CN109799258A - 产品性能测试方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种产品性能测试方法及系统。所述产品性能测试方法包括：至少测试样品的蓄热材料比热容C、传热系数K、制冷系统能效比E、样品所含蓄热材料质量m，从而探知样品的性能水平。本发明提供的方法通过测试产品的材料比热容C、传热系数K、制冷系统能效比E、箱体内蓄热材料质量m四个关键因子，利用本发明的测试方法，从影响产品性能的关键影响因子入手，使得本测试方法更科学更合理，避免因人为设定某几个点(例如GB/T 33861‑2017中所设定的恒温能效考核点)考核产品性能所带来的局限性，且本测试方法操作简单，能够显著降低测试工作量和测试难度。

Description

产品性能测试方法及系统
技术领域
本发明特别涉及一种产品性能测试方法及系统，属于性能测试技术领域。
背景技术
环境试验设备对国民经济的发展发挥着重要作用。近年来，随着应用的日益广泛，技术的不断升级，环境试验设备制造商对产品的技术要求也越来越高，促使许多生产厂家纷纷向世界先进技术靠拢，但仍有大量企业占据产业链低端位置，导致产品的能耗差距较大，节能效果差异突出。
目前，对于环境试验设备进行产品性能测试的方法，测试工作量较大且选举的测试点存在局限性，不能具有广泛的代表性，因此存在测试成本高、测试方法不科学等缺陷。同样的，现有的对于保温装置、保温材料等进行测试的方法也存在类似的缺陷。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种产品性能测试方法及系统。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种产品性能测试方法，其包括：至少测试样品的蓄热材料比热容C、传热系数K、制冷系统能效比E、样品所含蓄热材料质量m，从而探知样品的性能水平。
进一步的，所述的产品性能测试方法包括：至少测试样品的蓄热材料比热容C、样品的传热系数K，以及，测试样品在恒温阶段的制冷系统能效比E、样品所含蓄热材料质量m，测试样品在变温阶段样品所含蓄热材料质量m，从而探知样品的性能水平。
进一步的，所述的产品性能测试方法包括：测试样品在热载测试阶段的制冷系统能效比E、样品所含蓄热材料质量m，从而探知样品的性能水平。
进一步的，在所述的恒温阶段样品的漏热量Q＝tKSΔT，其中t为样品腔体内外发生热交换时间，K为样品的传热系数，S为样品的换热面积，ΔT为样品腔体内外环境温差。
进一步的，在所述的恒温阶段，P1为样品中阻性元件的功率值，P2为样品的输入功率值，P3为样品的漏热功率值。
进一步的，在所述的变温阶段样品的蓄热量Q＝CmΔT’，C为样品内蓄热材料的比热容，m为样品内蓄热材料的总质量，ΔT’为腔体内蓄热材料的初始温度差。
进一步的，在所述的变温阶段样品的漏热量Q＝tKSΔT，其中t为样品腔体内外发生热交换时间，K为样品的传热系数，S为样品的换热面积，ΔT为样品腔体内外环境温差；且随时间的推移变化，变温阶段样品的漏热量动态变化。
进一步的，在所述的热载测试阶段，P1为样品中阻性元件的功率值，P2为样品的输入功率值，P3为样品的漏热功率值。
进一步的，所述的样品为环境试验设备。
本发明实施例还提供了一种产品性能测试系统，包括温度调控模块、温度监测模块及控制模块，所述控制模块与温度调控模块、温度监测模块连接；所述的产品性能测试系统还包括使用说明书，所述使用说明书记载有所述的产品性能测试方法。
与现有技术相比，利用本发明的测试方法，可以实现对样品性能的准确测试，大幅减少测试工作量的同时也使得测试方法更科学合理，因而在环境试验设备及保温设备等的测试领域具有广泛的应用前景。
具体实施方式
如前所述，鉴于现有产品性能测试方法所存在测试工作量大，从认识方法不科学等缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，其主要是通过测试样品的蓄热材料比热容C、传热系数K、制冷系统能效比E、样品内蓄热材料质量m等关键因子，进而对样品能耗定量分析，从而实现对样品性能的测试。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例提供了一种产品性能测试方法，其包括：至少测试样品的蓄热材料比热容C、传热系数K、制冷系统能效比E、样品所含蓄热材料质量m，从而探知样品的性能水平。
进一步的，所述的产品性能测试方法包括：至少测试样品的蓄热材料比热容C、样品的传热系数K，以及，测试样品在恒温阶段的制冷系统能效比E、样品所含蓄热材料质量m，测试样品在变温阶段样品所含蓄热材料质量m，从而探知样品的性能水平。
进一步的，所述的产品性能测试方法包括：测试样品在热载测试阶段的制冷系统能效比E、样品所含蓄热材料质量m，从而探知样品的性能水平。
进一步的，在所述的恒温阶段样品的漏热量Q＝tKSΔT，其中t为样品腔体内外发生热交换时间，K为样品传热系数，S为样品的换热面积，ΔT为样品腔体内外环境温差。
进一步的，在所述的恒温阶段，P1为样品中阻性元件的功率值，P2为样品的输入功率值，P3为样品的漏热功率值。
进一步的，在所述的变温阶段样品的蓄热量Q＝CmΔT’，C为样品内蓄热材料的比热容，m为样品内蓄热材料的总质量，ΔT’为腔体内蓄热材料的初始温度差。
进一步的，在所述的变温阶段样品的漏热量Q＝tKSΔT，其中t为样品腔体内外发生热交换时间，K为样品传热系数，S为样品的换热面积，ΔT为样品腔体内外环境温差；且随时间的推移变化，变温阶段样品的漏热量动态变化。
进一步的，在所述的热载测试阶段，P1为样品中阻性元件的功率值，P2为样品的输入功率值，P3为样品的漏热功率值。
进一步的，所述的样品为环境试验设备。
本发明实施例还提供了一种产品性能测试系统，包括温度调控模块、温度监测模块及控制模块，所述控制模块与温度调控模块、温度监测模块连接；所述的产品性能测试系统还包括使用说明书，所述使用说明书记载有所述的产品性能测试方法。
如下将对本发明测试方法的原理进行详细论述，以环境试验设备为例，影响环境试验设备能耗的阶段主要包括：恒温阶段、变温阶段和热载测试阶段(相对某些只具有加热功能而没有制冷功能的环境试验设备热载测试不适用)，下面从这三个阶段进行分析。
1、影响恒温阶段能效因素
1.1：设备的漏热
Q＝tKS ΔT 式1)，
其中，t为环境试验设备(如下以温控箱为例，可简称箱体)腔体内外发生热交换时间，单位为s，K为环境试验设备的传热系数，单位为(W/m2·K)，S为环境试验设备的换热面积S，单位为(m2)，ΔT为环境试验设备腔体内外环境温差(可简称为温差)，单位为(K)。
通过公式1)可以得出环境试验设备的漏热量与环境试验设备的传热系数K、环境试验设备的表面积S以及换热温差ΔT三者有关。企业所能控制的因子有两个：一是采用导热系数低的材料作为保温材料；二是将箱子(内容积)设计成正方体。
1.2：热载能力能效(即制冷系统能效比)
E＝(P1+P3)/P 2，其中E为环境试验设备热载能力能效，制冷性能越好，则能效越高。P1为阻性元件的功率值，单位为瓦(W)；P2为试验箱输入功率值，单位为瓦(W)；P3为试验箱漏热功率值，单位为瓦(W)；P3＝KS ΔT，ΔT为环境试验设备腔体内外环境温差，K为样品的传热系数，S为环境试验设备的换热面积。
热载能力能够反应环境试验设备带载能力的大小，热载能力能效则是反应环境试验设备的转换效率，这个类似于空调的能效，影响其因素主要就是制冷系统的优化。
2、影响变温阶段能效因素
2.1：箱体内材料蓄热
Q＝CmΔT’ 式2)，
其中C为环境试验设备内蓄热材料的比热容，单位为J/(kg·℃)；m为环境试验设备内所有蓄热材料的总质量，单位为kg；ΔT’为腔体内蓄热材料的初始温度差，单位为℃
通过公式2)可以看到跟蓄热材料比热容C和箱体内蓄热材料(箱体内所有参与蓄热的材料)总质量m以及腔体内蓄热材料的初始温度差ΔT三者有关，通过前期测试比对发现箱子消耗的电能来制取的冷热量绝大部分都被箱体内材料蓄热所消耗，留给箱子内环境温度变化的热量很少。
2.2：系统漏热
原理同上1.1，但是计算过程相对恒温要复杂些，因为在整个变温阶段过程中箱体内温度不断变化，根据漏热公式Q＝tKSΔT，随着时间的推移，漏热量Q一直处于动态变化的过程(存在两个变量)。
2.3：热载能力能效(即制冷系统能效比)
同上1.2
3：影响热载测试阶段能效因数
同上1.2
综上所述，影响环境试验设备能耗高低的主要因数有：传热系数K、箱子内表面积S、温差ΔT、制冷系统能效比E、材料比热容C和箱体内蓄热材料质量m几大因素，因产品的形状设计是由产品的功能要求决定的，为了保证比较的公平性，在这里面积S不作为判定箱子节能与否的因子，本发明主要提供比较不同箱子的传热系数K、材料比热容C、箱体内蓄热材料质量m和制冷系统能效比E。
本发明提供的方法通过测试产品的蓄热材料比热容C、传热系数K、制冷系统能效比E、箱体内蓄热材料质量m(重要程度逐渐降低)四个关键因子，进而对环境试验设备能耗定量分析。
本发明实施例的另一个方面还提供了一种产品性能测试系统，包括温度调控模块、温度监测模块及控制模块，所述控制模块与温度调控模块、温度监测模块连接；所述的产品性能测试系统还包括使用说明书，所述使用说明书记载有所述的产品性能测试方法。其中，温度调控模块、温度监测模块及控制模块均可以采用现有的检测模块，均可以通过市购获得，其中采用的数控程序中设计的程序代码等也可以通过市购获得。
以下结合一些更为具体的实施例对本发明的技术方案做进一步地解释说明。
在如下实施例，提供了一类环境试验设备地性能测试方法，其包括：
1、传热系数K的测定
首先将待测试环境试验设备(即温控箱箱体，如下亦简称试验箱或箱体)置于某一环境温度下(例如25℃)，在箱体内部放入阻性元件，关好门和测试孔并将温度设置某一温度(例如125℃)，维持这一温度稳定2h，记录其中后1h阻性元件的耗电量，用E1表示。其次测量出箱体内表面积，用S表示，进而得出试验设备的K值，
2、箱体内蓄热材料比热容C的测定
首先将试验箱置于规定测试条件下(例如25℃)预置至少2h，使试验箱内外温度与环境温度一致，其次在箱体内部放入阻性元件，同时按照GB/T10592-2008第6.3.1要求布置温度点(注：温度采集装置必须能够记录整个升温过程中时间和温度数值，采样频率不能小于1秒钟1次)，然后通过测试孔加装一台风机(扇叶置于箱体内部，电机部分置于箱体外部，注意测试孔的密封和保温)对箱体内空气进行强制对流，最后关好门再将阻性元件通电使箱体内升温到某一温度(比方125℃)，并保持一段时间让箱体内材料完成蓄热(当箱体内环温第一次达到125℃时开始记录时间，通过观察与阻性元件串联功率计功率数值的变化来判断稳定时间，如果功率在1分钟内变化小于5W判定为蓄热结束，记录恒温时间t′)，记录整个过程内阻性元件耗电量E2、升温时间t和箱体内温度T数值，以及箱体内部材料的质量m，根据下述公式计算出材料比热容C。
将升温时间t拆分成n个趋向于0的Δt组成，在很小的一段时间内Q(t)变化很小，近似于不变，计算出箱子在第1秒时的漏热量：q1＝K·S(T1-25)
第2秒时的漏热量：q2＝K·S(T2-25)
第n秒时(即125℃环温对应的时间)的漏热量：qn＝K·S(125-25)
升温阶段
将温升采集仪采集到时间和温度带入公式中便可得到漏热量。
恒温阶段Q恒漏＝K·S·(125-25)·t′
箱体内空气吸收的热量Q空蓄＝100·c·V·ρ。
3、制冷系统性能E测定
在箱体内部放入阻性元件，关好门和测试孔，在-25℃和-55℃两个特征温度点中，选择试验箱能够达到的最低温度作为试验温度，保持温度稳定，随后逐渐增加阻性元件的功率，达到能够使试验箱再次保持温度稳定的最大功率，记录阻性元件的输入功率值，用P1表示，同时测试试验箱的输入功率，用P2表示，同时计算出漏热功率P3(P3＝KSt，t为样品内外热交换时间，K为样品的传热系数，S为样品的换热面积)，进而得出制冷系统的E值，E＝(P1+P3)/P2。
实施例1
以一台内腔为正方体、体积为1m3的高低温试验箱作为测试对象，箱体内部蓄热材料的质量为80kg，
1、试验箱传热系数K的测定
将试验箱内温度设置为125℃并保持2h，用功率计测得最后一小时的耗电量为700Wh，
2、试验箱内蓄热材料比热容C的测定
将试验箱置于25℃环境下2h，使试验箱内外温度与环境温度一致，在箱体内部放入阻性元件，同时按照GB/T10592-2008第6.3.1要求布置温度采集点，然后通过加装风机(扇叶置于箱体内部，电机部分置于箱体外部)对箱体内空气进行强制对流，最后关好门再将阻性元件通电使箱体内升温到125℃，并保持一段时间以使箱体内蓄热材料完成蓄热(当箱体内环温第一次达到125℃时开始记录时间，通过观察与阻性元件串联功率计功率数值的变化来判断稳定时间，如果功率在1分钟内变化小于5W判定为蓄热结束，记录恒温时间为18分钟)，记录整个过程内阻性元件耗电量1400Wh、升温时间(10分钟)和箱体内温度T、漏热量的对应关系，试验箱升温过程中时间和温度对应关系如表1所示；
表1为10分钟内试验箱内时间与漏热量和温度的对应关系表
其中省略了0:00:11-0:09:48时间段内的温度和动态漏热量，其中，第n秒时的漏热量：.qn＝K·S(125-25)。
升温阶段
注：将升温时间和对应的温度数据导入EXCEL表1，利用上式可算出升温过程中的漏热。
Q恒漏＝K·S·(125-25)·t′＝18×60×100×6×1.17＝758160 J
Q空蓄＝100·c·V·ρ＝100×1.004×1000×1.185×1＝118974 J
Q蓄＝3600E2-Q升漏-Q恒漏-Q空蓄＝3600×1400-245486.59-758160-118974＝3917379.41 J
3、制冷系统性能E测定
试验箱最低温度能够达到-40℃，选取-25℃作为试验温度，并保持试验温度稳定，随后逐渐增加阻性元件的功率，直至达到能够使试验箱再次保持温度稳定的最大功率，记录阻性元件的输入功率值P1为800W，同时测试试验箱的输入功率P2为2400W。
P3＝1.17×6×50＝351W
本发明实施例提供了一种产品性能测试方法，而非判定方法，其可以间接作为判定产品合格与否的标准或依据，也可以不作为判定产品合格与否的标准或依据；现有产品性能测试方法一般采用直接测试样品能耗(例如耗电量)的方式对样品的性能进行测试，而本发明主要通过对四个关键因子(蓄热材料比热容C、传热系数K、制冷系统能效比E、箱体内蓄热材料质量m)的测试间接反映出样品的能耗水平，避免因人为设定某几个点(例如GB/T33861-2017中所设定的恒温能效考核点)考核产品性能所带来的局限性，且本测试方法更加简单，更科学合理，具有广泛应用前景，不仅可以应用于环境试验箱行业，但凡涉及到保温类产品均可以使用本发明的方法进行评定。
本发明提供的测试方法打破常规惯例，通过对四个关键因子的测试间接的反映出箱子的能耗水平，并提供了用于测定关键因子的自动调节阻性元件(PID)；其中本发明采用的自动调节阻性元件为能够实现自动加热，电能积分等功能的元件，其组成零部件可以通过市购获得；本发明提供的测试方法应用广泛，不单可以应用于环境试验箱行业，但凡涉及到保温类产品均可以使用此方法对产品进行评定，其不仅可以测定产品的保温性能，还可以用于测定产品的其他性能。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种产品性能测试方法，其特征在于包括：至少测试样品的蓄热材料比热容C、传热系数K、制冷系统能效比E、样品所含蓄热材料质量m，从而探知样品的性能水平。
2.根据权利要求1所述的产品性能测试方法，其特征在于包括：至少测试样品的蓄热材料比热容C、样品的传热系数K，以及，测试样品在恒温阶段的制冷系统能效比E、样品所含蓄热材料质量m，测试样品在变温阶段样品所含蓄热材料质量m，从而探知样品的性能水平。
3.根据权利要求2所述的产品性能测试方法，其特征在于包括：测试样品在热载测试阶段的制冷系统能效比E、样品所含蓄热材料质量m，从而探知样品的性能水平。
4.根据权利要求2或3所述的产品性能测试方法，其特征在于：在所述的恒温阶段样品的漏热量Q＝tKSΔT，其中t为样品腔体内外发生热交换时间，K为样品的传热系数，S为样品的换热面积，ΔT为样品腔体内外环境温差。
5.根据权利要求2或3所述的产品性能测试方法，其特征在于：在所述的恒温阶段，P1为样品中阻性元件的功率值，P2为样品的输入功率值，P3为样品的漏热功率值。
6.根据权利要求2或3所述的产品性能测试方法，其特征在于：在所述的变温阶段样品的蓄热量Q＝CmΔT’，C为样品内蓄热材料的比热容，m为样品内蓄热材料的总质量，ΔT’为腔体内蓄热材料的初始温度差。
7.根据权利要求6所述的产品性能测试方法，其特征在于：在所述的变温阶段样品的漏热量Q＝tKSΔT，其中t为样品腔体内外发生热交换时间，K为样品的传热系数，S为样品的换热面积，ΔT为样品腔体内外环境温差；且随时间的推移变化，变温阶段样品的漏热量动态变化。
8.根据权利要求3所述的产品性能测试方法，其特征在于：在所述的热载测试阶段，P1为样品中阻性元件的功率值，P2为样品的输入功率值，P3为样品的漏热功率值。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的产品性能测试方法，其特征在于：所述的样品为环境试验设备。
10.一种产品性能测试系统，包括温度调控模块、温度监测模块及控制模块，所述控制模块与温度调控模块、温度监测模块连接；其特征在于：所述的产品性能测试系统还包括使用说明书，所述使用说明书记载有权利要求1-9中任一项所述的产品性能测试。
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