CN111238851B - 船用变风量空调可靠性测试系统及测试方法 - Google Patents

船用变风量空调可靠性测试系统及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种船用变风量空调可靠性测试系统及测试方法，对空调运行时的风量、温度等参数进行测量，并实时反馈给数据收集装置，在各种不同工况下，对空调系统的各个参数进行测量、收集、分析，从而得出各个元器件的误差值，进一步得到系统的可靠度，分析出系统的可靠性，并进一步基于预定可靠性，给出优化策略。

Description

船用变风量空调可靠性测试系统及测试方法
技术领域
本发明涉及空调测试系统和方法，具体涉及一种船用变风量空调可靠性测试系统及测试方法。
背景技术
船舶航行于各海域，气象条件复杂，气候多变，为了使船员、旅客有一个舒适的生活、工作环境，可以用空调技术在舱室内创造一个适宜的环境。为了创造出一个更加舒适的环境，船舶逐步采用变风量空调系统。由于船用空调系统的大量使用，对于其可靠性要求也越来越高，所以需要一个空调可靠性测试系统。
目前，空调在出厂之前都要对其进行一定的测试，如：产品外观、装配质量和性能测试等。对于空调系统性能测试，主要是在空调试验房，用一些温度计及检漏仪等进行测试，测试效率低，劳动量大，且精度不高。
对于空调测试系统的研究越来越多，例如中国专利CN201810954407.6的《一种空调测试系统及空调测试方法》，CN201320704958.X的《用于空调测试的连接管和空调测试系统》，CN201710499374.6的《空调测试方法、装置、系统及处理器、存储介质》等，但这些专利都偏向于测试空调系统的某一性能，例如空调系统耐压、运转、气密性的测试等，测试系统不涉及可靠性，对于空调整体工作性能的可靠度没有相关测试、计算以及优化。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种船用变风量空调可靠性测试系统，解决对于空调整体工作性能的可靠度没有相关测试和计算的问题。
技术方案：本发明所述的船用变风量空调可靠性测试系统，包括由数据收集装置、温湿度传感器、压力传感器、扭转传感器、风量测试仪、声级计和管道腐蚀测量仪，所述风量测试仪测试空调各个风口的风量，所述湿度传感器测试回风、新风和送风的温湿度，所述扭转传感器测试风机的转速，所述声级计测试布风器的噪声，所述压力传感器测试送风口压力，所述管道腐蚀测量仪测试风管腐蚀度，测得的各个数据均输送到数据收集装置，所述数据收集装置将各个数据传送至PC机进行处理。
进一步地，所述风量测试仪设置在空调装置的回风进风口、新风进风口、送风口和布风器末端。
所述温湿度传感器设置在空调装置的回风口、新风进风口、送风口和空调箱内。
所述声级计设置在布风器末端距离1m处。
本发明所述的船用变风量空调可靠性测试系统的测试方法，包括以下步骤：
(1)计算测得的数据的误差总量，确定概率密度函数；
设每次测量空调系统各个数据参量的误差值为Xi(i＝1,2,……,n)，各误差量相互独立且服从正态分布，设其均值为μ，方差为σ2，在测量N次后，空调系统的总误差量为
Figure BDA0002390567150000021
其均值为
Figure BDA0002390567150000022
方差为
Figure BDA0002390567150000023
其中，n表示样本数；N(t)表示t时间下N次测量的结果函数；k表示测量误差均值的测量次数，i表示总误差的测量次数，Xk表示测量的误差值；
在经过N次测量后，空调系统误差量对应的概率密度函数为：
Figure BDA0002390567150000024
其中，形状参数
Figure BDA0002390567150000025
尺度参数
Figure BDA0002390567150000026
总误差量X(t)；T表示时间周期；
(2)确定隶属函数
空调系统误差参数的容差范围为(XL,XH)，基于模糊可靠性理论，定义容差范围为(X'L,X'H)，根据对应的模糊集，采用模糊统计法确定隶属函数，其具体表述如下：
Figure BDA0002390567150000027
其中XL,XH为误差最低、最高值；X'L、X'H为模糊可靠性下的误差最低、最高值；x表示模糊变量；k表示分布参数；
则模糊安全事件的隶属函数为：
Figure BDA0002390567150000031
其中μA为模糊集合
Figure BDA0002390567150000032
下的隶属函数；
(3)计算船用变风量空调系统可靠度
根据步骤(1)确定的α、β的矩估计值，再将步骤(2)的隶属函数带入下式中就可以得到空调系统的模糊可靠性
Figure BDA0002390567150000033
其中t时间参数。
有益效果：本发明能够测试出空调系统中各个设备模块的使用参数，通过对数据的整理分析，得出各个元器件或模块的误差值，经过对这些误差值进行计算，从而得出空调系统的可靠性，并能根据空调系统的预定可靠性，得出空调系统温湿度、风量等参数的优化策略。
附图说明
图1是变风量空调系统的结构示意图；
图2是本发明测试模型图；
图3是本发明测试原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
如图1-3所示，本发明公开的船用变风量空调可靠性测试系统主要就针对不同工况下，空调系统的可靠性进行测试。其中变风量空调系统由变频电机1、空调处理装置2、回风口3、新风进风口4、冷(热)媒水介质箱5、送风口6、送风机7、布风器8、舱室9。测试系统由数据收集装置10、温湿度传感器11、压力传感器12、扭转传感器13、超温保护器14、风量测试仪15、计算机16、声级计17、温度变送器18、管道腐蚀测量仪19组成。
变风量空调系统工作时，回风和新风经由进风口进入空调处理装置内混合，混合后的空气经由空调处理装置加热、过滤、除湿、加湿的处理后，被风机送出箱体。送风口经过风管并联连接各个布风器、舱室，空气经由布风器送到各个舱室。其中一部分空气会变成回风，再次进入空调箱体内。
空调箱体与布风器、舱室均有通风管串联连接，布风器与布风器之间是由通风管并联连接。该系统上设有与空调箱体相连接的回风进风口、新风进风口和送风口；在空调箱体外部设有电气控制箱，为空调器中的电子元器件提供动力。在空调外部还设有数据收集装置，用来收集各种传感器的信息，分析处理后，并将这些信息传递给计算机，通过计算机对信号进行数据整合、计算，从而能够得出空调系统的可靠度。
空调系统的具体测试系统中，对于回风进风口和新风进风口以及送风口均设有风量测试仪，空调工作时，测量各个风口的风量，并将测得的风量信号输送到数据收集装置，再用计算机将信号输出。同时在回风口、和新风进风口和送风口设有温湿度传感器，用于测试回风的温湿度、新风的温度以及送风的温湿度。
在空调处理装置中，设有温湿度传感器、超温保护器。空调处理器对空气进行加热、过滤、除湿、加湿等处理后，温度传感器监测空调处理器内的温湿度。
对于送风机，采用扭矩传感器对风机的转速进行测量。
对于布风器，末端距离1m处设有声级计，检测布风器在工作过程中的噪声信号，记录在不同风量下，布风器的噪声量。同时，为了检测变风量布风器的阀门开度的变化情况，在变风量布风器末端装有风量测试仪，通过对风量的测试，来反映布风器阀门开度情况。
对于风管，由于船用空调系统使用环境的特殊性，空调系统中的管道容易遭受海水腐蚀作用，从而减少使用寿命，影响系统整体可靠性能，所以要对空调通风管进行腐蚀度测试，采用管道腐蚀度检测仪，对各段风管进行检测，从而得到风管的腐蚀情况。
将测量的各个变量经由数据收集装置输送到计算机处理装置，计算机处理装置根据接收到的数据进行均值和方差计算。根据传感器的测量值检测每个模块的误差值，通过对误差值的统计分析，结合模糊可靠性相关知识，对船用空调系统的可靠度进行评价，具体如下：
(1)计算测得的数据的误差总量，确定概率密度函数；
设每次测量空调系统各个数据参量的误差值为Xi(i＝1,2,……,n)，各误差量相互独立且服从正态分布，设其均值为μ，方差为σ2，在测量N次后，空调系统的总误差量为
Figure BDA0002390567150000051
其均值为
Figure BDA0002390567150000052
方差为
Figure BDA0002390567150000053
其中，n表示样本数；N(t)表示t时间下N次测量的结果函数；k表示测量误差均值的测量次数，i表示总误差的测量次数，Xk表示测量的误差值；
在经过N次测量后，空调系统误差量对应的概率密度函数为：
Figure BDA0002390567150000054
其中，形状参数
Figure BDA0002390567150000055
尺度参数
Figure BDA0002390567150000056
总误差量X(t)；T表示时间周期；
(2)确定隶属函数
空调系统误差参数的容差范围为(XL,XH)，基于模糊可靠性理论，定义容差范围为(X'L,X'H)，根据对应的模糊集，采用模糊统计法确定隶属函数，其具体表述如下：
Figure BDA0002390567150000057
其中XL,XH为误差最低、最高值；X'L、X'H为模糊可靠性下的误差最低、最高值；x表示模糊变量；k表示分布参数；
则模糊安全事件的隶属函数为：
Figure BDA0002390567150000061
其中μA为模糊集合
Figure BDA0002390567150000062
下的隶属函数；
(3)计算船用变风量空调系统可靠度
根据步骤(1)确定的α、β的矩估计值，再将步骤(2)的隶属函数带入下式中就可以得到空调系统的模糊可靠性
Figure BDA0002390567150000063
其中t时间参数。
(4)提出基于可靠性的船用空调系统优化策略
为了降低空调系统的制造成本，目标函数为在满足预定可靠性的条件下，测试系统中测得的各个分量的均值最大，可表示为：
Figure BDA0002390567150000064
其中μ为误差均值。
对于优化后的参数，要确保空调系统满足预定的可靠度，故需对船用变风量空调系统的最低可靠度进行约束，可表示为：
min R(|g(X,μ)|≤ε)≥R0
其中R0为预定的可靠度。
选取空调系统误差参数的容差范围的上限，参量的均值大于最小值，根据“3σ”准则确定各测量参量的标准差：
Figure BDA0002390567150000065
各参量满足约束条件：XL≤X≤XH。

Claims (4)

1.一种船用变风量空调可靠性测试系统，其特征在于，包括由数据收集装置、温湿度传感器、压力传感器、扭转传感器、风量测试仪、声级计和管道腐蚀测量仪，所述风量测试仪测试空调各个风口的风量，所述湿度传感器测试回风、新风和送风的温湿度，所述扭转传感器测试风机的转速，所述声级计测试布风器的噪声，所述压力传感器测试送风口压力，所述管道腐蚀测量仪测试风管腐蚀度，测得的各个数据均输送到数据收集装置，所述数据收集装置将各个数据传送至PC机进行处理；
还包括测试模块，所述测试模块用于：
(1)计算测得的数据的误差总量，确定概率密度函数；
设每次测量空调系统各个数据参量的误差值为Xi(i＝1，2，……，n)，各误差量相互独立且服从正态分布，设其均值为μ，方差为σ2，在测量N次后，空调系统的总误差量为
Figure FDA0003747593790000011
其均值为
Figure FDA0003747593790000012
方差为
Figure FDA0003747593790000013
其中，n表示样本数；N(t)表示t时间下N次测量的结果函数；k表示测量误差均值的测量次数，i表示总误差的测量次数，Xk表示测量的误差值；
在经过N次测量后，空调系统误差量对应的概率密度函数为：
Figure FDA0003747593790000014
其中，形状参数
Figure FDA0003747593790000015
尺度参数
Figure FDA0003747593790000016
总误差量X(t)；T表示时间周期；
(2)确定隶属函数
空调系统误差参数的容差范围为(XL,XH)，基于模糊可靠性理论，定义容差范围为(X'L,X'H)，根据对应的模糊集，采用模糊统计法确定隶属函数，其具体表述如下：
Figure FDA0003747593790000017
其中XL,XH为误差最低、最高值；X'L、X'H为模糊可靠性下的误差最低、最高值；x表示模糊变量；k表示分布参数；
则模糊安全事件的隶属函数为：
Figure FDA0003747593790000021
其中μA为模糊集合
Figure FDA0003747593790000022
下的隶属函数；
(3)计算船用变风量空调系统可靠度
根据步骤(1)确定的α、β的矩估计值，再将步骤(2)的隶属函数带入下式中就可以得到空调系统的模糊可靠性
Figure FDA0003747593790000023
其中t时间参数；
(4)提出基于可靠性的船用空调系统优化策略
为了降低空调系统的制造成本，目标函数为在满足预定可靠性的条件下，测试系统中测得的各个分量的均值最大，可表示为：
Figure FDA0003747593790000024
其中μ为误差均值，
对于优化后的参数，要确保空调系统满足预定的可靠度，故需对船用变风量空调系统的最低可靠度进行约束，可表示为：
minR(|g(X,μ)|≤ε)≥R0
其中R0为预定的可靠度，
选取空调系统误差参数的容差范围的上限，参量的均值大于最小值，根据“3σ”准则确定各测量参量的标准差：
Figure FDA0003747593790000025
各参量满足约束条件：XL≤X≤XH。
2.根据权利要求1所述的船用变风量空调可靠性测试系统，其特征在于，所述风量测试仪设置在空调装置的回风进风口、新风进风口、送风口和布风器末端。
3.根据权利要求1所述的船用变风量空调可靠性测试系统，其特征在于，所述温湿度传感器设置在空调装置的回风口、新风进风口、送风口和空调箱内。
4.根据权利要求1所述的船用变风量空调可靠性测试系统，其特征在于，所述声级计设置在布风器末端距离1m处。
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