CN107270488A - 一种飞机地面空调机组制冷/制热参数监测系统 - Google Patents
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Abstract
一种飞机地面空调制冷/制热参数监测系统。其包括出风监测装置、进风监测装置；其中出风监测装置和进风监测装置通过有线或无线方式连接，进风监测装置通过有线或无线方式与外部设备连接；本发明提供的飞机地面空调制冷/制热参数监测系统的有益效果是：(1)可以实现对地面空调机组进风及送风温度、湿度、风压和风速等物理量的实时检测；(2)可以根据地面空调机组进风及送风温度、湿度、风压和风速等物理量计算出进风和送风风量，以及制冷/制热量；(3)监测系统便于装卸，可实现现场快速安装和拆卸。
Description
技术领域
本发明属于空调系统检测技术领域，特别是涉及一种飞机地面空调机组制冷/制热参数监测系统。
背景技术
飞机地面空调机组是一种民航特种设备，用于代替飞机辅助动力装置(APU)在飞机地面保障过程中为飞机提供新风和空气调节。地面空调机组的能量来源是电能，与APU相比，无论从能源消耗、污染物排放、工作噪声和运行成本等方面均大幅降低，具有十分显著的节能减排效果，近年来已在我国各大机场逐步推广使用。
对地面空调机组制冷/制热量进行现场监测有利于机场掌握设备运行状况，以及对地面空调机组进行定期测试维护等，而目前地面空调机组内置传感器只能实现对送风端温度、风压和风量的检测，没有对进风端温度和风量的检测设备，更无法实现对制冷/制热量的监测功能。此外，不同地面空调机组生产厂商配置的温度、风压等传感器的准确度和精度均有差别，传感器安装于空调机组内部也不便于定期标定，为机场获取准确的地面空调制冷/制热参数造成不便。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种飞机地面空调机组制冷/制热参数监测系统。
为了达到上述目的，本发明提供的飞机地面空调机组制冷/制热参数监测系统包括出风监测装置、进风监测装置；其中出风监测装置和进风监测装置通过有线或无线方式连接，进风监测装置通过有线或无线方式与外部设备连接；
所述的出风监测装置包括：第一温度传感器、第一湿度传感器、压力传感器、第一风量传感器、第一距离传感器、第一控制器、第一通信模块以及第一电源模块；其中，第一温度传感器、第一湿度传感器、压力传感器、第一风量传感器、第一距离传感器和第一通信模块分别与第一控制器连接；第一电源模块用于为出风监测装置中各用电部件提供所需的电能；
所述的进风监测装置包括：第二温度传感器、第二湿度传感器、第二风量传感器、第二距离传感器、显示模块、第二控制器、第二通信模块、存储设备以及第二电源模块；其中，第二温度传感器、第二湿度传感器、第二风量传感器、第二距离传感器、显示模块、第二通信模块和存储设备分别与第二控制器连接；第二通信模块分别与第一通信模块和外部设备连接；第二电源模块用于为进风监测装置中各用电部件提供所需的电能。
所述第一温度传感器和第二温度传感器均为一至多个，采用热电偶、热电阻、集成电路温度传感器、光纤温度传感器以及超声温度传感器中的任一种；
所述的第一湿度传感器和第二湿度传感器采用电阻式、电容式或电子式湿度传感器中的任一种；
所述的压力传感器采用表压传感器或差压传感器中的任一种。当使用差压传感器时，其低压侧与大气连通，高压侧与地面空调机组的空调出风管连通；
所述的第一风量传感器和第二风量传感器均为一至多个，采用皮托管、热线风速仪、热球风速仪、差压流量计和超声风速探头中的任一种。
所述的第一距离传感器和第二距离传感器均为一至多个，采用基于激光、红外线或超声波的测距传感器，分别用于检测地面空调机组的空调出风管和进风口的直径；
所述的第一控制器和第二控制器分别为出风监测装置和进风监测装置的主处理器，采用微控制器、微处理器、FPGA、DSP和PLC中的任一种；
所述的第一通信模块采用有线或无线以太网、移动蜂窝网络、Zigbee、蓝牙、光纤、Modbus、CAN或Frofibus在内的工业现场总线或RS-232串行通信设备中的任一种或多种，用于实现进风监测装置2与出风监测装置1之间的数据交换；
所述的第一电源模块采用蓄电池、锂电池、太阳能电池板、直流稳压电源或风力发电装置中的任一种。
所述的第二通信设备采用有线或无线以太网、移动蜂窝网络、Zigbee、蓝牙、光纤、Modbus、CAN或Frofibus在内的工业现场总线或RS-232串行通信设备中的任一种或多种，用于实现进风监测装置与出风监测装置和外部设备之间的数据交换；
所述的第二电源模块采用蓄电池、锂电池、太阳能电池板或直流稳压电源中的任一种；
所述的显示模块采用LED数码管、显示屏或LCD显示屏中的任一种。
所述的存储设备采用硬盘、FLASH、存储卡在内的非易失存储介质中的任一种。
所述的风力发电装置包括涡轮、直流发电机、滤波电路、稳压电路和升/降压模块；其中，涡轮与直流发电机的轴机械连接；直流发电机与滤波电路连接；滤波电路与稳压电路连接；稳压电路与升/降压电路连接；升/降压电路将稳压电路输出的直流电压进行升压或降压而得到多种直流电压，并提供给出风监测装置中各用电部件。
所述的出风监测装置还包括壳体、通风管道和旁路；所述的壳体或安装于地面空调机组中出风管的等径直管段，或安装于空调出风管与飞机连接处；当安装于出风管的等径直管段时，壳体的中部为一环形夹套，夹套两端分别设有一个用于与空调出风管连接的连接器，连接方式采用粘扣、卡箍、螺纹、法兰或焊接方式；当安装于空调出风管与飞机连接处时，壳体的中部也为环形夹套，一端与飞机机腹空调接口一致，用于与空调出风管的飞机空调标准接口对接，另一端与飞机对接，接口标准与飞机空调标准接口一致；通风管道以与壳体同轴的方式设置在壳体的内部；旁路设置在通风管道上；风力发电装置中的涡轮和直流发电机安装于旁路内，流经空调出风管的出风气流在经过旁路时将带动涡轮旋转并通过直流发动机发电；在旁路的入口和出口处分别设置一个金属过滤网；第一温度传感器、第一湿度传感器、压力传感器、第一风量传感器和第一距离传感器安装于通风管道的管壁上；当第一风量传感器采用超声风速探头时，则成对相向安装于通风管道的管壁上，且两个超声风速探头轴向相距距离设置，两个超声风速探头相互发射超声波，并根据超声渡越时间差计算出空调出风管内的风速；第一控制器、第一通信模块以及第一电源模块的全部或部分部件则设置在壳体的夹套中。
所述的进风监测装置还包括安装于地面空调机组中室外机上的机箱；第二控制器、第二通信模块、存储设备和第二电源模块设置在机箱的内部；显示模块安装于机箱的表面；第二温度传感器和第二湿度传感器安装于室外机上百叶外壳的内部；第二风量传感器安装于室外机的进风口处；第二距离传感器成对安装于进风口的边缘，用于测量进风口的直径。
本发明提供的飞机地面空调制冷/制热参数监测系统的有益效果是：(1)可以实现对地面空调机组进风及送风温度、湿度、风压和风速等物理量的实时检测；(2)可以根据地面空调机组进风及送风温度、湿度、风压和风速等物理量计算出进风和送风风量，以及制冷/制热量；(3)监测系统便于装卸，可实现现场快速安装和拆卸。
附图说明
图1为本发明提供的飞机地面空调机组制冷/制热参数监测系统主要结构构成框图；
图2为本发明提供的飞机地面空调机组制冷/制热参数监测系统中风力发电装置结构示意图；
图3为本发明提供的飞机地面空调机组制冷/制热参数监测系统中出风监测装置部分部件安装位置示意图；
图4为本发明提供的飞机地面空调机组制冷/制热参数监测系统中出风监测装置安装位置示意图；
图5为本发明提供的飞机地面空调机组制冷/制热参数监测系统中出风监测装置外观结构示意图；
图6为本发明提供的飞机地面空调机组制冷/制热参数监测系统中进风监测装置安装位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的飞机地面空调机组制冷/制热参数监测系统进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的飞机地面空调机组制冷/制热参数监测系统包括出风监测装置1、进风监测装置2；其中出风监测装置1和进风监测装置2通过有线或无线方式连接，进风监测装置2通过有线或无线方式与外部设备连接；出风监测装置1将检测到的包括温度、湿度、压力、风速和距离在内的数据传输给进风监测装置2；进风监测装置2将出风和进风检测数据一并进行存储和显示并传输给外部设备。
所述的出风监测装置1包括：第一温度传感器3、第一湿度传感器4、压力传感器5、第一风量传感器6、第一距离传感器7、第一控制器8、第一通信模块9以及第一电源模块10；其中，第一温度传感器3、第一湿度传感器4、压力传感器5、第一风量传感器6、第一距离传感器7和第一通信模块9分别与第一控制器8连接；第一电源模块10用于为出风监测装置1中各用电部件提供所需的电能；
所述的进风监测装置2包括：第二温度传感器33、第二湿度传感器34、第二风量传感器36、第二距离传感器37、显示模块11、第二控制器38、第二通信模块12、存储设备13以及第二电源模块14；其中，第二温度传感器33、第二湿度传感器34、第二风量传感器36、第二距离传感器37、显示模块11、第二通信模块12和存储设备13分别与第二控制器38连接；第二通信模块12分别与第一通信模块9和外部设备连接；第二电源模块14用于为进风监测装置2中各用电部件提供所需的电能。
所述第一温度传感器3和第二温度传感器33均为一至多个，采用热电偶、热电阻、集成电路温度传感器、光纤温度传感器以及超声温度传感器中的任一种。
所述的第一湿度传感器4和第二湿度传感器34采用电阻式、电容式或电子式湿度传感器中的任一种；
所述的压力传感器5采用表压传感器或差压传感器中的任一种。当使用差压传感器时，其低压侧与大气连通，高压侧与地面空调机组的空调出风管连通；
所述的第一风量传感器6和第二风量传感器36均为一至多个，采用皮托管、热线风速仪、热球风速仪、差压流量计和超声风速探头中的任一种。
所述的第一距离传感器7和第二距离传感器37均为一至多个，采用基于激光、红外线或超声波的测距传感器，分别用于检测地面空调机组的空调出风管和进风口的直径。
所述的第一控制器8和第二控制器38分别为出风监测装置1和进风监测装置2的主处理器，采用微控制器、微处理器、FPGA、DSP和PLC中的任一种。
所述的第一通信模块9采用有线或无线以太网、移动蜂窝网络、Zigbee、蓝牙、光纤、Modbus、CAN或Frofibus在内的工业现场总线或RS-232串行通信设备中的任一种或多种，用于实现进风监测装置2与出风监测装置1之间的数据交换；
所述的第一电源模块10采用蓄电池、锂电池、太阳能电池板、直流稳压电源或风力发电装置中的任一种。
所述的第二通信设备12采用有线或无线以太网、移动蜂窝网络、Zigbee、蓝牙、光纤、Modbus、CAN或Frofibus在内的工业现场总线或RS-232串行通信设备中的任一种或多种，用于实现进风监测装置2与出风监测装置1和外部设备之间的数据交换；
所述的外部设备采用任何符合本系统通信接口和协议的嵌入式系统、计算机或服务器，用于机场管理人员对地面空调机组制冷参数的查询、统计与管理。
所述的第二电源模块14采用蓄电池、锂电池、太阳能电池板或直流稳压电源中的任一种。
所述的显示模块11采用LED数码管、显示屏或LCD显示屏中的任一种。
所述的存储设备13采用硬盘、FLASH、存储卡在内的非易失存储介质中的任一种。
如图2所示，所述的风力发电装置包括涡轮16、直流发电机17、滤波电路18、稳压电路19和升/降压模块20；其中，涡轮16与直流发电机17的轴机械连接；直流发电机17与滤波电路18连接；滤波电路18与稳压电路19连接；稳压电路19与升/降压电路20连接；升/降压电路20将稳压电路19输出的直流电压进行升压或降压而得到多种直流电压，并提供给出风监测装置1中各用电部件。
如图3—图5所示，所述的出风监测装置1还包括壳体39、通风管道21和旁路22；所述的壳体39或安装于地面空调机组中出风管26的等径直管段，或安装于空调出风管26与飞机27连接处；当安装于出风管26的等径直管段时，壳体39的外形如图5(a)所示，中部为一环形夹套，夹套两端分别设有一个用于与空调出风管26连接的连接器28，连接方式采用粘扣、卡箍、螺纹、法兰或焊接方式；当安装于空调出风管26与飞机27连接处时，壳体39的外形如图5(b)所示，中部也为环形夹套，一端与飞机机腹空调接口一致，用于与空调出风管26的飞机空调标准接口29对接，另一端与飞机27对接，接口标准与飞机空调标准接口29一致；通风管道21以与壳体39同轴的方式设置在壳体39的内部；旁路22设置在通风管道21上；风力发电装置中的涡轮16和直流发电机17安装于旁路22内，流经空调出风管26的出风气流在经过旁路22时将带动涡轮16旋转并通过直流发动机17发电；在旁路22的入口和出口处分别设置一个金属过滤网23，以防止涡轮16或直流发动机17上的部件脱落并沿空调出风管26吹入飞机管道；第一温度传感器3、第一湿度传感器4、压力传感器5、第一风量传感器6和第一距离传感器7安装于通风管道21的管壁上；当第一风量传感器6采用超声风速探头24时，则成对相向安装于通风管道21的管壁上，且两个超声风速探头24轴向相距距离设置，两个超声风速探头24相互发射超声波，并根据超声渡越时间差计算出空调出风管26内的风速；第一控制器8、第一通信模块9以及第一电源模块10的全部或部分部件则设置在壳体39的夹套中。
如图6所示，所述的进风监测装置2还包括安装于地面空调机组中室外机25上的机箱30；第二控制器38、第二通信模块12、存储设备13和第二电源模块14设置在机箱30的内部；显示模块11安装于机箱30的表面；第二温度传感器33和第二湿度传感器34安装于室外机25上百叶外壳31的内部，用以检测环境温湿度，同时避免阳光辐射干扰测量结果；第二风量传感器36安装于室外机25的进风口32处，检测点可依照民航标准《MH\T 6109-2014飞机地面空调机组》选取；第二距离传感器37成对安装于进风口32的边缘，用于测量进风口32的直径。
现将本发明提供的飞机地面空调机组制冷/制热参数监测系统工作过程阐述如下：(1)出风监测装置1中的第一温度传感器3、第一湿度传感器4、压力传感器5、第一风量传感器6和第一距离传感器7分别对地面空调机组中出风管26的送风温度、湿度、压力、风量和管道内径进行检测，并将检测数据通过第一通信模块9传输给进风监测装置2；(2)进风监测装置2中的第二温度传感器33、第二湿度传感器34、第二风量传感器36和第二距离传感器37分别对地面空调机组中室外机25处的温度、湿度、风量和进风口32的直径进行检测，并将进风监测装置2和出风检测装置1的所有检测数据存储于存储设备13中；(3)根据进、出风温度和湿度计算出进风空气焓值I1和出风空气焓值I2；(4)当地面空调机组工作于制冷状态时，根据下面的公式(1)计算地面空调机组的制冷量，当地面空调机组工作于制热状态时，根据下面的公式(2)计算地面空调机组的换热量；(5)将制冷/制热量、温度、湿度、压力、风量等数据通过显示模块11显示，并根据需要通过第二通信模块12发送给外部设备。
式中：
Q1—制冷量，kW；
I1—进风口空气的焓值，kJ/kg干空气；
I2—出风口空气的焓值，kJ/kg干空气；
Cpw—水的定压比热，kJ/(kg·K)，可取4.18kJ/(kg·K)；
△d—送风进出口空气含湿量差，kg/kg干空气；
t2s—出风口空气湿球温度，℃。
式中：
t1—进风口空气干球温度，℃；
t2—出风口空气干球温度，℃；
Cpa—空气的定压比热，kJ/(kg·K)。。
Claims (5)
1.一种飞机地面空调机组制冷/制热参数监测系统，其特征在于：所述的飞机地面空调机组制冷/制热参数监测系统包括出风监测装置(1)、进风监测装置(2)；其中出风监测装置(1)和进风监测装置(2)通过有线或无线方式连接，进风监测装置(2)通过有线或无线方式与外部设备连接；
所述的出风监测装置(1)包括：第一温度传感器(3)、第一湿度传感器(4)、压力传感器(5)、第一风量传感器(6)、第一距离传感器(7)、第一控制器(8)、第一通信模块(9)以及第一电源模块(10)；其中，第一温度传感器(3)、第一湿度传感器(4)、压力传感器(5)、第一风量传感器(6)、第一距离传感器(7)和第一通信模块(9)分别与第一控制器(8)连接；第一电源模块(10)用于为出风监测装置(1)中各用电部件提供所需的电能；
所述的进风监测装置(2)包括：第二温度传感器(33)、第二湿度传感器(34)、第二风量传感器(36)、第二距离传感器(37)、显示模块(11)、第二控制器(38)、第二通信模块(12)、存储设备(13)以及第二电源模块(14)；其中，第二温度传感器(33)、第二湿度传感器(34)、第二风量传感器(36)、第二距离传感器(37)、显示模块(11)、第二通信模块(12)和存储设备(13)分别与第二控制器(38)连接；第二通信模块(12)分别与第一通信模块(9)和外部设备连接；第二电源模块(14)用于为进风监测装置(2)中各用电部件提供所需的电能。
2.根据权利要求1所述的飞机地面空调机组制冷/制热参数监测系统，其特征在于：所述第一温度传感器(3)和第二温度传感器(33)均为一至多个，采用热电偶、热电阻、集成电路温度传感器、光纤温度传感器以及超声温度传感器中的任一种；
所述的第一湿度传感器(4)和第二湿度传感器(34)采用电阻式、电容式或电子式湿度传感器中的任一种；
所述的压力传感器(5)采用表压传感器或差压传感器中的任一种。当使用差压传感器时，其低压侧与大气连通，高压侧与地面空调机组的空调出风管连通；
所述的第一风量传感器(6)和第二风量传感器(36)均为一至多个，采用皮托管、热线风速仪、热球风速仪、差压流量计和超声风速探头中的任一种。
所述的第一距离传感器(7)和第二距离传感器(37)均为一至多个，采用基于激光、红外线或超声波的测距传感器，分别用于检测地面空调机组的空调出风管和进风口的直径；
所述的第一控制器(8)和第二控制器(38)分别为出风监测装置(1)和进风监测装置(2)的主处理器，采用微控制器、微处理器、FPGA、DSP和PLC中的任一种；
所述的第一通信模块(9)采用有线或无线以太网、移动蜂窝网络、Zigbee、蓝牙、光纤、Modbus、CAN或Frofibus在内的工业现场总线或RS-232串行通信设备中的任一种或多种，用于实现进风监测装置(2)与出风监测装置(1)之间的数据交换；
所述的第一电源模块(10)采用蓄电池、锂电池、太阳能电池板、直流稳压电源或风力发电装置中的任一种。
所述的第二通信设备(12)采用有线或无线以太网、移动蜂窝网络、Zigbee、蓝牙、光纤、Modbus、CAN或Frofibus在内的工业现场总线或RS-232串行通信设备中的任一种或多种，用于实现进风监测装置(2)与出风监测装置(1)和外部设备之间的数据交换；
所述的第二电源模块(14)采用蓄电池、锂电池、太阳能电池板或直流稳压电源中的任一种；
所述的显示模块(11)采用LED数码管、显示屏或LCD显示屏中的任一种。
所述的存储设备(13)采用硬盘、FLASH、存储卡在内的非易失存储介质中的任一种。
3.根据权利要求2所述的飞机地面空调机组制冷/制热参数监测系统，其特征在于：所述的风力发电装置包括涡轮(16)、直流发电机(17)、滤波电路(18)、稳压电路(19)和升/降压模块(20)；其中，涡轮(16)与直流发电机(17)的轴机械连接；直流发电机(17)与滤波电路(18)连接；滤波电路(18)与稳压电路(19)连接；稳压电路(19)与升/降压电路(20)连接；升/降压电路(20)将稳压电路(19)输出的直流电压进行升压或降压而得到多种直流电压，并提供给出风监测装置(1)中各用电部件。
4.根据权利要求1所述的飞机地面空调机组制冷/制热参数监测系统，其特征在于：所述的出风监测装置(1)还包括壳体(39)、通风管道(21)和旁路(22)；所述的壳体(39)或安装于地面空调机组中出风管(26)的等径直管段，或安装于空调出风管(26)与飞机(27)连接处；当安装于出风管(26)的等径直管段时，壳体(39)的中部为一环形夹套，夹套两端分别设有一个用于与空调出风管(26)连接的连接器(28)，连接方式采用粘扣、卡箍、螺纹、法兰或焊接方式；当安装于空调出风管(26)与飞机(27)连接处时，壳体(39)的中部也为环形夹套，一端与飞机机腹空调接口一致，用于与空调出风管(26)的飞机空调标准接口(29)对接，另一端与飞机(27)对接，接口标准与飞机空调标准接口(29)一致；通风管道(21)以与壳体(39)同轴的方式设置在壳体(39)的内部；旁路(22)设置在通风管道(21)上；风力发电装置中的涡轮(16)和直流发电机(17)安装于旁路(22)内，流经空调出风管(26)的出风气流在经过旁路(22)时将带动涡轮(16)旋转并通过直流发动机(17)发电；在旁路(22)的入口和出口处分别设置一个金属过滤网(23)；第一温度传感器(3)、第一湿度传感器(4)、压力传感器(5)、第一风量传感器(6)和第一距离传感器(7)安装于通风管道(21)的管壁上；当第一风量传感器(6)采用超声风速探头(24)时，则成对相向安装于通风管道(21)的管壁上，且两个超声风速探头(24)轴向相距距离设置，两个超声风速探头(24)相互发射超声波，并根据超声渡越时间差计算出空调出风管(26)内的风速；第一控制器(8)、第一通信模块(9)以及第一电源模块(10)的全部或部分部件则设置在壳体(39)的夹套中。
5.根据权利要求1所述的飞机地面空调机组制冷/制热参数监测系统，其特征在于：所述的进风监测装置(2)还包括安装于地面空调机组中室外机(25)上的机箱(30)；第二控制器(38)、第二通信模块(12)、存储设备(13)和第二电源模块(14)设置在机箱(30)的内部；显示模块(11)安装于机箱(30)的表面；第二温度传感器(33)和第二湿度传感器(34)安装于室外机(25)上百叶外壳(31)的内部；第二风量传感器(36)安装于室外机(25)的进风口(32)处；第二距离传感器(37)成对安装于进风口(32)的边缘，用于测量进风口(32)的直径。
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