風機過濾器機組及EFU面風速均勻性自動測試裝置及方法與流程

2024-01-24 14:26:15

本發明屬於空氣潔淨技術領域，尤其是涉及一種風機過濾器機組和設備過濾單元面風速均勻性自動測試裝置及方法。

背景技術：

風機過濾器機組(fanfilterunit，ffu)是一種內配風機的空氣淨化設備，主要由風機、高效或超高效空氣過濾器組成，具有一定的模數尺寸和標準規格，可配合吊頂骨架進行安裝，並可模塊化連接使用。由於整體設計靈活、安裝施工方便、密封方式簡單有效以及易於控制等優點，ffu在空氣潔淨領域得到了廣泛應用，既可用於潔淨室以提供空氣進入工作區域之前的末級過濾，也可用於潔淨要求高的微環境或隔離工作區域。設備過濾單元(equipmentfilterunit，efu)與ffu的結構基本一致，主要是安裝在設備上以滿足空氣淨化要求。

ffu和efu性能的測試是檢定、評價和改善ffu性能的重要環節。在諸多的測試項目中，面風速均勻性是最重要的性能參數之一，它直接影響到潔淨空間的氣流組織。ffu和efu面風速均勻性的測試在離出風面一定距離處的送風斷面上進行，一般通過劃分網格布置測點，逐點測試風速，最後計算全部測點風速測量值的相對標準差，用以評價面風速均勻性。

目前，測試ffu和efu的面風速均勻性均採用人工方式進行，還沒有實現機械自動化。測試人員大多通過手持風速儀探頭對各測點依次進行測量，這樣的測量方式會帶來以下問題：一方面，測點數量多，勞動強度大，測量效率低；另一方面，通過人員引入的測量誤差大，包括測點劃分不準確、各測點測量時間分配不均勻、手持探頭位置易波動、人工讀數誤差大以及人員本身對氣流有幹擾等。一些測試人員在對每個測點進行測試之前，會先將風速儀探頭用支架固定以減少手持探頭位置波動引起的誤差。但是，這種做法會明顯增加測量時間和勞動強度，大大降低測量效率，並且對上述其他引入誤差的因素沒有明顯的改善。

綜上所述，有必要針對ffu和efu面風速均勻性測試提出一種可靠高效的自動測試裝置和方法。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種可靠高效的風機過濾器機組和設備過濾單元面風速均勻性自動測試裝置及方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

風機過濾器機組和設備過濾單元面風速均勻性自動測試裝置，包括：

一側與輔助風系統連接，另一側設有開口的大型靜壓箱，用於連接輔助風系統、安裝受試ffu或efu以及部署測試機構其他組件，

設置在大型靜壓箱開口四周的擋板，

水平安裝在靜壓箱開口上側的直線導軌機構，

垂直安裝在直線導軌機構上的伸縮杆機構，

安裝在伸縮杆機構末端的風速儀探頭，

與風速儀探頭連接的風速儀，

與直線導軌機構、伸縮杆機構及風速儀電性連接的顯示控制器。

所述的大型靜壓箱內安裝風機過濾器機組ffu或設備過濾單元efu，受試ffu或efu立式安裝在靜壓箱內，從靜壓箱開口向外出風，當受試ffu或efu出風面尺寸小於靜壓箱開口尺寸時，採用輔助板配合進行安裝。

所述的擋板採用透明材質製作，用於阻擋外界對ffu或efu送風氣流的影響，由上、下、左、右四塊擋板組成，其中上擋板開有槽孔，槽孔中心線位於面風速均勻性測量面上，所述測量面與風機過濾機組或設備過濾單元出風面之間的距離應滿足相關要求，優選為150mm。

所述的直線導軌機構水平安裝在靜壓箱開口上側，用於實現風速儀探頭在水平方向上的移動，所述導軌機構包括直線導軌驅動電機、滾珠絲杆直線導軌及滑塊，所述滑塊能夠在電機的驅動下沿導軌做往復運動，滑塊的行程應保證在擋板槽孔的長度範圍內，以防止故障或誤操作情況下風速儀探頭撞上擋板而損壞；

所述的伸縮杆機構垂直安裝在直線導軌機構的滑塊上，用於實現風速儀探頭在豎直方向上的移動，所述伸縮杆機構包括伸縮杆驅動電機和伸縮杆，所述伸縮杆能夠在電機驅動下改變其長度，伸縮杆中心線位於面風速均勻性測量面上並與擋板槽孔中心線垂直相交，伸縮杆直徑略小於槽孔寬度，當滑塊沿導軌運動時，伸縮杆能在槽孔內自由移動；

所述的風速儀探頭安裝在伸縮杆末端，用於測量各測點處的風速值，所述風速儀探頭中心線與伸縮杆中心線同軸，以保證探頭中心位於面風速均勻性測量面上；

所述的風速儀安裝在靜壓箱開口左側，與風速儀探頭連接，用於接收和轉換風速儀探頭的傳感信號；

所述的顯示控制器安裝在靜壓箱開口左側，包含微處理器、存儲器、數據輸出接口、顯示屏、數字鍵盤及其他必要的功能按鍵，所述顯示控制器具有一定的計算功能，能夠根據既有的規則和受試ffu或efu的有效出風面尺寸計算出可選的測點布置方案，也能根據各測點的風速測量值計算出平均值和相對標準差，以便對ffu或efu的面風速均勻性迅速做出判斷，所述顯示控制器還具有一定的數據存儲功能，能夠保存一定時間段內的測量數據，所述數據輸出接口能與外部存儲器連接，可以將測點布置、測量數據和計算結果以常用的文件格式導出，所述功能按鍵包括但不限於方向控制按鍵、「定位」、「設置」、「確認」、「開始」和「急停」按鍵。

所述顯示控制器與所述直線導軌驅動電機、所述伸縮杆驅動電機及所述風速儀之間電性連接，所述顯示控制器能夠通過控制所述直線導軌驅動電機和所述伸縮杆驅動電機實現所述風速儀探頭在面風速均勻性測量面上的自由移動，能夠按照指定的起止時間接收所述風速儀中的風速測量數據。

風機過濾器機組和設備過濾單元面風速均勻性自動測試方法，採用以下步驟：

(1)設置時間參數：包括延遲時間和測量時間，所述延遲時間是指從風速儀探頭移動到測點位置到正式開始從風速儀接收該點風速測量數據這段時間，目的是儘量減少風速儀探頭運動對氣流的影響，等待該點風速趨於穩定，所述測量時間是指開始從風速儀接收測點的風速測量數據到停止從風速儀接收該點的風速測量數據這段時間；

(2)設置尺寸參數：包括受試ffu或efu的有效出風面長、寬尺寸和測點邊距，所述長度尺寸是指水平方向上的尺寸，所述寬度尺寸是指豎直方向的尺寸，所述測點邊距是指用於布置測點的有效流通區域到過濾介質邊界的距離；

(3)獲取測點布置方案：在上述有效流通區域內劃分網格，網格中心點即為風速測點，測點布置的關鍵在於確定網格劃分的步長或網格數，本方法提供了兩種可供選擇的測點布置方案確定方式，一種方式是直接設置水平方向上網格的列數和豎直方向上網格的行數，另一種方式是設置網格邊長的上下限，由顯示控制器根據此限制規則和受試ffu或efu的有效出風面尺寸來計算出可選的測點布置方案，然後測試人員綜合考慮測量的效率和準確性從中選擇合適的測點布置方案；

(4)將風速儀探頭定位到原點：控制風速儀探頭將其中心對準原點位置，所述原點是指當前受試ffu或efu有效出風面的左上角點，該點水平向右為x正方向，豎直向下為y正方向，對於常用的原點位置，可保存到顯示控制器中，在之後的測試中能夠通過顯示控制器上的功能按鍵將風速儀探頭迅速定位到之前保存過的原點位置；

(5)開始掃描測量：一旦設置好尺寸參數、確定了測點布置方案並定位到原點，預設的程序就會規劃出風速儀探頭的掃描測試路徑，此時，按下顯示控制器上的「開始」按鍵，風速儀探頭就會按照程序中規劃的路徑依次移動到各個測點，停留設置的延遲時間和測量時間，顯示控制器在測量時間內從風速儀接收風速測量數據並存儲，如此直到所有測點測量完畢；

(6)結果查看和導出：測量完畢後，可以通過顯示控制器查看每個測點的風速測量值以及全部測點風速的平均值和相對標準差，測點布置方案、測量結果和計算結果均可通過數據輸出接口導出到外部存儲設備中。

以上步驟中的設置和操作均通過顯示控制器完成。

本發明採用機械自動化方法代替手工測量，大大提高測試效率的同時，也明顯提升了測量的精準度，具體如下：

1、測點劃分更加準確：手工方式主要依靠人眼大致瞄準來定位測點，而機械方式通過精確計算和控制來劃分和定位測點，比手工方式更加準確；

2、各測點的時間分配更均勻：手工方式只能大致估計探頭在各測點處的停留時間，而機械方式則可以預先設定該停留時間，因此各測點的時間分配比手工方式更加均勻；

3、探頭位置更加精確固定：手工方式通過手持探頭進行測量，由於手抖很難保證探頭位置穩定，尤其是當探頭位置距離手握之處較遠時抖動更加明顯，而機械方式相對來能夠保證探頭位置比較穩定。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

(1)本發明所提出的自動測試裝置和方法基本實現了ffu和efu面風速均勻性測試的機械化和自動化，操作簡單方便，相較於傳統的人工方式，大大降低了測試人員的勞動強度，顯著提高了測試效率。

(2)本發明所提供的自動測試裝置和方法最大限度地減少了人員對測量過程的幹擾，通過機械化達到了測點劃分準確、各測點測量時間分配均勻、探頭位置精確固定等優點，相較於傳統人工方式，測量結果準確性更高，可靠性更強。

(3)本發明所提供的自動測試裝置和方法具有參數設置靈活多變、測量過程快速準確、測量結果查詢便捷的優點，可以很方便地用於研究工藝參數對ffu和efu面風速均勻性的影響，也可以很方便用於研究網格步長、採樣時間等測試參數對ffu面風速均勻性測量結果的影響等。

(4)本發明所提供的自動測試裝置和方法將很多主觀因素和個性差異從ffu和efu面風速均勻性測試過程中剔除，有利於ffu和efu面風速均勻性測試方法的進一步標準化和規範化。

(5)本發明所提供的自動測試裝置結構緊湊，安裝靈活，能夠密切配合既有的實驗室測試設施，能夠適用於各種型號ffu和efu的測試。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為各組件間的電性連接和信號傳遞關係示意圖；

圖3為本發明所提供的測試方法的流程圖；

圖4為本發明具體實施例的測點布置方案；

圖5為本發明具體實施例的風速儀探頭掃描測試路徑。

圖中，1-大型靜壓箱、2-靜壓箱開口、3-擋板、4-直線導軌驅動電機、5-滾珠絲杆直線導軌、6-滑塊、7-伸縮杆驅動電機、8-伸縮杆、9-風速儀探頭、10-風速儀、11-顯示控制器。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬於本發明的保護範圍。

實施例

一種風機過濾器機組和設備過濾單元面風速均勻性自動測試裝置，其結構如圖1所示，包括大型靜壓箱1、擋板3、直線導軌機構、伸縮杆機構、風速儀探頭9、風速儀10和顯示控制器11。

大型靜壓箱1用於連接輔助風系統、安裝受試ffu或efu以及部署測試機構其他組件。靜壓箱1一側與輔助風系統連接，另一側有開口2，受試ffu或efu立式安裝在靜壓箱1內，從靜壓箱開口2向外出風。當受試ffu或efu出風面尺寸小於靜壓箱開口2的尺寸時，採用輔助板配合進行安裝。本實施例中，受試ffu外形尺寸為1175×1175×320mm，過濾器厚度90mm，有效過濾面積為1130×1130mm，無需輔助板配合，可直接安裝，受試工況為面風速0.45m/s、機外餘壓0pa。

擋板3設置於靜壓箱開口2的四周，用於阻擋外界對ffu或efu送風氣流的影響。擋板3由上、下、左、右共四塊擋板組成，上擋板開有槽孔，槽孔中心線位於面風速均勻性測量面上，該測試面距離ffu或efu出風面150mm。本實施例中，擋板3高500mm，採用有機玻璃材料，可方便觀察面風速的實際測量情況。

直線導軌機構水平安裝在靜壓箱開口2的上側，用於實現風速儀探頭9在水平方向上的移動。直線導軌機構包括直線導軌驅動電機4、滾珠絲杆直線導軌5及滑塊6。滑塊6能夠在電機4的驅動下沿導軌5做往復運動，滑塊6的行程應保證在擋板3槽孔的長度範圍內，以防止故障或誤操作情況下風速儀探頭9撞上擋板3而損壞。本實施例中，直線導軌驅動電機4採用步進電機。

伸縮杆機構垂直安裝在直線導軌機構的滑塊6上，用於實現風速儀探頭9在豎直方向上的移動。伸縮杆機構包括伸縮杆驅動電機7和伸縮杆8。伸縮杆8能夠在電機7驅動下改變其長度，伸縮杆8中心線位於面風速均勻性測量面上並與擋板3的槽孔中心線垂直相交，伸縮杆8直徑略小於槽孔寬度，當滑塊6沿導軌5運動時，伸縮杆8能在槽孔內自由移動。本實施例中，伸縮杆驅動電機7採用直線電機。

風速儀探頭9安裝在伸縮杆8末端，用於測量各測點處的風速值。風速儀探頭9中心線與伸縮杆8中心線同軸，以保證探頭9中心位於面風速均勻性測量面上。本實施例中，風速儀探頭採用熱線式。

風速儀10安裝在靜壓箱開口2的左側，與風速儀探頭9連接，用於接收和轉換風速儀探頭9的傳感信號。

顯示控制器11安裝在靜壓箱開口2左側，包含微處理器、存儲器、數據輸出接口、顯示屏、數字鍵盤及其他必要的功能按鍵。顯示控制器11具有一定的計算功能，能夠根據既有的規則和受試ffu或efu的有效出風面尺寸計算出可選的測點布置方案，也能根據各測點的風速測量值計算出平均值和相對標準差，以便對ffu或efu的面風速均勻性迅速做出判斷。顯示控制器11還具有一定的數據存儲功能，能夠保存一定時間段內的測量數據。顯示控制器11的數據輸出接口能與外部存儲器連接，可以將測點布置、測量數據和計算結果以常用的文件格式導出。顯示控制器11的功能按鍵包括但不限於方向控制按鍵、「定位」、「設置」、「確認」、「開始」和「急停」按鍵。本實施例中，顯示控制器11採用液晶顯示屏，數據輸出接口採用usb接口。

各組件間的電性連接和信號傳遞關係如圖2所示，顯示控制器11與直線導軌驅動電機4、伸縮杆驅動電機7及風速儀10之間電性連接。顯示控制器11能夠通過控制直線導軌驅動電機4和伸縮杆驅動電機7實現風速儀探頭9在面風速均勻性測量面上的自由移動，同時記錄風速儀探頭9的位置參數，顯示控制器11還能按照指定的起止時間接收風速儀10中的風速測量數據。

利用上述自動測試裝置進行ffu和efu面風速均勻性測試的方法的工藝流程如圖3所示，主要包括以下步驟：

1、設置時間參數，包括延遲時間和測量時間。

1)延遲時間，即從風速儀探頭9移動到測點位置到正式開始從風速儀10接收該點風速測量數據這段時間，目的是儘量減少風速儀探頭9的運動對氣流的影響，等待該點風速趨於穩定。本實施例中，延遲時間設置為2s。

2)測量時間，即開始從風速儀10接收測點的風速測量數據到停止從風速儀10接收該點的風速測量數據這段時間。本實施例中，測試時間設為5s。

2、設置尺寸參數，包括受試ffu或efu的有效出風面長、寬尺寸和測點邊距。

1)受試ffu或efu有效出風面長、寬尺寸，即受試ffu或efu有效出風面在水平、豎直方向上的尺寸。本實施例中，受試ffu有效出風面長×寬尺寸為1130×1130mm。

2)測點邊距，即用於布置測點的有效流通區域到過濾介質邊界的距離。本實施例中，測點邊距取65mm。

3、獲取測點布置方案。在有效流通區域內劃分網格，網格中心點即為風速測點，測點布置的關鍵在於確定網格劃分的步長或網格數。可以通過兩種方式確定測點布置方案：

1)方式一：直接設置水平方向上網格的列數和豎直方向上網格的行數。

2)方式二：設置網格邊長的上下限，由顯示控制器11根據此限制規則和受試ffu或efu的有效出風面尺寸來計算出可選的測點布置方案，然後測試人員綜合考慮測量的效率和準確性從中選擇合適的測點布置方案。

本實施例中採取方式二來確定測點布置方案，首先設置網格邊長最小為100mm，最大為200mm，由於去除測點邊距後的有效流通區域為1000×1000mm，因此，顯示控制器11計算出水平方向上網格的列數和豎直方向上網格的行數的取值範圍為5～10，測點最少的方案為5×5＝25個，測點最多的方案為10×10＝100個，考慮到在允許範圍內儘量提高測量效率，本實施例選取5×5的測點布置方案，此方案的具體細節如圖4所示，每個網格的邊長均為200mm，最外側的網格距離外側的邊緣的長度為65mm。

4、將風速儀探頭定位到原點。

控制風速儀探頭9將其中心對準原點位置，原點即指當前受試ffu或efu有效出風面的左上角點。本實施例中，所用受試ffu為常見規格，該原點會經常用到，因此將該原點位置保存，之後測試中，可通過顯示控制器11上對應的功能按鍵快速地將風速儀探頭9迅速定位到該原點。

5、開始掃描測量。

一旦設置好尺寸參數、確定了測點布置方案並定位到原點，預設的程序就會規劃出風速儀探頭的掃描測試路徑。按下顯示控制器11上的「開始」按鍵，風速儀探頭9就會按照程序中規劃的路徑依次移動到各個測點，停留設置的延遲時間2s和測量時間5s，顯示控制器11在測量時間內從風速儀10中接收風速測量數據並存儲，如此直到所有測點測量完畢。本實施例中，以受試ffu左上角點為原點，水平向右為x正方向，豎直向下為y正方向，則風速儀探頭9所依循的掃描測試路徑如圖5所示，風速儀探頭9從受試ffu左上角(0,0)出發，先向右移動165mm，再向下移動165mm到達第一個測點(165,165)，完成該點測量後，風速儀探頭9逐行移動，以蛇形方式依次到達各個測點並進行測量，與圖5中的坐標相對應，到達圖4中各測點的順序依次為1-2-3-4-5-10-9-8-7-6-11-12-13-14-15-20-19-18-17-16-21-22-23-24-25。

6、結果查看和導出。

測量完畢後，可以通過顯示控制器11查看每個測點的風速測量值以及全部測點風速的平均值和相對標準差。測點布置方案、測量結果和計算結果均可通過數據輸出接口導出到外部存儲設備中。

以上步驟中的設置和操作均通過顯示控制器11完成。

以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本發明的實質內容。