CN105892534A - 一种大型箱柜加热器控制及凝露报警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型箱柜加热器控制及凝露报警方法。由当前温度和相对湿度可得到较为准确的绝对湿度。绝对湿度急剧上升说明箱柜进水，常投、辅助加热器均停止运行，发出报警；绝对湿度急剧下降说明箱柜凝露，且下降程度对应凝露程度，在未进水的前提下开启辅助加热器，无论是否进水均发出报警。

Description

一种大型箱柜加热器控制及凝露报警方法

技术领域

本发明涉及电气设备防潮领域，特别是一种大型箱柜加热器控制及凝露报警方法。

背景技术

空气湿度有绝对湿度和相对湿度两种表示法。绝对湿度表示每立方米的湿空气中含有的水蒸汽的质量，单位是千克/立方米(kg/m³)；相对湿度指空气中水蒸汽分压与饱和蒸汽压的百分比，用RH表示。饱和蒸汽压随着温度的升高而增大，满足Antoine方程：lnP＝A-B/(T+C)，P为饱和蒸汽压，T为温度，A、B、C为Antoine常数，可查数据表获得。

判断箱柜是否受潮，最好的办法是使用绝对湿度传感器，即测量空气中的含水量，但是绝对湿度传感器原理复杂，造价是相对湿度传感器的几百倍。

目前电气设备的防潮方法是，半封闭的箱柜中，平时使用常投加热器保持箱柜内部较高温度，当温度低于20℃或相对湿度高于60％时，辅助加热器运行。其原理是，加热空气从而降低相对湿度，防止外界温差剧烈变化导致的凝露；当箱柜进水时，加快进水蒸发，内部蒸汽压高于外界蒸汽压，水蒸汽会较为迅速地从透气孔扩散到外界。

此法应用于内部空旷的小型箱柜效果较好，但是观察高度在1.5m以上、内部电气设备密集的大型箱柜，一旦进水，几乎无法避免凝露现象。分析其原因，大型箱柜内，加热器往往只配置在底部，而顶部散热很快，温度与外界趋同，底部的高湿度热空气上升到顶部遇冷凝露形成水珠。若要保持整个箱柜空气都得到加热，需要配置大量的加热器，消耗大量电能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种大型箱柜加热器控制及凝露报警方法，能及时判断电力设备箱柜是否进水，并采取正确措施，判断是否已发生凝露，发出报警。

本发明采用以下方案实现：一种大型箱柜加热器控制及凝露报警方法，包括以下步骤：

步骤S1：以一定频率采样得到箱柜中部空气温度T₁；

步骤S2：将T用递推平均滤波法处理，得到T_1s；

步骤S3：以一定频率采样得到箱柜上部空气温度T₂；

步骤S4：将T用递推平均滤波法处理，得到T_2s；

步骤S5：以一定频率采样得到箱柜中间高度空气相对湿度L；

步骤S6：将L用递推平均滤波法处理，得到L_s；

步骤S7：通过T_1s与L_s求得箱体中部的绝对湿度ρ，其中A、B、C为Antoine常数；

步骤S8：为了降低成本，使用的单片机运算能力有限，具体程序中，制作的数值表，通过程序查表求得指数函数值；

步骤S9：大型箱柜底部热空气继续上升，到达箱顶，本步骤计算是否会在箱顶凝露。假设上升到箱顶的空气绝对湿度不变，那么相对湿度若L'≥100％RH，则说明大型箱柜内部构成了一个凝露循环，关闭常投加热器及辅助加热器，发出报警声响；

步骤S10：判断绝对湿度ρ是否急剧上升；若ρ急剧上升，则该箱柜进水，关闭常投加热器及辅助加热器，发出报警声响；

步骤S11：判断绝对湿度ρ是否急剧下降；若ρ急剧下降，则单位体积含水量减小，空气中的水蒸汽凝结为水滴；若所述步骤S8判断箱柜未进水，则此时打开辅助加热器；若所述步骤S8判断箱柜进水，则此时发出报警声响。

进一步地，所述步骤S6中，所述递推平均滤波法用于滤除湿度传感器受到外界干扰。

进一步地，所述步骤S7中，根据温度T_s与相对湿度L_s得到绝对湿度的算法推导如下：

对于相对湿度有：L_s＝p/P，其中p为当前水蒸汽分压，P为当前温度下饱和蒸汽压；

由Antoine方程有：lnP＝A-B/(T+C)，经过变换有：P＝e^A-B/(T+C)

其中A、B、C为Antoine常数；

理想气体公式：pV＝nRT

水分子密度：

由以上公式得到

进一步地，所述步骤S8中，利用数值表代替复杂指数运算。

当Antoine常数A＝8.10765，B＝1750.286，C＝235.0时，列出从1℃到50℃的数值表：

所述数值表如下：

进一步地，所述步骤S10和步骤S11中，绝对湿度ρ急剧上升与急剧下降的判断依据以下算法：

根据道尔顿蒸发定律：W＝K(P-p)/A，其中K为与液面风速相关的系数，A为大气压，p为当前蒸汽压，P为饱和蒸汽压；以及蒸发速率定义为：Wdt＝dn，则绝对湿度为其中L₀是初始相对湿度，V是箱体体积，T为加热器附近空气温度，p_t为t时刻的蒸汽压，p₀为t＝0时的蒸汽压，P为饱和蒸汽压；

将代入式求导得到绝对湿度变化率

取T＝35℃，无风时取K＝18000，箱体体积取近似值V＝4.0m³，大气压取p＝1.013×10⁵Pa，气体常量R＝8.31441J/(mol·K)，Antoine常数A＝8.10765，B＝1750.286，C＝235.0，得到刚进水时得到绝对湿度变化速率为2.56g/(mol·h)

若绝对湿度ρ变化率超过这一数值，则判断为进水或凝露。

进一步地，所述递推平均滤波法，即连续取N个采样值组成队列，新数据放入队尾，并扔掉原来队首的一个数据，把队列中的N个数据进行算术平均运算，就可获得新的滤波结果。

进一步地，所述常投加热器功率较小，一般均在投入状态。

进一步地，所述辅助加热器功率较大，一般均在停止状态。

进一步地，所述报警声响应将箱柜本体作为共振腔，功耗小、发声响。

较佳地，湿度传感器是利用湿敏半导体电阻随相对湿度变化而线性变化的原理制成，测量误差较为严重，利用递推平均滤波法得到较为准确的数值。绝对湿度急剧上升，说明单位体积空气中含水量急剧上升，说明常投加热器加热底部空气，使得进水蒸发加快。绝对湿度急剧下降，说明外界急剧降温，空气中大量水分发生凝露。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

一、本发明能够报警箱柜进水；

二、本发明能够报警箱柜凝露；

三、本发明正确控制加热器投退，能够防止大型箱柜进水后因加热器盲目运行导致严重凝露问题。

附图说明

图1为本发明的算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本实施例提供了一种大型箱柜加热器控制及凝露报警方法，包括以下步骤：

步骤S1：以一定频率采样得到箱柜中部空气温度T₁；

步骤S2：将T用递推平均滤波法处理，得到T_1s；

步骤S3：以一定频率采样得到箱柜上部空气温度T₂；

步骤S4：将T用递推平均滤波法处理，得到T_2s；

步骤S5：以一定频率采样得到箱柜中间高度空气相对湿度L；

步骤S6：将L用递推平均滤波法处理，得到L_s；

步骤S7：通过T_1s与L_s求得箱体中部的绝对湿度ρ，其中A、B、C为Antoine常数；

步骤S8：为了降低成本，使用的单片机运算能力有限，具体程序中，制作的数值表，通过程序查表求得指数函数值；

步骤S9：大型箱柜底部热空气继续上升，到达箱顶，本步骤计算是否会在箱顶凝露。假设上升到箱顶的空气绝对湿度不变，那么相对湿度若L'≥100％RH，则说明大型箱柜内部构成了一个凝露循环，关闭常投加热器及辅助加热器，发出报警声响；

步骤S10：判断绝对湿度ρ是否急剧上升；若ρ急剧上升，则该箱柜进水，关闭常投加热器及辅助加热器，发出报警声响；

步骤S11：判断绝对湿度ρ是否急剧下降；若ρ急剧下降，则单位体积含水量减小，空气中的水蒸汽凝结为水滴；若所述步骤S8判断箱柜未进水，则此时打开辅助加热器；若所述步骤S8判断箱柜进水，则此时发出报警声响。

在本实施例中，所述步骤S6中，所述递推平均滤波法用于滤除湿度传感器受到外界干扰。

在本实施例中，所述步骤S7中，根据温度T_s与相对湿度L_s得到绝对湿度的算法推导如下：

对于相对湿度有：L_s＝p/P，其中p为当前水蒸汽分压，P为当前温度下饱和蒸汽压；

由Antoine方程有：lnP＝A-B/(T+C)，经过变换有：P＝e^A-B/(T+C)其中A、B、C为Antoine常数；

理想气体公式：pV＝nRT

水分子密度：

由以上公式得到

在本实施例中，所述步骤S8中，利用数值表代替复杂指数运算。

当Antoine常数A＝8.10765，B＝1750.286，C＝235.0时，列出从1℃到50℃的数值表：

所述数值表如下：

在本实施例中，所述递推平均滤波法，即连续取N个采样值组成队列，新数据放入队尾，并扔掉原来队首的一个数据，把队列中的N个数据进行算术平均运算，就可获得新的滤波结果。本实施例中取N＝4，采样周期10s。

在本实施例中，所述常投加热器功率50W，一般均在投入状态。

在本实施例中，所述辅助加热器功率100W，一般均在停止状态。

在本实施例中，所述报警声响应将箱柜本体作为共振腔，功耗小、发声响。

进一步的，在本实施例中，通过实验发现，本发明也可以判断中小型箱柜是否进水、凝露。不同之处是，算法判断中小型箱柜进水，不需要关闭所有加热器，而是投入辅助加热器。原因是，中小型箱柜不存在底部和顶部温差大的情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种大型箱柜加热器控制及凝露报警方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤S1：以一定频率采样得到箱柜中部空气温度T₁；

步骤S2：将T用递推平均滤波法处理，得到T_1s；

步骤S3：以一定频率采样得到箱柜上部空气温度T₂；

步骤S4：将T用递推平均滤波法处理，得到T_2s；

步骤S5：以一定频率采样得到箱柜中间高度空气相对湿度L；

步骤S6：将L用递推平均滤波法处理，得到L_s；

步骤S7：通过T_1s与L_s求得箱体中部的绝对湿度ρ，

其中A、B、C为Antoine常数；

步骤S8：制作的数值表，通过查表求得指数函数值；

步骤S9：大型箱柜底部热空气继续上升，到达箱顶，本步骤计算是否会在箱顶凝露；假设上升到箱顶的空气绝对湿度不变，则相对湿度若L'≥100％RH，则表示大型箱柜内部构成了一个凝露循环，关闭常投加热器及辅助加热器，发出报警声响；

步骤S10：判断绝对湿度ρ是否急剧上升；若ρ急剧上升，则该箱柜进水，关闭常投加热器及辅助加热器，发出报警声响；

步骤S11：判断绝对湿度ρ是否急剧下降；若ρ急剧下降，则单位体积含水量减小，空气中的水蒸汽凝结为水滴；若所述步骤S8判断箱柜未进水，则此时打开辅助加热器；若所述步骤S8判断箱柜进水，则此时发出报警声响。

2.根据权利要求1所述的一种大型箱柜加热器控制及凝露报警方法，其特征在于：所述步骤S6中，所述递推平均滤波法用于滤除湿度传感器受到外界干扰。

3.根据权利要求1所述的一种大型箱柜加热器控制及凝露报警方法，其特征在于：所述步骤S7中，根据温度T_s与相对湿度L_s得到绝对湿度的算法推导如下：

对于相对湿度有：L_s＝p/P，其中p为当前水蒸汽分压，P为当前温度下饱和蒸汽压；

由Antoine方程有：ln P＝A-B/(T+C)，经过变换有：P＝e^A-B(T+C)

其中A、B、C为Antoine常数；

理想气体公式：pV＝nRT

水分子密度：

由以上公式得到

4.根据权利要求1所述的一种大型箱柜加热器控制及凝露报警方法，其特征在于：所述步骤S8中，利用数值表代替复杂指数运算：

当Antoine常数A＝8.10765，B＝1750.286，C＝235.0时，列出从1℃到50℃的数值表：

所述数值表中，当温度T＝1时，函数值为0.0468；当温度T＝2时，函数值为0.0470；当温度T＝3时，函数值为0.0471；当温度T＝4时，函数值为0.0472；当温度T＝5时，函数值为0.0474；当温度T＝6时，函数值为0.0475；当温度T＝7时，函数值为0.0477；当温度T＝8时，函数值为0.0478；当温度T＝9时，函数值为0.0480；当温度T＝10时，函数值为0.0481；当温度T＝11时，函数值为0.0483；当温度T＝12时，函数值为0.0484；当温度T＝13时，函数值为0.0485；当温度T＝14时，函数值为0.0487；当温度T＝15时，函数值为0.0488；当温度T＝16时，函数值为0.0490；当温度T＝17时，函数值为0.0491；当温度T＝18时，函数值为0.0493；当温度T＝19时，函数值为0.0494；当温度T＝20时，函数值为0.0495；当温度T＝21时，函数值为0.0497；当温度T＝22时，函数值为0.0498；当温度T＝23时，函数值为0.0500；当温度T＝24时，函数值为0.0501；当温度T＝25时，函数值为0.0503；当温度T＝26时，函数值为0.0504；当温度T＝27时，函数值为0.0505；当温度T＝28时，函数值为0.0507；当温度T＝29时，函数值为0.0508；当温度T＝30时，函数值为0.0510；当温度T＝31时，函数值为0.0511；当温度T＝32时，函数值为0.0512；当温度T＝33时，函数值为0.0514；当温度T＝34时，函数值为0.0515；当温度T＝35时，函数值为0.0516；当温度T＝36时，函数值为0.0518；当温度T＝37时，函数值为0.0519；当温度T＝38时，函数值为0.0521；当温度T＝39时，函数值为0.0522；当温度T＝40时，函数值为0.0523；当温度T＝41时，函数值为0.0525；当温度T＝42时，函数值为0.0526；当温度T＝43时，函数值为0.0528；当温度T＝44时，函数值为0.0529；当温度T＝45时，函数值为0.0530；当温度T＝46时，函数值为0.0532；当温度T＝47时，函数值为0.0533；当温度T＝48时，函数值为0.0534；当温度T＝49时，函数值为0.0536；当温度T＝50时，函数值为0.0538。

5.根据权利要求1所述的一种大型箱柜加热器控制及凝露报警方法，其特征在于：所述步骤S6和步骤S7中，绝对湿度ρ急剧上升与急剧下降的判断依据以下算法：

根据道尔顿蒸发定律：W＝K(P-p)/A，其中K为与液面风速相关的系数，A为大气压，p为当前蒸汽压，P为饱和蒸汽压；以及蒸发速率定义为：Wdt＝dn，则绝对湿度为其中L₀是初始相对湿度，V是箱体体积，T为加热器附近空气温度，p_t为t时刻的蒸汽压，p₀为t＝0时的蒸汽压，P为饱和蒸汽压；

将代入式求导得到绝对湿度变化率

取T＝35℃，无风时取K＝18000，箱体体积取近似值V＝4.0m³，大气压取p＝1.013×10⁵Pa，气体常量R＝8.31441J/(mol·K)，Antoine常数A＝8.10765，B＝1750.286，C＝235.0，得到刚进水时得到绝对湿度变化速率为2.56g/(mol·h)

若绝对湿度ρ变化率超过这一数值，则判断为进水或凝露。