CN111999347A - 确定热交换装置内部干度的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种确定热交换装置内部干度的方法及装置。该方法包括：获取热交换装置内部待测点的状态参数的参数值，该状态参数指示待测点的介电常数；基于待测点的状态参数的参数值和参考值的差值，确定待测点是否处于积液状态或蒸干状态。本申请提供的技术方案，能够实现对空间较小的热交换装置的内部干度的检测，并且，通过设置多个待测点，能够实现对热交换装置内部干度的分布式检测。

Description

确定热交换装置内部干度的方法及装置
技术领域
本申请涉及热交换技术领域，具体地说，涉及一种确定热交换装置内部干度的方法及装置。
背景技术
动力电池是新能源汽车的核心部件之一，其性能直接影响新能源汽车的整体性能，而温度是影响动力电池性能的一个重要因素，因此，电池热管理系统也就显得尤为重要。
在电池热管理系统中，如果热交换装置内局部温度过高，会导致该局部制冷剂蒸干，从而失去换热作用；如果热交换装置内局部出现积液，会影响换热效率，甚至造成流道阻塞。因此，为了使热交换装置的换热操作能正常进行，需要对热交换装置内部的干度进行检测。
当前，干度检测方案主要应用于石油开发井下的干度测量以及火电厂低压缸的排气的干度测量，通常采用以下方式：通过测量蒸汽压力、温度及流量等参数，利用这些参数间接计算干度。然而，由于需要通过多种传感器来获取多种参数，因此干度测量装置的体积较大，而电池热管理系统的热交换装置的空间较小，该方式不适用于电池热管理系统的热交换装置。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种确定热交换装置内部干度的方法及装置，以实现对空间较小的热交换装置的内部干度的检测。
为实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：
一方面，本申请提供一种确定热交换装置内部干度的方法，包括：
获取所述热交换装置内部待测点的状态参数的参数值，所述状态参数指示所述待测点的介电常数；
基于所述待测点的状态参数的参数值和参考值的差值，确定所述待测点是否处于积液状态或蒸干状态。
可选的，所述状态参数为电容参数，获取所述热交换装置内部待测点的状态参数的参数值，包括：
检测预先设置在待测点及对侧点处的两个电极板之间的电容值；
其中，所述待测点和所述对侧点位置相对，且所述两个电极板分别位于所述热交换装置平行于介质流动方向的两个相对的壁面上。
可选的，所述状态参数为电压参数，获取所述热交换装置内部待测点的状态参数的参数值，包括：
给预先设置在待测点及对侧点处的两个电极板中的一个电极板施加交流电压激励，检测所述两个电极板中的另一个电极板的电压幅值；
其中，所述待测点和所述对侧点位置相对，且所述两个电极板分别位于所述热交换装置平行于介质流动方向的两个相对的壁面上。
可选的，所述状态参数为介电常数，所述获取所述热交换装置内部待测点的状态参数的参数值，包括：
构建电极阵列的电压矩阵，其中，所述电极阵列预先设置于所述热交换装置平行于介质流动方向的一侧壁面上，所述电极阵列中的电极板呈M行N列排布，所述待测点位于电极阵列的电极板处，M和N均为大于1的整数，所述电压矩阵中的元素为：在所述电极阵列的第i个电极板施加交流电压激励，在第i+1个至第M*N个电极板检测到的电压幅值，i＝1,2,…,(M*N-1)；
根据预先构建的灵敏度矩阵和所述电压矩阵计算介电常数矩阵，所述介电常数矩阵中的元素为所述电极阵列中各个电极板所在区域的介电常数的参数值；所述灵敏度矩阵中的元素表征介电常数的单位变化量所引起的所述电压矩阵中元素的变化量。
可选的，所述参考值包括第一参考值和第二参考值，其中，所述第一参考值为第一位置点的状态参数的参数值，所述第二参考值为第二位置点的状态参数的参数值，所述第一位置点、所述待测点和所述第二位置点沿所述热交换装置的流动介质入口向流动介质出口的方向依次排布；
所述基于所述待测点的状态参数的参数值和参考值的差值，确定所述待测点是否处于积液状态或蒸干状态，包括：
计算所述待测点的状态参数的参数值减去所述第一参考值的差值、以及所述待测点的状态参数的参数值减去所述第二参考值的差值；
如果所述待测点的状态参数的参数值减去所述第一参考值的差值大于第一阈值，且所述待测点的状态参数的参数值减去所述第二参考值的差值大于所述第一阈值，则确定所述待测点处于积液状态；
如果所述待测点的状态参数的参数值减去所述第一参考值的差值小于第二阈值，且所述待测点的状态参数的参数值减去所述第二参考值的差值小于所述第二阈值，则确定所述待测点处于蒸干状态；
其中，所述第一阈值大于或等于0，所述第二阈值小于或等于0。
可选的，所述参考值包括第三参考值和第四参考值，其中，所述第三参考值基于所述热交换装置内部处于积液状态时的状态参数的参数值确定，所述第四参考值基于所述热交换装置内部处于蒸干状态时的状态参数的参数值确定；
所述基于所述待测点的状态参数的参数值和参考值的差值，确定所述待测点是否处于积液状态或蒸干状态，包括：
计算所述待测点的状态参数的参数值减去所述第三参考值的差值，以及所述待测点的状态参数的参数值减去所述第四参考值的差值；
如果所述待测点的状态参数的参数值减去所述第三参考值的差值大于或等于第三阈值，则确定所述待测点处于积液状态；如果所述待测点的状态参数的参数值减去所述第四参考值的差值小于或等于第四阈值，则确定所述待测点处于蒸干状态；
其中，所述第三阈值大于或等于0，所述第四阈值小于或等于0。
可选的，所述基于所述待测点的状态参数的参数值和参考值的差值，确定所述待测点是否处于积液状态或蒸干状态，包括：
在所述热交换装置内部处于稳态的情况下，计算所述待测点当前时刻的状态参数的参数值减去前一时刻的状态参数的参数值的差值；
如果所述待测点当前时刻的状态参数的参数值减去前一时刻的状态参数的参数值的差值大于第五阈值，则确定所述待测点处于积液状态；如果所述待测点当前时刻的状态参数的参数值减去前一时刻的状态参数的参数值的差值小于第六阈值，则确定所述待测点处于蒸干状态；
其中，所述第五阈值大于0，所述第六阈值小于0。
另一方面，本申请提供一种确定热交换装置内部干度的装置，包括：
参数值确定单元，用于获取所述热交换装置内部待测点的状态参数的参数值，所述状态参数指示所述待测点的介电常数；
处理单元，用于基于所述待测点的状态参数的参数值和参考值的差值，确定所述待测点是否处于积液状态或蒸干状态。
可选的，所述参考值包括第一参考值和第二参考值，其中，所述第一参考值为第一位置点的状态参数的参数值，所述第二参考值为第二位置点的状态参数的参数值，所述第一位置点、所述待测点和所述第二位置点沿从所述热交换装置的流动介质入口向流动介质出口方向依次排布；
所述处理单元具体用于：计算所述待测点的状态参数的参数值减去所述第一参考值的差值、以及所述待测点的状态参数的参数值减去所述第二参考值的差值；如果所述待测点的状态参数的参数值减去所述第一参考值的差值大于第一阈值，且所述待测点的状态参数的参数值减去所述第二参考值的差值大于所述第一阈值，则确定所述待测点处于积液状态；如果所述待测点的状态参数的参数值减去所述第一参考值的差值小于第二阈值，且所述待测点的状态参数的参数值减去所述第二参考值的差值小于所述第二阈值，则确定所述待测点处于蒸干状态；其中，所述第一阈值大于或等于0，所述第二阈值小于或等于0。
可选的，所述参考值包括第三参考值和第四参考值，所述第三参考值基于所述热交换装置内部处于积液状态时的状态参数的参数值确定，所述第四参考值基于所述热交换装置内部处于蒸干状态时的状态参数的参数值确定；
所述处理单元具体用于：计算所述待测点的状态参数的参数值减去所述第三参考值的差值，以及所述待测点的状态参数的参数值减去所述第四参考值的差值；如果所述待测点的状态参数的参数值减去所述第三参考值的差值大于或等于第三阈值，则确定所述待测点处于积液状态；如果所述待测点的状态参数的参数值减去所述第四参考值的差值小于或等于第四阈值，则确定所述待测点处于蒸干状态；其中，所述第三阈值大于或等于0，所述第四阈值小于或等于0。
本申请提供的确定热交换装置内部干度的方法及装置，获取热交换装置内部待测点的状态参数(指示待测点的介电常数)的参数值，基于待测点的状态参数的参数值和参考值的差值，确定待测点是否处于积液状态或蒸干状态。可以看到，本申请提供的确定热交换装置内部干度的方法，通过获取能够指示待测点的介电常数的状态参数的参数值，就可以根据待测点的状态参数的参数值与参考值的差值来判断待测点是否处于积液状态或蒸干状态，由于无需安装多种传感器，因此对热交换装置内部空间的要求较低，适用于内部空间较小的热交换装置。并且，通过设置多个待测点，能够实现对热交换装置内部干度的分布式检测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种确定热交换装置内部干度的方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的一种电容检测电路图；
图3为本申请实施例提供的一种电极板的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种热交换装置内部电极板的布置示意图；
图5为本申请实施例提供的一个电极阵列的示意图；
图6为本申请实施例提供的通过仿真获得灵敏度矩阵过程中对热交换装置内部空间的划分示意图；
图7为本申请实施例提供的一种确定热交换装置内部干度的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
由背景技术可知，动力电池的性能会直接影响新能源汽车的整体性能，而温度是影响动力电池性能的一个重要因素，因此，电池的热管理系统也就显得十分重要。在电池热管理系统中，如果热交换装置内部出现蒸干或者积液的情况，会影响热交换装置正常发挥换热作用。因此，需要对热交换装置内部干度进行检测，以保证热交换装置的换热作用能够正常发挥。
本申请实施例提供一种确定热交换装置内部干度的方法及装置，以实现对热交换装置内部干度的检测。
请参见图1，图1为本申请实施例提供的一种确定热交换装置内部干度的方法的流程图。该方法包括以下步骤：
S10：获取热交换装置内部待测点的状态参数的参数值。
该状态参数指示待测点的介电常数。
可选的，该状态参数包括电压参数、电容参数或者介电常数。
这里对热交换装置进行简要说明。热交换装置具有流动介质入口和流动介质出口，在流动介质入口和流动介质出口之间布置换热管道。流动介质从热交换装置的流动介质入口流入换热管道，流动介质在换热管道流动过程中与热交换装置内的换热工质进行热交换，最后从热交换装置的流动介质出口流出。热交换装置包括但不限于蒸发器或者冷凝器。
S20：基于待测点的状态参数的参数值和参考值的差值，确定待测点是否处于积液状态或蒸干状态。
申请人发现，物质处于不同相态下，其介电常数会有明显的差异。热交换装置内的换热工质通常为两相混合状态，Lichtenecker公式适用于两相混合的非均匀电介质，两相混合的非均匀电介质的介电常数可以由下式确定：
ln(ε)＝Vg*ln(εg)+Vl*ln(εl)
其中，Vg为气体所占的体积比，Vl为液体所占的体积比，Vg+Vl＝1，εg为气体的相对介电常数，εl为液体的相对介电常数，ε为两相混合的非均匀电介质的介电常数。
可见，对于两相混合的非均匀电介质而言，其介电常数与气液混合的比例相关。也就是说，热交换装置内部待测点的介电常数能够反映待测点处的气液混合比例，即，热交换装置内部待测点的介电常数能够反映待测点处的干度。
通常，液态工质的介电常数远大于气态工质的介电常数，当待测点的干度增大时，待测点的介电常数随之减小，当待测点的干度减小时，待测点的介电常数随之增大。如果待测点的介电常数出现剧增，则可以确定该待测点出现积液的情况，如果待测点的介电常数出现剧减，则可以确定该待测点出现蒸干的情况。
实施中，基于待测点的状态参数的参数值和参考值的差值，确定待测点的状态参数的参数值是否出现剧增或剧减，以确定待测点是否处于积液状态或蒸干状态。具体的，如果待测点的状态参数的参数值出现剧增，则确定待测点处于积液状态，如果待测点的状态参数的参数值出现剧减，则确定待测点处于蒸干状态。
本申请提供的确定热交换装置内部干度的方法，获取热交换装置内部待测点的状态参数(指示待测点的介电常数)的参数值，基于待测点的状态参数的参数值和参考值的差值，确定待测点是否处于积液状态或蒸干状态。可以看到，本申请提供的确定热交换装置内部干度的方法，通过获取能够指示待测点的介电常数的状态参数的参数值，就可以根据待测点的状态参数的参数值与参考值的差值来判断待测点是否处于积液状态或蒸干状态，由于无需安装多种传感器，因此对热交换装置内部空间的要求较低，适用于内部空间较小的热交换装置。并且，通过设置多个待测点，能够实现对热交换装置内部干度的分布式检测。
在一个实施例中，状态参数为电容参数。相应的，获取热交换装置内部待测点的状态参数的参数值具体为：获取热交换装置内部待测点的电容参数的参数值。
根据电容公式：
Figure BDA0002659182670000091
在两个电极板的正对面积S、两个电极板之间的距离d不变的情况下，电容值C与两个电极板之间介质的介电常数ε有关。如果两个电极板之间为两相混合的非均匀介质，那么介电常数ε与两相混合的非均匀介质的气液混合比例相关。热交换装置与介质流动方向平行的两个壁面可以看做平行板，可以采用平行板间电容公式来测定其内部的电容值，进一步确定干度。
实施中，预先在热交换装置的待测点及对侧点处分别布置一个电极板，其中，待测点和对侧点在高度方向上位置相对，且两个电极板分别位于热交换装置平行于介质流动方向的两个相对的壁面上。获取热交换装置内部待测点的电容参数的参数值具体为：检测预先设置在待测点及对侧点处的两个电极板之间的电容值。
待测点处的干度决定了两个电极板之间的介质的介电常数，而两个电极板之间的电容值与两个电极板之间的介质的介电常数相关，因此，将待测点的电容参数作为状态参数，根据待测点的电容参数的参数值和参考值确定待测点是否处于积液状态或蒸干状态。
在一种可能的实现方式中，利用现有的LC振荡频率法检测待测点的电容值。
在另一种可能的实现方式中，利用电压激励法检测待测点的电容值。具体的：在一个电极板施加交流电压激励，检测另一个电极板的电压幅值，根据检测得到的电压幅值确定待测点的电容值。
这里结合图2对利用电压激励法检测待测点的电容值的方案进行说明。
在图2中，A为运算放大器，Cx为待测电容(也就是布置于待测点和对侧点的两个电极板之间的电容，即待测点的电容)，Cf为反馈电容，其取值是已知的，Rf为反馈电阻，其取值是已知的。
将待测点处的电极板记为第一电极板，将对侧点处的电极板记为第二电极板。将第二电极板与运算放大器A的反向输入端连接，在第一电极板施加交流电压激励，根据运算放大器A的输出(即被测电压)计算待测电容Cx。
这里以在第一电极板施加正弦电压激励为例：
Figure BDA0002659182670000101
为激励电压，
Figure BDA0002659182670000102
为被测电压，则待测电容Cx为：
Figure BDA0002659182670000103
可以看到，在正弦激励电压的频率和幅值一定时，待测电容Cx与被测电压的电压幅值U成正比，在确定被测电压的电压幅值U后，就可以计算出待测电容Cx。
下面对确定被测电压的电压幅值U的过程进行说明。
被测电压V(t)经ADC电路被上位机采集，得到的数字信号，将数字信号分别与激励正弦电压同频的正交参考信号
Figure BDA0002659182670000104
Figure BDA0002659182670000105
相乘，得到信号：
Figure BDA0002659182670000106
经过低通滤波滤除二倍频分量，得到直流分量V″1(t)和V″c(t)：
Figure BDA0002659182670000111
根据直流分量V″1(t)和V″2(t)就可以确定电压幅值U：
Figure BDA0002659182670000112
需要说明的是，这里是以正弦电压激励为例对检测待测点的电容值进行说明。实施中，交流电压激励并不限定于正弦电压激励，也可以采用三角波、方波等作为交流电压激励。
需要说明的是，热交换装置的管壁可能采用导电材料制作，热交换装置中的换热工质可能为导电工质，因此优选采用如图3所示的电极板结构，即：绝缘层101将电极102(图3中为金属薄板电极)完全包裹，由电极102引出导线103。也就是说，在电极102的外部设置有绝缘层101。
采用图3所示的电极板结构，可以防止由于电极板贴合热交换装置的管壁而造成的电极板导通，进而导致测量失效的情况，还可以避免以下情况发生：在热交换装置内部发生积液时，如果内部工质导电，则可能由于电极板间充满导电工质从而导致测量失效。
参见图4，图4为一种热交换装置内电极板的布置示意图。需要说明的是，图4仅用于举例说明。
图4中的11、12......1n，21、22......2n均为电极板，3为导线，4为热交换装置，5为热交换装置内部的换热工质。例如，待测点位于电极板11处，那么给电极板11施加交流电压激励，在电极板21处测量电压值。例如，待测点位于电极板12处，那么给电极板12施加交流电压激励，在电极板22处测量电压值。应当理解的是，上述仅为部分举例说明，实施中还可以有其他的操作方式。
在图4所示的方案中，电极板布置于热交换装置的内壁。需要说明的是，当热交换装置的管壁采用非导电材料的情况下，可以在热交换装置的外表面布置电极板。
在另一个实施例中，状态参数为电压参数。相应的，获取热交换装置内部待测点的状态参数的参数值，具体为：获取热交换装置内部待测点的电压参数的参数值。
可选的，采用如下方案获取热交换装置内部待测点的电压参数的参数值：给预先设置在待测点及待测点的对侧点的两个电极板中的一个电极板施加交流电压激励，检测两个电极板中的另一个电极板的电压幅值。
其中，待测点的对侧点为高度方向上与待测点相对的点，且两个电极板分别位于热交换装置平行于介质流动方向的两个相对的壁面上。
在上文中介绍了，在交流电压激励的频率和幅值一定时，待测电容(即两个电极板之间的电容值)与被测电压的电压幅值成正比，并且，待测电容与两个电极板之间的介质的介电常数相关，因此被测电压的电压幅值能够反应待测点处介质的介电常数。因此，将待测点的电压参数作为状态参数，根据待测点的电压参数的参数值和参考值确定待测点是否处于积液状态或蒸干状态。
在另一个实施例中，状态参数为介电常数。获取热交换装置内部待测点的状态参数的参数值，具体为：获取热交换装置内部待测点的介电常数的参数值。
可选的，获取热交换装置内部待测点的介电常数的参数值，具体过程为：
1)、构建电极阵列的电压矩阵。
其中，电极阵列预先设置于热交换装置平行于介质流动方向的一侧壁面上，电极阵列中的电极板呈M行N列排布，待测点位于电极阵列中的一个电极板处，其中，M为大于1的整数，N为大于1的整数。
电压矩阵中的元素为：在电极阵列的第i个电极板施加交流电压激励，在第i+1个至第M*N个电极板检测到的电压幅值，i＝1,2,…,(M*N-1)。其中，交流电压激励包括但不限于正弦电压激励、三角波电压激励和方波电压激励。
2)、根据预先构建的灵敏度矩阵和电压矩阵计算介电常数矩阵。其中，介电常数矩阵中的元素为该电极阵列中各个电极板所在区域的介电常数的参数值。灵敏度矩阵中的元素表征介电常数的单位变化量所引起的电压矩阵中元素的变化量。
实施中，可以将电极阵列中各个电极板所在位置均作为待测点。
这里结合一个实例进行说明。
参见图5，图5为本申请实施例提供的一种电极阵列的示意图。
该电极阵列包括4个电极板，分别记为电极板D1、电极板D2、电极板D3和电极板D4，即M＝2，N＝2。其中，可以将电极板D1和电极板D2视为一行，将电极板D3和电极板D4视为一行。电极板D1和电极板D2沿热交换装置的长度方向排布，电极板D4和电极板D3沿热交换装置的长度方向排布。热交换装置的长度方向是指：从热交换装置的流动介质入口指向流动介质出口的方向。
图5中的入口是指热交换装置的流动介质入口，图5中的出口是指热交换装置的流动介质出口，图5中的箭头指示热交换装置的流动介质入口指向流动介质出口的方向，也是热交换装置的长度方向。
构建电极阵列的电压矩阵的过程包括：
1)、在电极板D1施加正弦电压激励，分别检测电极板D2、电极板D3和电极板D4的电压幅值，其中，电极板D2的电压幅值记为V12，电极板D3的电压幅值记为V13，电极板D4的电压幅值记为V14；
2)、在电极板D2施加正弦电压激励，分别检测电极板D3和电极板D4的电压幅值，其中，电极板D3的电压幅值记为V23，电极板D4的电压幅值记为V24。
3)、在电极板D3施加正弦电压激励，检测电极板D4的电压幅值，记为V34。
根据上述检测到的电压幅值生成电压矩阵。可选的，将电压矩阵设置为1行6列的矩阵Y。即：Y＝[V12 V13 V14 V23 V24 V34]。
假设介电常数矩阵为1行4列的矩阵ε，ε＝[ε1 ε2 ε3 ε4]。其中，ε1为电极板D1所在区域的介电常数的参数值，ε2为电极板D2所在区域的介电常数的参数值，ε3为电极板D3所在区域的介电常数的参数值，ε4为电极板D4所在区域的介电常数的参数值。
介电常数矩阵ε和电压矩阵Y之间的关系可以表示为：
Figure BDA0002659182670000141
其中，A为灵敏度矩阵，为4行6列的常数矩阵，灵敏度矩阵中的元素表征介电常数的单位变化量引起的电压矩阵中元素的变化量。
需要说明的是，灵敏度矩阵为P行Q列的矩阵。其中，P的取值为电极阵列包含的电极板的数量，Q的取值为
Figure BDA0002659182670000142
其中，
Figure BDA0002659182670000143
表示：从P个元素中取两个不同元素构成组合，所能取出的全部组合的数量。灵敏度矩阵中的元素axy表示第x个电极板所在区域的介电常数的单位变化量引起的第y个个电极板电压幅值的变化量，x＝1,2,…P，y＝1,2,…Q。
根据电压矩阵Y和灵敏度矩阵A可以求解出介电常数矩阵ε。
需要说明的是，可以将电极阵列布置于热交换装置的内壁。当热交换装置的管壁采用非导电材料的情况下，可以将电极阵列布置于热交换装置的外表面。
需要说明的是，灵敏度矩阵可以预先通过软件仿真的方式获得。这里以图5所示电极阵列为例，对通过软件仿真获得灵敏度矩阵的过程进行说明。
按照电极阵列中4个电极板所在的位置将热交换装置的内部空间划分为4个区域，与电极板D1对应的区域为区域A，与电极板D2对应的区域为区域B，与电极板D3对应的区域为区域C，与电极板D4对应的区域为区域D，如图6所示。
第一次软件仿真：
将区域A的介电常数设置为1，记录此时电极板D1和电极板D2之间的电压幅值u12、电极板D1和电极板D3之间的电压幅值u13、电极板D1和电极板D4之间的电压幅值u14、电极板D2和电极板D3之间的电压幅值u23、电极板D2和电极板D4之间的电压幅值u24、以及电极板D3和电极板D4之间的电压幅值u34。
由介电常数矩阵ε和电压矩阵Y之间的关系，可得：
Figure BDA0002659182670000151
因此，a11＝u12；a12＝u13；a13＝u14；a14＝u23；a15＝u24；a16＝u34。
第二次软件仿真：
将区域B的介电常数设置为1，记录此时电极板D1和电极板D2之间的电压幅值u12、电极板D1和电极板D3之间的电压幅值u13、电极板D1和电极板D4之间的电压幅值u14、电极板D2和电极板D3之间的电压幅值u23、电极板D2和电极板D4之间的电压幅值u24、以及电极板D3和电极板D4之间的电压幅值u34。
由介电常数矩阵ε和电压矩阵Y之间的关系，可得：
Figure BDA0002659182670000152
因此，a21＝u12；a22＝u13；a23＝u14；a24＝u23；a25＝u24；a26＝u34。
第三次软件仿真：
将区域C的介电常数设置为1，记录此时电极板D1和电极板D2之间的电压幅值u12、电极板D1和电极板D3之间的电压幅值u13、电极板D1和电极板D4之间的电压幅值u14、电极板D2和电极板D3之间的电压幅值u23、电极板D2和电极板D4之间的电压幅值u24、以及电极板D3和电极板D4之间的电压幅值u34。
由介电常数矩阵ε和电压矩阵Y之间的关系，可得：
Figure BDA0002659182670000153
因此，a31＝u12；a32＝u13；a33＝u14；a34＝u23；a35＝u24；a36＝u34。
第四次软件仿真：
将区域D的介电常数设置为1，记录此时电极板D1和电极板D2之间的电压幅值u12、电极板D1和电极板D3之间的电压幅值u13、电极板D1和电极板D4之间的电压幅值u14、电极板D2和电极板D3之间的电压幅值u23、电极板D2和电极板D4之间的电压幅值u24、以及电极板D3和电极板D4之间的电压幅值u34。
由介电常数矩阵ε和电压矩阵Y之间的关系，可得：
Figure BDA0002659182670000161
因此，a41＝u12；a42＝u13；a43＝u14；a44＝u23；a45＝u24；a46＝u34。
经过四次软件仿真，获得灵敏度矩阵A中各个元素的取值。
上述步骤S20提到的基于待测点的状态参数的参数值和参考值的差值，确定待测点是否处于积液状态或蒸干状态，下面进行详细阐释。
一种可能的实现方式中，该参考值包括第一参考值和第二参考值。其中，第一参考值为第一位置点的状态参数的参数值，第二参考值为第二位置点的状态参数的参数值，第一位置点、待测点和第二位置点沿从热交换装置的流动介质入口向流动介质出口方向依次排布。
在具体实现步骤S20的过程中，如果待测点的状态参数的参数值减去第一参考值的差值大于第一阈值，且待测点的状态参数的参数值减去第二参考值的差值大于第一阈值，则确定待测点处于积液状态；如果待测点的状态参数的参数值减去第一参考值的差值小于第二阈值，且待测点的状态参数的参数值减去第二参考值的差值小于第二阈值，则确定待测点处于蒸干状态。
其中，第一阈值大于或等于0，第二阈值大于或等于0。
需要说明的是，如果热交换装置为冷凝器，那么从热交换装置的流动介质入口到流动介质出口的过程为液体逐渐增加，气体逐渐减少的过程，根据前文的说明，从热交换装置的流动介质入口到流动介质出口的方向，热交换装置内各点的状态参数的参数值应为逐渐变大的过程，因此如果待测点的状态参数的参数值减去第一参考值的差值大于第一阈值，且待测点的状态参数的参数值减去第二参考值的差值大于第一阈值，则破坏了此规律，可以确定待测点处于积液状态；如果待测点的状态参数的参数值减去第一参考值的差值小于第二阈值，且待测点的状态参数的参数值减去第二参考值的差值小于第二阈值，则破坏了此规律，可以确定待测点处于蒸干状态。
如果热交换装置为蒸发器，那么热交换装置的流动介质入口到流动介质出口的过程为气体逐渐增加，液体逐渐减少的过程，根据前文的说明，从热交换装置的流动介质入口到流动介质出口的方向，热交换装置内各点的状态参数的参数值应为逐渐变小的过程，因此如果待测点的状态参数的参数值减去第一参考值的差值大于第一阈值，且待测点的状态参数的参数值减去第二参考值的差值大于第一阈值，则破坏了此规律，可以确定待测点处于积液状态；如果待测点的状态参数的参数值减去第一参考值的差值小于第二阈值，且待测点的状态参数的参数值减去第二参考值的差值小于第二阈值，则破坏了此规律，可以确定待测点处于蒸干状态。
可以理解的是，若待测点的状态参数为待测点的电压参数/电容参数/介电常数时，对应地，第一参考值为对应的第一位置点的电压参数/电容参数/介电常数的参数值，第二参考值为对应的第二位置点的电压参数/电容参数/介电常数的参数值。
需要说明的是，第一位置点和第二位置点的电压参数/电容参数/介电常数的参数值的确定过程，与待测点的电压参数/电容参数/介电常数的参数值的确定过程是类似的。
另一种可能的实现方式中，该参考值包括第三参考值和第四参考值。其中，第三参考值基于热交换装置内部处于积液状态时的状态参数的参数值确定，第四参考值基于热交换装置内部处于蒸干状态时的状态参数的参数值确定。
可选的，第三参考值为热交换装置内部处于积液状态时的状态参数的参数值，第四参考值可以为热交换装置内部处于蒸干状态时的状态参数的参数值。
可选的，第三参考值为热交换装置内部处于积液状态时的状态参数的参数值加上预设的修正值，第四参考值为热交换装置内部处于蒸干状态时的状态参数的参数值加上预设的修正值。
在检测状态参数的参数值时，可能出现偏差，因此将热交换装置内部处于积液状态时的状态参数的参数值加上预设的修正值作为第三参考值，以及将热交换装置内部处于蒸干状态时的状态参数的参数值加上预设的修正值作为第四参考值，能够降低甚至消除参数测量偏差导致误判的可能性。
在具体实现步骤S20的过程中，如果待测点的状态参数的参数值减去第三参考值的差值大于或等于第三阈值，则确定待测点处于积液状态；如果待测点的状态参数的参数值减去第四参考值的差值小于或等于第四阈值，则确定待测点处于蒸干状态。
其中，第三阈值大于或等于0，第四阈值小于或等于0。
可以看到，第三参考值基于热交换装置内部处于积液状态时的状态参数的参数值确定，第四参考值基于热交换装置内部处于蒸干状态时的状态参数的参数值确定，如果待测点的状态参数的参数值减去第三参考值的差值大于或等于第三阈值(大于或等于0)，那么待测点必然处于积液状态，如果待测点的状态参数的参数值减去第四参考值的差值小于或等于第四阈值(小于或等于0)，那么待测点必然处于蒸干状态。
可以理解的是，若待测点的状态参数为待测点的电压参数/电容参数/介电常数时，相应地，第三参考值为热交换装置内部处于积液状态时的电压参数/电容参数/介电常数的参数值，或者为热交换装置内部处于积液状态时的电压参数/电容参数/介电常数的参数值加上预设的修正值，第四参考值为热交换装置内部处于蒸干状态时的电压参数/电容参数/介电常数的参数值，或者为热交换装置内部处于蒸干状态时的电压参数/电容参数/介电常数的参数值加上预设的修正值。
另一种可能的实现方式中，在热交换装置内部处于稳态的情况下，参考值为待测点在前一时刻的状态参数的参数值。热交换装置处于稳态是指：热交换装置的换热量不变。
具体实现步骤S20的过程中：
计算待测点当前时刻的状态参数的参数值减去前一时刻的状态参数的参数值的差值；如果待测点当前时刻的状态参数的参数值减去前一时刻的状态参数的参数值的差值大于第五阈值，则确定待测点处于积液状态；如果待测点当前时刻的状态参数的参数值减去前一时刻的状态参数的参数值的差值小于第六阈值，则确定待测点处于蒸干状态。
可选地，第五阈值大于0，第六阈值小于0。
当热交换装置处于稳态时，热交换装置内部各点的气液混合比例应保持不变。如果待测点当前时刻的状态参数的参数值与前一时刻的状态参数的参数值相比，发生了突变，表明待测点的干度发生变化。因此，通过比较待测点当前时刻的状态参数的参数值和前一时刻的状态参数的参数值，确定待测点是否发生积液异常或蒸干异常。
可以理解的是，若待测点的状态参数为待测点的电压参数/电容参数/介电常数时，对应地，待测点前一时刻的电压参数/电容参数/介电常数的参数值为参考值。
本申请上述提供了确定热交换装置内部干度的方法，相应的，本申请还提供确定热交换装置内部干度的装置，说明书中关于两者的描述可以相互参考。
参见图7，图7为本申请实施例提供的一种确定热交换装置内部干度的装置的结构示意图。该装置包括参数值确定单元100和处理单元200。
参数值确定单元100用于：获取热交换装置内部待测点的状态参数的参数值。其中，状态参数指示待测点的介电常数。可选的，该状态参数包括电压参数、电容参数或者介电常数。
处理单元200用于：基于待测点的状态参数的参数值和参考值的差值，确定待测点是否处于积液状态或蒸干状态。
实施中，处理单元200基于待测点的状态参数的参数值和参考值的差值，确定待测点的状态参数的参数值是否出现剧增或剧减，以确定待测点是否处于积液状态或蒸干状态。具体的，如果待测点的状态参数的参数值出现剧增，则确定待测点处于积液状态，如果待测点的状态参数的参数值出现剧减，则确定待测点处于蒸干状态。
本申请提供的确定热交换装置内部干度的装置，通过获取能够指示待测点的介电常数的状态参数的参数值，就可以根据待测点的状态参数的参数值与参考值的差值来判断待测点是否处于积液状态或蒸干状态，由于无需安装多种传感器，因此对热交换装置内部空间的要求较低，适用于内部空间较小的热交换装置。并且，通过设置多个待测点，能够实现对热交换装置内部干度的分布式检测。
在一个实施例中，状态参数为电容参数。相应的，参数值确定单元100具体用于：获取热交换装置内部待测点的电容参数的参数值。
实施中，预先在热交换装置的待测点及对侧点处分别布置一个电极板，其中，待测点和对侧点在高度方向上位置相对，且两个电极板分别位于热交换装置平行于介质流动方向的两个相对的壁面上。参数值确定单元100获取热交换装置内部待测点的电容参数的参数值具体为：检测预先设置在待测点及对侧点处的两个电极板之间的电容值。
在另一个实施例中，状态参数为电压参数。相应的，参数值确定单元100具体用于：获取热交换装置内部待测点的电压参数的参数值。
可选的，参数值确定单元100采用如下方案获取热交换装置内部待测点的电压参数的参数值：给预先设置在待测点及待测点的对侧点的两个电极板中的一个电极板施加交流电压激励，检测两个电极板中的另一个电极板的电压幅值。
其中，待测点的对侧点为高度方向上与待测点相对的点，且两个电极板分别位于热交换装置平行于介质流动方向的两个相对的壁面上。
在另一个实施例中，状态参数为介电常数。相应的，参数值确定单元100具体用于：获取热交换装置内部待测点的介电常数的参数值。
可选的，参数值确定单元100获取热交换装置内部待测点的介电常数的参数值，具体为：
1)、构建电极阵列的电压矩阵。
其中，电极阵列预先设置于热交换装置平行于介质流动方向的一侧壁面上，电极阵列中的电极板呈M行N列排布，待测点位于电极阵列中的一个电极板处，其中，M为大于1的整数，N为大于1的整数。
电压矩阵中的元素为：在电极阵列的第i个电极板施加交流电压激励，在第i+1个至第M*N个电极板检测到的电压幅值，i＝1,2,…,(M*N-1)。其中，交流电压激励包括但不限于正弦电压激励、三角波电压激励和方波电压激励。
2)、根据预先构建的灵敏度矩阵和电压矩阵计算介电常数矩阵。其中，介电常数矩阵中的元素为该电极阵列中各个电极板所在区域的介电常数的参数值。灵敏度矩阵中的元素表征介电常数的单位变化量所引起的电压矩阵中元素的变化量。
在另一个实施例中，参考值包括第一参考值和第二参考值。其中，第一参考值为第一位置点的状态参数的参数值，第二参考值为第二位置点的状态参数的参数值，第一位置点、待测点和第二位置点沿从热交换装置的流动介质入口向流动介质出口方向依次排布。
处理单元200具体用于：计算待测点的状态参数的参数值减去第一参考值的差值、以及待测点的状态参数的参数值减去第二参考值的差值；如果待测点的状态参数的参数值减去第一参考值的差值大于第一阈值，且待测点的状态参数的参数值减去第二参考值的差值大于第一阈值，则确定待测点处于积液状态；如果待测点的状态参数的参数值减去第一参考值的差值小于第二阈值，且待测点的状态参数的参数值减去第二参考值的差值小于第二阈值，则确定待测点处于蒸干状态。其中，第一阈值大于或等于0，第二阈值小于或等于0。
在另一个实施例中，参考值包括第三参考值和第四参考值。其中，第三参考值基于热交换装置内部处于积液状态时的状态参数的参数值确定，第四参考值基于热交换装置内部处于蒸干状态时的状态参数的参数值确定。
处理单元200具体用于：计算待测点的状态参数的参数值减去第三参考值的差值，以及待测点的状态参数的参数值减去第四参考值的差值；如果待测点的状态参数的参数值减去第三参考值的差值大于或等于第三阈值，则确定待测点处于积液状态；如果待测点的状态参数的参数值减去第四参考值的差值小于或等于第四阈值，则确定待测点处于蒸干状态。其中，第三阈值大于或等于0，第四阈值小于或等于0。
在另一个实施例中，处理单元200具体用于：在热交换装置内部处于稳态的情况下，计算待测点当前时刻的状态参数的参数值减去前一时刻的状态参数的参数值的差值；如果待测点当前时刻的状态参数的参数值减去前一时刻的状态参数的参数值的差值大于第五阈值，则确定待测点处于积液状态；如果待测点当前时刻的状态参数的参数值减去前一时刻的状态参数的参数值的差值小于第六阈值，则确定待测点处于蒸干状态。其中，第五阈值大于0，第六阈值小于0。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所提供的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种确定热交换装置内部干度的方法，其特征在于，包括：
获取所述热交换装置内部待测点的状态参数的参数值，所述状态参数指示所述待测点的介电常数；
基于所述待测点的状态参数的参数值和参考值的差值，确定所述待测点是否处于积液状态或蒸干状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述状态参数为电容参数，所述获取所述热交换装置内部待测点的状态参数的参数值，包括：
检测预先设置在待测点及对侧点处的两个电极板之间的电容值；
其中，所述待测点和所述对侧点位置相对，且所述两个电极板分别位于所述热交换装置平行于介质流动方向的两个相对的壁面上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述状态参数为电压参数，所述获取所述热交换装置内部待测点的状态参数的参数值，包括：
给预先设置在待测点及对侧点处的两个电极板中的一个电极板施加交流电压激励，检测所述两个电极板中的另一个电极板的电压幅值；
其中，所述待测点和所述对侧点位置相对，且所述两个电极板分别位于所述热交换装置平行于介质流动方向的两个相对的壁面上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述状态参数为介电常数，所述获取所述热交换装置内部待测点的状态参数的参数值，包括：
构建电极阵列的电压矩阵，其中，所述电极阵列预先设置于所述热交换装置平行于介质流动方向的一侧壁面上，所述电极阵列中的电极板呈M行N列排布，所述待测点位于电极阵列的电极板处，M和N均为大于1的整数，所述电压矩阵中的元素为：在所述电极阵列的第i个电极板施加交流电压激励，在第i+1个至第M*N个电极板检测到的电压幅值，i＝1,2,…,(M*N-1)；
根据预先构建的灵敏度矩阵和所述电压矩阵计算介电常数矩阵，所述介电常数矩阵中的元素为所述电极阵列中各个电极板所在区域的介电常数的参数值；所述灵敏度矩阵中的元素表征介电常数的单位变化量所引起的所述电压矩阵中元素的变化量。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述参考值包括第一参考值和第二参考值，其中，所述第一参考值为第一位置点的状态参数的参数值，所述第二参考值为第二位置点的状态参数的参数值，所述第一位置点、所述待测点和所述第二位置点沿所述热交换装置的流动介质入口向流动介质出口方向依次排布；
所述基于所述待测点的状态参数的参数值和参考值的差值，确定所述待测点是否处于积液状态或蒸干状态，包括：
计算所述待测点的状态参数的参数值减去所述第一参考值的差值、以及所述待测点的状态参数的参数值减去所述第二参考值的差值；
如果所述待测点的状态参数的参数值减去所述第一参考值的差值大于第一阈值，且所述待测点的状态参数的参数值减去所述第二参考值的差值大于所述第一阈值，则确定所述待测点处于积液状态；
如果所述待测点的状态参数的参数值减去所述第一参考值的差值小于第二阈值，且所述待测点的状态参数的参数值减去所述第二参考值的差值小于所述第二阈值，则确定所述待测点处于蒸干状态；
其中，所述第一阈值大于或等于0，所述第二阈值小于或等于0。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述参考值包括第三参考值和第四参考值，其中，所述第三参考值基于所述热交换装置内部处于积液状态时的状态参数的参数值确定，所述第四参考值基于所述热交换装置内部处于蒸干状态时的状态参数的参数值确定；
所述基于所述待测点的状态参数的参数值和参考值的差值，确定所述待测点是否处于积液状态或蒸干状态，包括：
计算所述待测点的状态参数的参数值减去所述第三参考值的差值，以及所述待测点的状态参数的参数值减去所述第四参考值的差值；
如果所述待测点的状态参数的参数值减去所述第三参考值的差值大于或等于第三阈值，则确定所述待测点处于积液状态；如果所述待测点的状态参数的参数值减去所述第四参考值的差值小于或等于第四阈值，则确定所述待测点处于蒸干状态；
其中，所述第三阈值大于或等于0，所述第四阈值小于或等于0。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述基于所述待测点的状态参数的参数值和参考值的差值，确定所述待测点是否处于积液状态或蒸干状态，包括：
在所述热交换装置内部处于稳态的情况下，计算所述待测点当前时刻的状态参数的参数值减去前一时刻的状态参数的参数值的差值；
如果所述待测点当前时刻的状态参数的参数值减去前一时刻的状态参数的参数值的差值大于第五阈值，则确定所述待测点处于积液状态；如果所述待测点当前时刻的状态参数的参数值减去前一时刻的状态参数的参数值的差值小于第六阈值，则确定所述待测点处于蒸干状态；
其中，所述第五阈值大于0，所述第六阈值小于0。
8.一种确定热交换装置内部干度的装置，其特征在于，包括：
参数值确定单元，用于获取所述热交换装置内部待测点的状态参数的参数值，所述状态参数指示所述待测点的介电常数；
处理单元，用于基于所述待测点的状态参数的参数值和参考值的差值，确定所述待测点是否处于积液状态或蒸干状态。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述参考值包括第一参考值和第二参考值，其中，所述第一参考值为第一位置点的状态参数的参数值，所述第二参考值为第二位置点的状态参数的参数值，所述第一位置点、所述待测点和所述第二位置点沿所述热交换装置的流动介质入口向流动介质出口的方向依次排布；
所述处理单元具体用于：计算所述待测点的状态参数的参数值减去所述第一参考值的差值、以及所述待测点的状态参数的参数值减去所述第二参考值的差值；
如果所述待测点的状态参数的参数值减去所述第一参考值的差值大于第一阈值，且所述待测点的状态参数的参数值减去所述第二参考值的差值大于所述第一阈值，则确定所述待测点处于积液状态；
如果所述待测点的状态参数的参数值减去所述第一参考值的差值小于第二阈值，且所述待测点的状态参数的参数值减去所述第二参考值的差值小于所述第二阈值，则确定所述待测点处于蒸干状态；
其中，所述第一阈值大于或等于0，所述第二阈值小于或等于0。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述参考值包括第三参考值和第四参考值，所述第三参考值基于所述热交换装置内部处于积液状态时的状态参数的参数值确定，所述第四参考值基于所述热交换装置内部处于蒸干状态时的状态参数的参数值确定；
所述处理单元具体用于：计算所述待测点的状态参数的参数值减去所述第三参考值的差值，以及所述待测点的状态参数的参数值减去所述第四参考值的差值；
如果所述待测点的状态参数的参数值减去所述第三参考值的差值大于或等于第三阈值，则确定所述待测点处于积液状态；如果所述待测点的状态参数的参数值减去所述第四参考值的差值小于或等于第四阈值，则确定所述待测点处于蒸干状态；其中，所述第三阈值大于或等于0，所述第四阈值小于或等于0。
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