CN113375620A - 一种基于温度测量的盘管冰厚检测方法及传感器和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于温度测量的盘管冰厚检测方法及传感器和系统。现有技术中利用两个电极之间电导率变化的方式检测冰厚，其能够实现冰层厚度无极检测，但是其检测精度依赖于水体的电导率保持稳定，而蓄冰装置在长时间使用中水质会变化，进而导致电导率变化，使得该类冰厚检测装置难以在长期使用中保持可靠性；本发明利用蓄冰盘管外侧的冰环中存在温度梯度的特点，利用盘管外侧同一位置的温度变化获得盘管外侧的冰厚变化情况，从而实现了蓄冰盘管冰层厚度的无级检测。本发明仅需要使用一至两个温度传感器配合算法即可实现冰层厚度的无级检测。相比于现有利用多个温度传感器进行有级温度检测的方案，本发明既降低了设备成本，又提高了检测精度。

Description

一种基于温度测量的盘管冰厚检测方法及传感器和系统

技术领域

本发明属于蓄冰设备技术领域，具体涉及一种基于温度测量的盘管冰厚检测方法及传感器和系统。

背景技术

对于蓄冰盘管而言，测量盘管上的环形冰层的厚度十分重要，能够有效指导蓄冰和融冰的进程；现有技术中也有利用液位变化来判断蓄冰装置内部整体冰量的技术方案，但是该方法无法对装置内不同位置的冰量进行判断；由于蓄冰装置各区域融冰的不均匀性，故单独采用液位传感器已无法满足对制冰过程的区域控制。

现有的冰厚传感器包括如下类型：一.利用沿盘管径向分布的多个温度传感器进行冰层厚度的有级检测，利用被覆盖的温度传感器数量来粗略判断冰层厚度，其存在需要的传感器数量，且无法实现无级检测的缺陷。二.利用两个电极板之间电导率变化的方式检测冰厚，其能够实现冰层厚度无极检测，但是其检测精度依赖于水体的电导率保持稳定，而蓄冰装置在长时间使用中水质会逐渐变化，进而导致电导率的变化，使得该类冰厚检测装置难以在长期使用中保持可靠性；此外，该类冰厚传感器还存在成本高且安装困难的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于温度测量的盘管冰厚检测方法及传感器和系统。

第一方面，本发明提供第一种冰厚检测方法，其具体步骤如下：

步骤一、检测盘管被测位置外侧预设位置处的温度值T_s，并测得的温度值T_s代入式(1)，解出冰环半径r₃；预设位置与盘管外侧壁间隔设置。

其中，T_b为盘管被测位置中的载冷剂温度；r_s为检测温度处到蓄冰盘管(5)轴线的距离；r₂为盘管外半径；r₁为盘管内半径；α_b为盘管内壁与管内载冷剂的对流换热系数；λ_t为盘管热导率；λ_ice为冰的热导率。

步骤二、计算盘管被测位置的冰厚δ_ice＝r₃-r₂。

作为优选，步骤一中，仅在测得的温度值T_s＜0℃时求解冰环(6)半径。

作为优选，检测温度值T_s的预设位置到蓄冰盘管轴线的距离r_s满足下述表达式：

其中，r_max为被测位置的最大冰环半径，r₂为盘管外半径；a为调整系数，取值为2～4。

第二方面，本发明提供第二种冰厚检测方法，其具体步骤如下：

步骤一、在不同的载冷剂温度下，对盘管被测位置外侧的预设位置的温度值T_s与冰厚δ_ice进行试验标定，分别建立不同载冷剂温度下温度值T_s与冰厚δ_ice的映射关系，或直接建立载冷剂温度、温度值T_s为自变量，冰厚δ_ice为因变量的映射关系。

步骤二、需要测量冰厚时，检测预设位置的温度值T_s，并结合被测位置的实际载冷剂温度，利用步骤一所得的映射关系得到冰厚δ_ice。

作为优选，步骤二中，仅在测得的温度值T_s＜0℃时利用映射关系得到冰厚。

作为优选，步骤一中，试验标定的具体过程如下：按照蓄冰盘管(5)在工作时通入载冷剂的条件进行蓄冰。在冰层覆盖预设位置后，多次测量冰层厚度，且每次测得冰层厚度均对应记录预设位置的温度值，直到冰层生长到预设的最大厚度；根据所得的各冰层厚度及对应的温度值，得到温度值T_s与冰厚δ_ice的映射关系。

第三方面，本发明提供第三种冰厚检测方法，其具体步骤如下：

步骤一、检测盘管被测位置外侧的第一预设位置、第二预设位置处的温度值T_s1、T_s2，并测得的温度值T_s1、T_s2代入式(2)，求出冰环半径r₃；第一预设位置到盘管外侧壁的距离小于第二预设位置到盘管外侧壁的距离，且第一预设位置与盘管外侧壁间隔设置。

其中，r_s1为第一预设位置到蓄冰盘管(5)轴线的距离；r_s2为第二预设位置到蓄冰盘管(5)轴线的距离；T_ice/w为冰水交界面的温度。

步骤二、计算盘管被测位置的冰厚δ_ice＝r₃-r₂。

作为优选，步骤一中，仅在T_s2＜0℃时计算冰环(6)半径。

作为优选，第一预设位置、第二预设位置到蓄冰盘管轴线的距离r_s1、r_s2满足下述表达式：

其中，r_max为被测位置的最大冰环半径，r₂为盘管外半径；a₁为内调整系数，取值为10～20；a₂为外调整系数，取值为2～4。

第四方面，本发明提供第四种冰厚检测方法，其具体步骤如下：

步骤一、在不同的载冷剂温度下，对盘管被测位置外侧的第一预设位置、第二预设位置处的温度值T_s1、T_s2，与冰厚δ_ice进行试验标定，分别建立不同载冷剂温度下，温度值T_s1、T_s2与冰厚δ_ice的映射关系，或直接建立任意载冷剂温度下，温度值T_s1、T_s2为自变量，冰厚δ_ice为因变量的映射关系。第一预设位置到盘管外侧壁的距离小于第二预设位置到盘管外侧壁的距离，且第一预设位置与盘管外侧壁间隔设置。

步骤二、需要测量冰厚时，检测第一预设位置、第二预设位置处的温度值T_s1、T_s2，利用步骤一所得的映射关系得到冰厚δ_ice。

作为优选，步骤二中，仅在T_s2＜0℃时利用映射关系得到冰厚。

作为优选，步骤一中，试验标定的具体过程如下：在蓄冰盘管处于多个不同冰厚度的状态下，分别记录第一预设位置、第二预设位置处的温度值T_s1、T_s2。根据所得的各冰层厚度及对应的温度值T_s1、T_s2，得到温度值T_s1、T_s2与冰厚δ_ice的映射关系。

第五方面，本发明提供第五种冰厚检测方法，其具体步骤如下：

步骤一、在不同的载冷剂温度下，对盘管被测位置外侧径向上的不同位置检测多个温度值T_s，与冰厚δ_ive进行试验标定，分别建立不同载冷剂温度下，多个温度值T_s与冰厚δ_ice的映射关系，或直接建立任意载冷剂温度下，各个温度值T_s为自变量，冰厚δ_ice为因变量的映射关系。检测温度的位置数量大于三个。

步骤二、需要测量冰厚时，检测步骤一中对应的各个位置的温度值T_s，利用步骤一所得的映射关系得到冰厚δ_ice。

第六方面，本发明提供第一种盘管冰厚检测传感器，包括安装组件和温度传感器。温度传感器通过安装组件固定在蓄冰盘管外侧的预设位置处。温度传感器到蓄冰盘管轴线的距离r_s满足下述表达式：

其中，r_max为被测位置的最大冰环半径，r₂为盘管外半径；a为调整系数，取值为2～4。

作为优选，所述的安装组件包括抱箍和安装件。抱箍安装在蓄冰盘管需要测量冰厚的位置。安装件与抱箍固定。温度传感器固定在安装件上。

第七方面，本发明提供第二种盘管冰厚检测传感器，包括安装组件、内侧温度传感器和外侧温度传感器。内侧温度传感器和外侧温度传感器通过安装组件分别固定在蓄冰盘管外侧的第一预设位置和第二预设位置处。第一预设位置到盘管外侧壁的距离小于第二预设位置到盘管外侧壁的距离，且第一预设位置与盘管外侧壁间隔设置。内侧温度传感器、外侧温度传感器到蓄冰盘管轴线的距离r_s1、r_s2满足下述表达式：

其中，r_max为被测位置的最大冰环半径，r₂为盘管外半径；a₁为内调整系数，取值为10～20；a₂为外调整系数，取值为2～4。

第八方面，本发明提供一种盘管冰厚检测系统，该系统在每根蓄冰盘管的输入端和输出端均安装前述的第一种或第二种盘管冰厚检测传感器。

作为优选，蓄冰盘管的输入端安装第一种盘管冰厚检测传感器。蓄冰盘管的输出端安装第二种盘管冰厚检测传感器。

作为优选，所述的盘管冰厚检测系统还包括液位传感器。液位传感器用于检测蓄冰槽体内的液位，根据液位获得蓄冰槽体内的总冰量。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明利用蓄冰盘管外侧的冰环中存在温度梯度的特点，利用盘管外侧同一位置的温度变化获得盘管外侧的冰厚变化情况，从而实现了蓄冰盘管冰层厚度的无级检测。

2、本发明仅需要使用一至两个温度传感器配合算法即可实现冰层厚度的无级检测。相比于现有利用多个温度传感器进行有级温度检测的方案，本发明既降低了设备成本，又提高了检测精度。

3、由于水体结冰后的热阻受水质的影响较小，故本发明相对于电导率式冰厚检测设备，在长时间使用下，能够持续保持较高的检测精度。

附图说明

图1为本发明实施例1的侧面示意图；

图2为本发明实施例1的正面示意图；

图3为本发明实施例1的热阻示意图；

图4为本发明实施例3的侧面示意图；

图5为本发明实施例3的正面示意图；

图6为本发明实施例3的热阻示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1和2所示，一种盘管冰厚检测传感器，包括安装组件4和温度传感器1。安装组件4包括抱箍和安装件。抱箍安装在蓄冰盘管5需要测量冰厚的位置。安装件与抱箍固定。温度传感器1固定在安装件上，且与蓄冰盘管5的外侧壁面间隔设置。温度传感器1到蓄冰盘管5外侧壁面的距离已知。

对于温度传感器1的位置设定，一方面，为保证测量准确性，传感器位置不宜太接近盘管外表面，其测量温度应与盘管内载冷剂的温度尽量偏移。另一方面，传感器太远离盘管将提高盘管冰厚检测传感器的检测下限，减少冰厚测量范围。经综合权衡测量精度与量程的需求后，将温度传感器位置取在被测位置最大结冰厚度的1/4-1/2处，最佳为1/3，即温度传感器到蓄冰盘管轴线的距离r_s满足下述表达式

其中，r_max为蓄冰盘管被测位置的最大冰环半径，r₂为盘管外半径；a为调整系数，取值为2～4，且优选3。

该盘管冰厚检测传感器利用蓄冰盘管5所结成的冰环6内的温度分布变化情况进行冰环6厚度的检测。具体地，由于制冰过程中自管内低温载冷剂(一般为乙二醇溶液)至管外冰水交界面处呈现温度梯度分布，且冰环6内侧边缘的温度趋近于低温载冷剂的温度，外侧边缘的温度趋近于水的冰点，故盘管外侧同一位置的温度值随着冰环6厚度的变化而发生变化；故在温度传感器1被冰层包裹的情况下，温度传感器1的读数，结合此处蓄冰盘管5内载冷剂的温度即可反映出冰环6的总厚度。

在制冰过程中，冰环6未包裹住温度传感器1的情况下，温度传感器1所在环境的理论温度值会一直保持在0℃，当冰环6包裹住传感器之后，理论温度值开始低于0℃，在管内载冷剂温度确定的情况下，该温度值会和冰厚呈现一一对应关系，实现对冰厚的精确测量。因此，本发明提供的盘管冰厚检测传感器具有厚度检测下限，其值为温度传感器1到蓄冰盘管5外侧壁面的距离。当冰环6的厚度大于检测下限时，该盘管冰厚检测传感器即可实现对冰层厚度的无级检测。

该温度式冰厚传感器获得冰厚值的理论计算如下：

如图3所示，根据传热学分析，从载冷剂到冰水交界面之间存在三个传热热阻：分别为载冷剂的管内对流换热热阻R_b、管壁导热热阻R_t和冰层导热热阻R_ice(可以分为两段，即R_ice1、R_ice2)。传热过程可由下式表述：

其中，φ为热流量；T_ice/w为冰水交界面的温度，始终为0℃；T_b为载冷剂的温度；R_b为载冷剂与盘管内壁的对流换热热阻；R_t为盘管壁导热热阻；R_ice为冰层导热热阻。

根据传热学理论各热阻的计算公式如下

对流换热热阻R_b运用Dittus-Boelter公式计算如下：

R_b＝(2πα_br₁L)^-1

其中，α_b为盘管内壁和管内载冷剂的对流换热系数；ρ_b为载冷剂密度；C_p,b为载冷剂比热容；λ_b为载冷剂热导率；μ_b为载冷剂动力粘度；v_b为载冷剂流速；r₁为盘管内半径；L为分析管段的管长。

盘管壁导热热阻R_t的表达式如下：

其中，r₂为盘管外半径；λ_t为盘管热导率。

从盘管外壁到温度传感器1安装处的冰层导热热阻R_ice,1的表达式如下：

其中，r_s为温度传感器1安装处到蓄冰盘管5轴线的距离；λ_ice为冰的热导率。

从温度传感器1安装处到冰水交界面的冰层导热热阻R_ice,2的表达式如下：

其中，r₃为冰水交界面到蓄冰盘管5轴线的距离(即冰环6半径)。

全冰层导热热阻R_ice的表达式如下：

由于各界面上热流量相等，热流量φ表达式更新为：

其中，T_s为冰层中温度传感器1处的温度

由于冰水交界面为0℃，即T_ice/w＝0。将各热阻公式代入，可得：

管材内外半径、盘管及冰的热导率、温度传感器1安装位置、载冷剂的流量确定时，上式为含有三个未知量T_b、T_s、r_s的隐式。所以，当载冷剂温度T_b通过系统获取，温度T_s通过温度传感器1获取后，唯一对应一个冰环6的半径r₃的数值，表达式如下：

冰厚δ_ice由下式计算得到：

δ_ice＝r₃-r₂

该盘管冰厚检测传感器的检测方法具体如下：

步骤一、将盘管冰厚检测传感器安装在盘管需要检测冰厚的被测位置上。

步骤二、温度传感器1检测自身所在位置的温度值T_s；在T_s＜0℃时进行冰厚检测；具体为将T_s代入式(1)，解出冰环6半径r₃；

其中，T_b为温度传感器1对应位置的载冷剂温度，其值根据蓄冰盘管5的输入端温度和输出端温度获取；r_s为温度传感器1安装处到蓄冰盘管5轴线的距离；r₂为盘管外半径；r₁为盘管内半径；α_b为盘管内壁和管内载冷剂的对流换热系数；λ_t为盘管热导率；λ_ice为冰的热导率。

步骤三、计算蓄冰盘管5被测位置的冰厚δ_ice＝r₃-r₂。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：获取冰厚的方法不同。本实施例不借助解式的方式获取冰厚δ_ice，而是通过预先实验标定的方式求取冰厚。

本实施例获取冰层厚度的方法具体如下：

步骤一、将盘管冰厚检测传感器安装在盘管上需要检测冰厚的位置，并进行标定；标定的具体过程如下：模拟蓄冰盘管5在工作时通入载冷剂的条件进行蓄冰(即向蓄冰盘管5以额定流量通入载冷剂)，当冰层覆盖温度传感器1后，温度传感器1持续检测温度值。在冰层生长的过程中，多次通过测量工具(如卡尺)测量冰层厚度，且每个冰层厚度均对应记录温度传感器1检测到的温度值。当冰层生长到最大厚度(工作过程中蓄冰完成时的冰层厚度)时，停止检测；将所得的各冰层厚度及对应的温度值在横纵坐标分别为温度、冰厚的坐标系中描点，得到离散点图。对离散点图进行拟合后，得到冰厚-温度关系曲线。

以多个不同的载冷剂温度重复前述的标定过程，得到多条不同载冷剂温度对应的冰厚-温度关系曲线。在实际冰厚测量中选用与实际载冷剂温度最接近的冰厚-温度关系曲线。

步骤二、温度传感器1检测自身所在位置的温度值T_s；在T_s＜0℃时进行冰厚检测，用温度值T_s在冰厚-温度关系曲线找到对应的冰厚值，该冰厚值即为蓄冰盘管5被测位置的冰厚。

此外，还能够将载冷剂温度、温度传感器1检测到的温度值与冰厚值一同拟合，得到映射关系(两个自变量，一个因变量的映射关系)；在实际测量中，将载冷剂温度和温度传感器1检测到的温度值一同代入所得的映射关系中，直接得到冰厚值。

实施例3

如图4和5所示，一种盘管冰厚检测传感器，包括安装组件4、内侧温度传感器2和外侧温度传感器3。安装组件4包括抱箍和安装件。抱箍安装在蓄冰盘管5需要测量冰厚的位置。安装件与抱箍固定。内侧温度传感器2和外侧温度传感器3固定在安装件上。内侧温度传感器2和外侧温度传感器3到蓄冰盘管5外侧壁面的距离均已知，且内侧温度传感器2到蓄冰盘管5外侧壁面的距离小于外侧温度传感器3到蓄冰盘管5外侧壁面的距离。本实施例提供的盘管冰厚检测传感器，通过内侧温度传感器2与外侧温度传感器3的温度来检测冰层厚度，不需要蓄冰盘管5内部载冷剂的温度，即可获得冰厚值。

对于内侧温度传感器2和外侧温度传感器3的位置设定，一方面，为保证测量准确性，两个温度传感器应尽量远离，使两者的温度具有较大差异。另一方面，两个温度传感器太远离盘管将提高盘管冰厚检测传感器的检测下限，减少冰厚测量范围。经综合权衡测量精度与量程的需求后，将内侧温度传感器的位置取值在1/20～1/10，优选1/15，将内侧温度传感器的位置取值在1/4～1/2，优选1/3，即内侧温度传感器、外侧温度传感器到蓄冰盘管轴线的距离r_s1、r_s2满足下述表达式：

其中，r_max为蓄冰盘管被测位置的最大冰环半径，r₂为盘管外半径；a₁为内调整系数，取值为10～20，且优选15；a₂为内调整系数，取值为2～4，且优选3。

该温度式冰厚传感器获得冰厚值的理论计算如下：

如图6所示，根据传热学分析，从载冷剂到冰水交界面之间存在三个传热热阻：分别为载冷剂的管内对流换热热阻R_b、管壁导热热阻R_t和冰层导热热阻R_ice(可以分为三段，即R_ice1、R_ice2、R_ice3)。根据各界面上热流量相等，建立热流量φ的表达式如下

其中，φ为热流量；T_ice/w为冰水交界面的温度，始终为0℃；T_s1为内侧温度传感器2测得的温度；T_s2为外侧温度传感器3测得的温度；R_ice,3为外侧温度传感器3到冰水交界面之间的冰环6热阻；R_ice,2为内侧温度传感器2到外侧温度传感器3之间的冰环6热阻；r₃为冰水交界面到蓄冰盘管5轴线的距离(即冰环6半径)；r_s1为内侧温度传感器2安装处到蓄冰盘管5轴线的距离；r_s2为外侧温度传感器3安装处到蓄冰盘管5轴线的距离。

将后两式代入前式，得到冰环6半径r₃的表达式如下：

冰厚δ_ice由下式计算得到：

δ_ice＝r₃-r₂

该盘管冰厚检测传感器的检测方法具体如下：

步骤一、将盘管冰厚检测传感器安装在盘管需要检测冰厚的被测位置上。

步骤二、内侧温度传感器2、外侧温度传感器3分别检测自身所在位置的温度值T_s1、T_s2；在T_s2＜0℃时进行冰厚检测；具体为将T_s1、T_s2代入式(2)，得到冰环6半径r₃。

其中，r_s1为内侧温度传感器2安装处到蓄冰盘管5轴线的距离；r_s2为外侧温度传感器3安装处到蓄冰盘管5轴线的距离；T_ice/w为冰水交界面的温度。

步骤三、计算蓄冰盘管5被测位置的冰厚δ_ice＝r₃-r₂；r₂为盘管外半径。

实施例4

本实施例与实施例2的区别在于：获取冰厚的方法不同。本实施例不借助表达式的方式获取冰厚δ_ice，而是通过预先实验标定的方式求取冰厚。

本实施例获取冰层厚度的方法具体如下：

步骤一、将盘管冰厚检测传感器安装在盘管上需要检测冰厚的位置，并进行标定；标定的具体过程如下：模拟蓄冰盘管5在工作时通入载冷剂的条件进行蓄冰(即向蓄冰盘管5以额定流量通入载冷剂)，当冰层覆盖外侧温度传感器3后，内侧温度传感器2和外侧温度传感器3均持续检测温度值并记录。在冰层生长的过程中，多次通过测量工具(如卡尺)测量冰层厚度，且每个冰层厚度均对应记录内侧温度传感器2和内侧温度传感器2检测到的温度值。当冰层生长到最大厚度(工作过程中蓄冰完成时的冰层厚度)时，停止检测；根据所得的各冰层厚度及对应的内侧温度值、外侧温度值，通过空间拟合，得到内侧温度值、外侧温度值与冰层厚度的映射关系(此时该映射关系对应一条三维的函数曲线，不同载冷剂温度对应的无数条函数曲线，能够形成式(2)对应的曲面)。

以多个不同的载冷剂温度重复前述的标定过程，得到多条不同载冷剂温度对应的映射关系。在实际冰厚测量中选用与实际载冷剂温度最接近的映射关系。

步骤二、在实际测试中，内侧温度传感器2、外侧温度传感器3分别检测自身所在位置的温度值T_s1、T_s2；在T_s2＜0℃时进行冰厚检测，用温度值T_s1、T_s2在步骤一确定的映射关系中找到对应的冰厚值，该冰厚值即为蓄冰盘管5被测位置的冰厚。

此外，还能够建立内侧温度值、外侧温度值为自变量，载冷剂温度为因变量的映射关系，进而建立出不考虑载冷剂温度的情况下，内侧温度值、外侧温度值为自变量，冰厚值为因变量的得到映射关系；在实际测量中，将载冷剂温度、内侧温度值和外侧温度值一同代入所得的映射关系中，直接得到冰厚值。

实施例5

一种盘管冰厚检测系统，安装在呈阵列状的蓄冰盘管5上；每个蓄冰盘管5的输入端均安装一类冰厚检测传感器；每个蓄冰盘管5的输出端均安装二类冰厚检测传感器；一类冰厚检测传感器的结构及检测原理如实施例1或2所示。二类冰厚检测传感器的结构及检测原理如实施例3或4所示。

由于蓄冰盘管5输入端的载冷液尚未进行换热制冰，故整个蓄冰过程中其温度保持稳定且温度值已知，适合使用需要已知载冷剂温度的如实施例1所述的单温度传感器1结构，能够减少温度传感器1的使用数量，提高检测的稳定性。

由于蓄冰盘管5输出端的载冷液温度在整个蓄冰过程中不稳定，故采用不需要已知载冷剂温度的如实施例3所述双温度传感器1结构，能够使得冰厚检测的精度保持稳定。

实施例6

一种盘管冰厚检测系统，安装在呈阵列状的蓄冰盘管5上；每个蓄冰盘管5的输入端和输出端均安装一类冰厚检测传感器；一类冰厚检测传感器的结构及检测原理如实施例1或2所示。

实施例7

一种盘管冰厚检测系统，安装在呈阵列状的蓄冰盘管5上；每个蓄冰盘管5的输入端和输出端均安装二类冰厚检测传感器；二类冰厚检测传感器的结构及检测原理如实施例3或4所示。

实施例8

一种盘管冰厚检测系统，安装在呈阵列状的蓄冰盘管5上；每个蓄冰盘管5的输出端均安装一类冰厚检测传感器；每个蓄冰盘管5的输入端均安装二类冰厚检测传感器；一类冰厚检测传感器的结构及检测原理如实施例1或2所示。二类冰厚检测传感器的结构及检测原理如实施例3或4所示。

在具体的实施过程中，可采用盘管进口端布置管内外温度传感器1或管外双传感器来测取该处的最大结冰厚度，通过控制最不利处的冰厚来防止过量制冰，但是该方案无法测取该盘管的总蓄冰量，如需测取总蓄冰量，可同时在盘管进出口端布置温度传感器1组合，通过计算平均冰厚来获取总蓄冰量。

Claims (17)

1.一种基于温度测量的盘管冰厚检测方法，其特征在于：步骤一、检测盘管被测位置外侧预设位置处的温度值T_s，并测得的温度值T_s代入式(1)，解出冰环半径r₃；预设位置与盘管外侧壁间隔设置；

其中，T_b为盘管被测位置中的载冷剂温度；r_s为检测温度处到蓄冰盘管(5)轴线的距离；r₂为盘管外半径；r₁为盘管内半径；α_b为盘管内壁与管内载冷剂的对流换热系数；λ_t为盘管热导率；λ_ice为冰的热导率；

步骤二、计算盘管被测位置的冰厚δ_ice＝r₃-r₂。

2.一种基于温度测量的盘管冰厚检测方法，其特征在于：步骤一、在不同的载冷剂温度下，对盘管被测位置外侧的预设位置的温度值T_s与冰厚δ_ice进行试验标定，分别建立不同载冷剂温度下温度值T_s与冰厚δ_ice的映射关系，或直接建立载冷剂温度、温度值T_s为自变量，冰厚δ_ice为因变量的映射关系；

步骤二、需要测量冰厚时，检测预设位置的温度值T_s，并结合被测位置的实际载冷剂温度，利用步骤一所得的映射关系得到冰厚δ_ice。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于温度测量的盘管冰厚检测方法，其特征在于：检测温度值T_s的预设位置到蓄冰盘管轴线的距离r_s满足下述表达式：

其中，r_max为被测位置的最大冰环半径，r₂为盘管外半径；a为调整系数，取值为2～4。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于温度测量的盘管冰厚检测方法，其特征在于：步骤二中，仅在测得的温度值T_s＜0℃时检测冰厚。

5.根据权利要求2所述的一种基于温度测量的盘管冰厚检测方法，其特征在于：步骤一中，试验标定的具体过程如下：按照蓄冰盘管(5)在工作时通入载冷剂的条件进行蓄冰；在冰层覆盖预设位置后，多次测量冰层厚度，且每次测得冰层厚度均对应记录预设位置的温度值，直到冰层生长到预设的最大厚度；根据所得的各冰层厚度及对应的温度值，得到温度值T_s与冰厚δ_ice的映射关系。

6.一种基于温度测量的盘管冰厚检测方法，其特征在于：步骤一、检测盘管被测位置外侧的第一预设位置、第二预设位置处的温度值T_s1、T_s2，并测得的温度值T_s1、T_s2代入式(2)，求出冰环半径r₃；第一预设位置到盘管外侧壁的距离小于第二预设位置到盘管外侧壁的距离，且第一预设位置与盘管外侧壁间隔设置；

其中，r_s1为第一预设位置到蓄冰盘管(5)轴线的距离；r_s2为第二预设位置到蓄冰盘管(5)轴线的距离；T_ice/w为冰水交界面的温度；

步骤二、计算盘管被测位置的冰厚δ_ice＝r₃-r₂。

7.一种基于温度测量的盘管冰厚检测方法，其特征在于：步骤一、在不同的载冷剂温度下，对盘管被测位置外侧的第一预设位置、第二预设位置处的温度值T_s1、T_s2，与冰厚δ_ice进行试验标定，分别建立不同载冷剂温度下，温度值T_s1、T_s2与冰厚δ_ice的映射关系，或直接建立任意载冷剂温度下，温度值T_s1、T_s2为自变量，冰厚δ_ice为因变量的映射关系；第一预设位置到盘管外侧壁的距离小于第二预设位置到盘管外侧壁的距离，且第一预设位置与盘管外侧壁间隔设置；

步骤二、需要测量冰厚时，检测第一预设位置、第二预设位置处的温度值T_s1、T_s2，并结合被测位置的实际载冷剂温度，利用步骤一所得的映射关系得到冰厚δ_ice。

8.根据权利要求6或7所述的一种基于温度测量的盘管冰厚检测方法，其特征在于：步骤二中，仅在测得的温度值T_s2＜0℃时检测冰厚。

9.根据权利要求6或7所述的一种基于温度测量的盘管冰厚检测方法，其特征在于：第一预设位置、第二预设位置到蓄冰盘管轴线的距离r_s1、r_s2满足下述表达式：

其中，r_max为被测位置的最大冰环半径，r₂为盘管外半径；a₁为内调整系数，取值为10～20；a₂为外调整系数，取值为2～4。

10.根据权利要求7所述的一种基于温度测量的盘管冰厚检测方法，其特征在于：步骤一中，试验标定的具体过程如下：在蓄冰盘管(5)处于多个不同冰厚度的状态下，分别记录第一预设位置、第二预设位置处的温度值T_s1、T_s2；根据所得的各冰层厚度及对应的温度值T_s1、T_s2，得到温度值T_s1、T_s2与冰厚δ_ice的映射关系。

11.一种基于温度测量的盘管冰厚检测方法，其特征在于：步骤一、在不同的载冷剂温度下，对盘管被测位置外侧径向上的不同位置检测多个温度值T_s，与冰厚δ_ice进行试验标定，分别建立不同载冷剂温度下，多个温度值T_s与冰厚δ_ice的映射关系，或直接建立任意载冷剂温度下，各个温度值T_s为自变量，冰厚δ_ice为因变量的映射关系；检测温度的位置数量大于三个；

步骤二、需要测量冰厚时，检测步骤一中对应的各个位置的温度值T_s，并结合被测位置的实际载冷剂温度，利用步骤一所得的映射关系得到冰厚δ_ice。

12.一种盘管冰厚检测传感器，其特征在于：包括安装组件(4)和温度传感器(1)；温度传感器(1)通过安装组件(4)固定在蓄冰盘管外侧的预设位置处；温度传感器到蓄冰盘管轴线的距离r_s满足下述表达式：

其中，r_max为被测位置的最大冰环半径，r₂为盘管外半径；a为调整系数，取值为2～4。

13.一种盘管冰厚检测传感器，其特征在于：包括安装组件(4)、内侧温度传感器(2)和外侧温度传感器(3)；内侧温度传感器(2)和外侧温度传感器(3)通过安装组件(4)分别固定在蓄冰盘管外侧的第一预设位置和第二预设位置处；第一预设位置到盘管外侧壁的距离小于第二预设位置到盘管外侧壁的距离，且第一预设位置与盘管外侧壁间隔设置；内侧温度传感器、外侧温度传感器到蓄冰盘管轴线的距离r_s1、r_s2满足下述表达式：

其中，r_max为被测位置的最大冰环半径，r₂为盘管外半径；a₁为内调整系数，取值为10～20；a₂为外调整系数，取值为2～4。

14.根据权利要求12或13所述的一种盘管冰厚检测传感器，其特征在于：所述的安装组件(4)包括抱箍和安装件；所述的抱箍安装在蓄冰盘管(5)需要测量冰厚的位置；安装件与抱箍固定；温度传感器固定在安装件上。

15.一种盘管冰厚检测系统，其特征在于：在每根蓄冰盘管(5)的输入端和输出端均安装如权利要求12或13的盘管冰厚检测传感器。

16.根据如权利要求15所述的一种盘管冰厚检测系统，其特征在于：蓄冰盘管(5)的输入端安装如权利要求12所述的盘管冰厚检测传感器；蓄冰盘管(5)的输出端安装如权利要求13所述的盘管冰厚检测传感器。

17.根据如权利要求15所述的一种盘管冰厚检测系统，其特征在于：还包括液位传感器；液位传感器用于检测蓄冰槽体内的液位，根据液位获得蓄冰槽体内的总冰量。

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