CN111397708B - 一种换热器翅片表面湿灰尘结冰量的无接触式测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种换热器翅片表面湿灰尘结冰量的无接触式测量装置，涉及空调换热器领域。包括风道、螺栓、固定支架、辅助支架、制冷装置、金属翅片、分析天平、气动升降装置、高精度摄像头、PLC控制装置和数据采集系统；金属翅片放置在制冷装置上；辅助支架包括辅助支架上端磁铁和辅助支架下端磁铁；两个辅助支架分别安装于金属翅片的两侧；固定支架通过螺栓与风道底面固定连接；固定支架、辅助支架、制冷装置和金属翅片套设在风道里；分析天平位于风道下方；PLC控制装置一端与高精度摄像头相连，另一端与前置活塞相连，形成控制回路。本发明应用于换热翅片表面的湿灰尘结冰量的测量，能满足湿灰尘结冰量“多时间点测量”和“高精度测量”的要求。
Description
技术领域
本发明涉及空调换热器领域，尤其涉及一种换热器翅片表面湿灰尘结冰量的无接触式测量装置。
背景技术
空调器制冷运行时，空气中的粉尘会被换热翅片表面的冷凝水粘附，形成粘附在换热翅片表面的湿灰尘，导致传热性能下降。自动去除湿灰尘的可用方法之一是结冰胀脱方法，即利用水结冰时体积膨胀的原理，让水气透过湿灰尘直接在换热翅片表面结冰膨胀，将粘附的湿灰尘从换热翅片表面充分胀离；再利用化冰时产生的化冰水即可将湿灰尘冲刷干净。将结冰胀脱方法用于开发自动去除湿灰尘机构时，需要根据不同的工况来精确控制结冰量，其前提是要准确掌握不同环境工况和冷源工况下换热翅片表面湿灰尘结冰量的变化规律。
掌握换热翅片表面湿灰尘结冰量变化规律的关键是，在给定的环境工况和冷源工况下准确测得不同时间点下的湿灰尘结冰量，即要做到“多时间点测量”和“高精度测量”。为了能够测量不同时间点下的湿灰尘结冰量，换热翅片样件需要一直放置在湿空气流动的风道中，且换热翅片底部需要紧贴制冷装置。对于实验样件的多时间点的重量测试，现有的方法是采用实验样件与附带设计的整体式测量方法；如中国专利CN203758868U(公布日2013年12月27日)公开了一种干燥实验称重装置，该装置通过物料称重架连接样件和称量传感器，根据总的重量变化来区分出样件的重量变化。当将该方法用于测量湿灰尘结冰量的变化时，需要将换热翅片样件与制冷装置一起放置在称重装置上进行测量；由于翅片样件表面的湿灰尘结冰量远小于制冷装置的质量，这就造成需要测量的重量较大而变化量却很小，导致测得的湿灰尘结冰量的误差较大，难以满足高精度的要求。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种新的湿灰尘结冰量称重方法。满足湿灰尘结冰量“多时间点测量”和“高精度测量”的要求。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是换热翅片表面湿灰尘结冰量的精度测量问题。
本发明的目的是开发一种新的湿灰尘结冰量称重方法。采用样件与称重装置不接触、将换热翅片表面的湿灰尘结冰量直接传递给称重装置的方式，从而满足湿灰尘结冰量“多时间点测量”和“高精度测量”的要求。
为实现上述目的，本发明提供了一种换热器翅片表面湿灰尘结冰量的无接触式测量装置，包括风道、螺栓、固定支架、辅助支架、制冷装置、金属翅片、分析天平、气动升降装置、高精度摄像头、PLC控制装置和数据采集系统；所述金属翅片放置在所述制冷装置上；所述辅助支架包括辅助支架上端磁铁和辅助支架下端磁铁；两个所述辅助支架分别安装于所述金属翅片的两侧，固定连接；所述固定支架通过所述螺栓与所述风道底面固定连接；所述固定支架包括固定支架磁铁；所述固定支架、所述辅助支架、所述制冷装置和所述金属翅片套设在所述风道里；所述分析天平位于所述风道下方；所述分析天平包括分析天平磁铁；所述气动升降装置包括前置活塞、前置气缸、后置活塞、后置气缸和压缩气体通道；所述PLC控制装置一端与所述高精度摄像头相连，另一端与所述前置活塞相连，形成控制回路。
进一步地，所述风道是两端开口中间通风的通道，所述风道的截面为矩形、梯形或圆形。
进一步地，所述固定支架磁铁安装在所述固定支架内部，所述固定支架磁铁的N极朝向所述制冷装置。
进一步地，所述辅助支架上端磁铁安装在所述辅助支架的顶部，所述辅助支架下端磁铁安装在所述辅助支架的底部，两个所述辅助支架上端磁铁的N极分别与同侧所述固定支架磁铁的N极相对，所述辅助支架下端磁铁的N极朝下。
进一步地，所述分析天平由普通天平加上磁铁改装而成。
进一步地，所述分析天平磁铁安装在所述分析天平内的称量支架上。
进一步地，所述分析天平磁铁的N极朝上，两个所述分析天平磁铁的间距与两个所述辅助支架下端磁铁的间距一致，且两个所述分析天平磁铁分别与两个所述辅助支架下端磁铁保持在同一竖直线上。
进一步地，所述固定支架顶部凸台是所述辅助支架上升的限位。
进一步地，所述前置活塞安装在所述前置气缸内，所述后置活塞安装在所述后置气缸内，所述压缩气体通道分别与所述前置气缸和所述后置气缸相连通。
进一步地，所述固定支架和所述辅助支架的壳体的材料是复合高分子材料或碳纤维材料。
本发明的基本原理是，利用磁铁同性相斥的特性控制质量小的换热翅片与紧贴的质量大的制冷装置分开，使换热翅片表面的湿灰尘结冰过程和湿灰尘结冰量测量过程相互独立，解决因测量的总量较大而变化量很小导致的湿灰尘结冰量测量误差较大的问题；同时在换热翅片被磁力顶起而处于悬浮时，利用换热翅片两端的磁力反推作用使其固定，避免因气流吹动使换热翅片发生移动。
本发明具有如下技术效果：
1)金属翅片四周设计有磁力反推装置，使四周空气层包裹测量样件，整个测量过程无实体接触且只有上下一个自由度，无外力干扰，可测量上万次而不引起误差，满足高精度测量湿灰尘结冰量的要求。
2)设计特定的气动升降装置使称重装置上下移动，因气动升降装置动作反应快且有缓冲作用，能够在较小的时间间隔内，测量不同时间点上的湿灰尘结冰量，满足多时间点测量湿灰尘结冰量的要求。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的一种换热器翅片表面湿灰尘结冰量的无接触式测量装置示意图；
图2是本发明测量装置在湿灰尘结冰的工作过程的示意图；
图3是本发明测量装置测量湿灰尘结冰量的工作示意图；
图4是控制模式流程图；
其中，11-风道，12-螺栓，13-固定支架，131-固定支架磁铁，14-辅助支架，141-辅助支架上端磁铁，142-辅助支架下端磁铁，15-金属翅片，16-制冷装置，17-分析天平，171-分析天平磁铁，18-气动升降装置，181-前置活塞，182-前置气缸，183-压缩气体通道，184-后置活塞，185-后置气缸，19-高精度摄像头，20-PLC控制装置，21-数据采集系统，22-积灰层。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1所示，一种换热器翅片表面湿灰尘结冰量的无接触式测量装置，包括风道11、螺栓12、固定支架13、辅助支架14、制冷装置16、金属翅片15、分析天平17、气动升降装置18、高精度摄像头19、PLC控制装置20和数据采集系统21。风道11是两端开口中间通风的通道，风道11的截面为矩形、梯形或圆形；金属翅片15放置在制冷装置16上；辅助支架上端磁铁141安装在辅助支架14的顶部，辅助支架下端磁铁142安装在辅助支架14的底部；两个辅助支架14分别安装于金属翅片15的两侧，固定连接；固定支架磁铁131安装在所述固定支架13内部，固定支架磁铁131的N极朝向制冷装置16，固定支架13通过螺栓12与风道11底面固定连接；固定支架13、辅助支架14、制冷装置16和金属翅片15套设在风道11里；分析天平17位于风道11下方；分析天平17由普通天平加上磁铁改装而成。分析天平磁铁171安装在分析天平17内的称量支架上，气动升降装置18包括前置活塞181、前置气缸182、后置活塞184、后置气缸185和压缩气体通道183；前置活塞181安装在前置气缸182内，后置活塞184安装在后置气缸185内，压缩气体通道183分别与前置气缸182和后置气缸185相连通，压缩气体通道里充满压缩空气。PLC控制装置20一端与高精度摄像头19相连，另一端与前置活塞181相连，形成控制回路。固定支架13和辅助支架14的壳体的材料是复合高分子材料或碳纤维材料。
两个辅助支架上端磁铁141的N极分别与同侧固定支架磁铁131的N极相对，目的是在换热翅片15被磁力顶起而处于悬浮时，利用磁力反推作用使换热翅片15固定，避免因气流吹动使换热翅片15发生移动。辅助支架下端磁铁142的N极朝下。分析天平磁铁171的N极朝上，两个分析天平磁铁171的间距与两个辅助支架下端磁铁142的间距一致，且两个分析天平磁铁171分别与两个辅助支架下端磁铁142各保持在同一竖直线上。固定支架13顶部凸台是辅助支架14上升的限位。
本测量装置的工作过程
如图2所示，湿灰尘结冰的工作过程，积灰附着在换热翅片15上，通过PLC控制装置20控制气动升降装置18中的前置活塞181向上移动，因为气动原理，在分析天平17自重和磁力作用下，后置活塞184往下降，达到新的力平衡，分析天平17停止向下移动了。这时分析天平磁铁171与辅助支架下端磁铁142的距离超出磁力作用范围，两者之间的磁铁斥力消失，辅助支架14和金属翅片15组合因重力作用回落至风道11的底面；金属翅片15紧贴制冷装置16，制冷装置16将冷量传导给金属翅片15，使金属翅片15的温度降低，风道11内的湿空气继续渗透至积灰层22内部结冰。
如图3所示，本测量装置测量湿灰尘结冰量的工作过程，PLC控制装置20控制气动升降装置18中的前置活塞181向下移动，挤压密闭的压缩空气空间，因为气压原理，当气压比分析天平17的自重大时，后置活塞184往上移动，被后置活塞184托着的分析天平17也向上移动。当高清摄像头19检测到分析天平17移动到设定位置时，PLC控制装置20控制前置活塞181停止移动，此时辅助支架下端磁铁142受到来自分析天平磁铁171的斥力作用，带动辅助支架14和金属翅片15上移并悬浮在空中。辅助支架14和金属翅片15组合的质量通过磁铁斥力传递到分析天平17上，分析天平17即可捕捉金属翅片15表面积灰层22的微量结冰增量，相连的数据采集系统21记录下该时刻的分析天平数值，我们从数据采集系统21得到换热器翅片15表面湿灰尘结冰量的测量数据。
积灰层22结冰的过程和测重的过程这两个过程为一个称重周期，根据实验过程时长，整个测量过程由若干个称重周期组成。一个称重周期内的控制逻辑如图4所示，由控制回路进行控制，控制气动升降装置18驱动分析天平17向上移动，高精度摄像头19检测分析天平17是否到位，如到位，气动升降装置18停止驱动，金属翅片15悬浮于空中，分析天平17捕捉金属翅片15上的积灰层22结冰量并传递给数据采集系统21，气动升降装置18驱动分析天平17向下移动到原始位置，到位结束。我们从数据采集系统21得到换热器翅片15表面湿灰尘结冰量的测量数据。
实施例
本发明的一个实施例，设定风道11的截面为矩形，其尺寸(长×宽×高)为：100cm×10cm×10cm；设计金属翅片15的尺寸(长×宽×高)为：5cm×5cm×0.1cm；固定支架13的尺寸(长×宽×高)为：4cm×5cm×5cm；辅助支架14的尺寸(长×宽×高)为：4cm×5cm×5cm。固定支架磁铁131、辅助支架上端磁铁141、辅助支架下端磁铁142和分析天平磁铁171均采用市面上可见的高质量钕铁硼吸铁石，按磁性作用力范围在10cm以内设计配置。风道11的底面厚度设为1cm，分析天平17在上下移动过程中其顶面与风道11底面之间的距离在5～20cm范围，辅助支架14的下台阶高度为2cm，固定支架13的顶部凸台厚度为1cm，使辅助支架14和金属翅片15有2cm的升降高度，使他们能处在一个合适的悬空位置。其他设备选通用的设备，按上面的工作过程操作，对换热器翅片15表面湿灰尘结冰量进行无接触式测量，测量结果达到本发明设计要求，满足湿灰尘结冰量“多时间点测量”和“高精度测量”的要求。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种换热器翅片表面湿灰尘结冰量的无接触式测量装置，其特征在于，包括风道、螺栓、固定支架、辅助支架、制冷装置、金属翅片、分析天平、气动升降装置、高精度摄像头、PLC控制装置和数据采集系统；其中，
所述金属翅片放置在所述制冷装置上；
所述辅助支架包括辅助支架上端磁铁和辅助支架下端磁铁；两个所述辅助支架分别安装于所述金属翅片的两侧，固定连接；
所述固定支架通过所述螺栓与所述风道底面固定连接；所述固定支架包括固定支架磁铁；
所述固定支架、所述辅助支架、所述制冷装置和所述金属翅片套设在所述风道里；
所述分析天平位于所述风道下方；所述分析天平包括分析天平磁铁；
所述气动升降装置包括前置活塞、前置气缸、后置活塞、后置气缸和压缩气体通道；
所述PLC控制装置一端与所述高精度摄像头相连，另一端与所述前置活塞相连，形成控制回路；
所述固定支架磁铁安装在所述固定支架内部，所述固定支架磁铁的N极朝向所述制冷装置；
所述辅助支架上端磁铁安装在所述辅助支架的顶部，所述辅助支架下端磁铁安装在所述辅助支架的底部，两个所述辅助支架上端磁铁的N极分别与同侧所述固定支架磁铁的N极相对，所述辅助支架下端磁铁的N极朝下；
所述分析天平磁铁的N极朝上，两个所述分析天平磁铁的间距与两个所述辅助支架下端磁铁的间距一致，且两个所述分析天平磁铁分别与两个所述辅助支架下端磁铁保持在同一竖直线上。
2.如权利要求1所述的换热器翅片表面湿灰尘结冰量的无接触式测量装置，其特征在于，所述风道是两端开口中间通风的通道，所述风道的截面为矩形、梯形或圆形。
3.如权利要求1所述的换热器翅片表面湿灰尘结冰量的无接触式测量装置，其特征在于，所述分析天平由普通天平和所述分析天平磁铁组成。
4.如权利要求1所述的换热器翅片表面湿灰尘结冰量的无接触式测量装置，其特征在于，所述分析天平磁铁安装在所述分析天平内的称量支架上。
5.如权利要求1所述的换热器翅片表面湿灰尘结冰量的无接触式测量装置，其特征在于，所述固定支架顶部凸台是所述辅助支架上升的限位。
6.如权利要求1所述的换热器翅片表面湿灰尘结冰量的无接触式测量装置，其特征在于，所述前置活塞安装在所述前置气缸内，所述后置活塞安装在所述后置气缸内，所述压缩气体通道分别与所述前置气缸和所述后置气缸相连通。
7.如权利要求1所述的换热器翅片表面湿灰尘结冰量的无接触式测量装置，其特征在于，所述固定支架和所述辅助支架的壳体的材料是复合高分子材料或碳纤维材料。
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