与压力控制器之间设置背压压力传感器，测量冷媒在流过低压稳压阀之后的毛细管背压压力，以便使冷媒在流出被测毛细管时更加贴近实际工作压力。通过检测冷媒流过毛细管前和流过毛细管后的压力可以监控冷媒环路中的实际压力变化，以确保整个检测在更加准确的前提下进行。压力传感器和衡器分别与数据显示面板相连接，将检测到的压力数据和质量数据通过数据显示面板显示出来，使操作者可以直观的得出检测装置的各部分的运行状况和被测毛细管的冷媒流量结果，从而及时地根据各压力传感器数值排除检测装置中的运行故障，通过流量变化可以得出毛细管内表面粗糙程度的实际参数，通过毛细管的流量特性对毛细管进行选择筛选。

压力控制器为具有多个并联通路的自平衡式结构，通过多个并联的通路来分散冷媒的压力，压力控制器与低压稳压阀配合使冷媒从毛细管中流出后进入到模拟的实际的相应制冷环节中的状况，从而使毛细管的检测数据更加接近其在实际制冷应用中的工作数据。

被测毛细管两端通过密封套与检测装置中的管路分别连接，使被测毛细管与检测装置密封连接，防止冷媒从连接处泄露，导致测量结果出现偏差。

当不同流量特性的毛细管被应用在除湿机的制冷系统中时，除湿机的实际工作效果也随毛细管的流量特性(即毛细管内表面的粗糙程度)而发生相应的改变。结果表明在毛细管外部参数完全相同的情况下，随着毛细管内表面粗糙度的增加，除湿机的除湿能力以及能效比EF值都有所下降，较匹配内表面粗糙度为1.0μm毛细管，匹配粗糙度为5.4μm毛细管的除湿机性能(除湿量)降低了4.1％，能效比EF值降低了4.5％，证明随着毛细管内壁粗糙度的增加，除湿机的性能参数除湿量以及能效比EF值都有同比例下降。所以在实际的生产应用中，为提高除湿机或空调器在工作中的制冷或制热能力，提高其能效比，就必须尽量选择内表面粗糙度较低的毛细管进行使用。

本发明的毛细管流量的检测装置中，采用恒温恒压的冷媒作为检测介质，通过衡器实时测量储液罐及内部冷媒的整体质量变化，将一段时间内储液罐中冷媒质量减少量反映为被测毛细管的流量，冷媒流量随着被测毛细管内表面的粗糙程度的增大而相应减小，即随着毛细管内表面粗糙程度的增大，储液罐中冷媒质量的减少率也相应的减少，这两者间的变化是能够相互对应和量化的，而且通过单一的灵敏的衡器检测冷媒的质量可以尽量使检测结果受到公差的影响更小。同时在检测装置的冷媒环路中设置了多个压力传感器，可以实时对环路各部分的压力变化进行监控，使毛细管的检测过程能够得以在相对稳定的条件下进行。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而，并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当然会利用揭示的技术内容作出些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种毛细管流量的检测装置，将毛细管接入并测量毛细管的流量参数，其特征在于：上述毛细管流量的检测装置所使用的测量介质为冷媒，检测装置构成冷媒的环路；该检测装置包括：储液罐，储存高温高压的冷媒，作为检测介质的流出源；衡器，实时测量储液罐及内部冷媒的整体质量变化；时控开关，设置在冷媒环路中，与储液罐相连接，开关在一段时间内打开和关闭，以控制冷媒的流动；高压稳压阀，设置在被测毛细管前端，使流入毛细管的冷媒压力保持在稳定的高压状态；低压稳压阀，设置在被测毛细管后端，使流出毛细管的冷媒背压压力保持在稳定的低压状态；压力控制器，与低压稳压阀相连接，模拟冷媒在流出毛细管后的状态；冷媒回收加注机，两端分别与压力控制器和储液罐相连接，回收冷媒并将冷媒重新注入到储液罐中；上述储液罐、时控开关、高压稳压阀、被测毛细管、低压稳压阀、压力控制器和冷媒回收加注机通过管路依次串联成环路。

2.根据权利要求1所述的毛细管流量的检测装置，其特征在于：包围储液罐和衡器设置恒温加热箱，使储液罐中的冷媒处于恒定的高温高压状态。

3.根据权利要求1所述的毛细管流量的检测装置，其特征在于：在时控开关与储液罐之间连通的管路中设置单向阀，冷媒从储液罐中通过单向阀单流向流出。

4.根据权利要求3所述的毛细管流量的检测装置，其特征在于：单向阀与时控开关之间设置手动开关，操作者可以手动控制检测装置的冷媒环路内冷媒的流动。

5.根据权利要求4所述的毛细管流量的检测装置，其特征在于：在单向阀与手动开关之间设置初始压力传感器，以测量冷媒的初始压力。

6.根据权利要求4所述的毛细管流量的检测装置，其特征在于：在高压稳压阀与被测毛细管之间设置毛细管入口压力传感器，测量冷媒在进入毛细管之前的压力。

7.根据权利要求4所述的毛细管流量的检测装置，其特征在于：在低压稳压阀与压力控制器之间设置背压压力传感器，测量冷媒在流过低压稳压阀之后的毛细管背压压力。

8.根据权利要求5或6或7所述的毛细管流量的检测装置，其特征在于：压力传感器和衡器分别与数据显示面板相连接，将检测到的压力数据和质量数据通过数据显示面板显示出来。

9.根据权利要求1所述的毛细管流量的检测装置，其特征在于：压力控制器为具有多个并联通路的自平衡式结构，通过并联的通路来分散冷媒的压力。

10.根据权利要求1所述的毛细管流量的检测装置，其特征在于：被测毛细管两端通过密封套与检测装置中的管路分别连接。