一種荷載式冰量測量裝置的製作方法

2023-05-01 21:47:02 2

本實用新型屬於空調領域，涉及一種蓄冰空調的冰量測量裝置，特別是涉及一種荷載式冰量測量裝置。

背景技術：

隨著現代社會的發展，能源問題越來越突出，冰蓄冷中央空調作為火電最有效的削峰填谷的能源調劑手段，被越來越多的應用於大型中央空調系統中，當波峰電價比波谷電價貴一倍以上時，具有很好的經濟效益，同時能降低火電的發電量，提高火電綜合應用效率，具有很好的社會效益。在蓄冰空調中應用最多的蓄冰裝置為盤管式蓄冰裝置，在實際應用中，為了提高能源利用率，要求低谷電時段的蓄冷量能全部有效應用於尖峰時段。這樣可以實現能源的最佳利用。系統蓄冰量主要通過冰厚傳感器測得（特別是外融冰系統），而目前的冰厚傳感器價格非常的高，且精度差，只能得到幾個點的測量結果，測量結果粗放，與需要的精確控制，追求最佳節能效果的要求相差甚遠。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本實用新型公開了一種荷載式冰量測量裝置，包括：中央處理器、溫度傳感器信號處理模塊、溫度傳感器以及電源模塊，溫度傳感器信號處理模塊接收溫度傳感器檢測的溫度信號，進行信號處理後送入中央處理器，還包括壓力傳感器信號處理模塊和壓力傳感器組，壓力傳感器信號處理模塊接收壓力傳感器組探測的與冰量相關的信號，進行信號處理後送入中央處理器。

其中，壓力傳感器組包括兩隻壓力傳感器，壓力傳感器上部通過固定支架固定在盤管水箱壁上，壓力傳感器下部固定在盤管支撐架上，壓力傳感器通過引線連接到壓力傳感器信號處理模塊。

其中，壓力傳感器組檢測盤管水箱中水的浮力，其中水的浮力與冰量相關，冰量越多，浮力越大。

其中，溫度傳感器安裝在盤管支撐架上，通過引線將信號傳送到溫度傳感器信號處理模塊，溫度傳感器的探測點與盤管水箱底部保持一定距離。

其中，壓力傳感器信號處理模塊包括電阻R4、電阻R5和儀表運放AD620組成的放大電路，用於將壓力傳感器的電信號放大，其中電阻R5的第一腳與地連接，第二腳和壓力傳感器組的信號負端並聯後與儀表運放AD620的第二腳連接，電阻R4的第一腳和儀表運放AD620的第一腳連接，電阻R4的第二腳和儀表運放AD620的第八腳連接，儀表運放AD620的第三腳與壓力傳感器組的信號正端連接，儀表運放AD620的第八腳連接，儀表運放AD620的第六腳連接到中央處理器的網絡標號為iecAD的第四腳。

其中，溫度傳感器信號處理模塊包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R6和濾波電容C2，電阻R1的第一腳與電阻R2的第一腳並聯接電源,電阻R1的第二腳與電阻R3的第一腳的連接點接到中央處理器的網絡標號為A0.0的第一腳，電阻R2的第二腳與電阻R6的第一腳和濾波電容C2的第一腳連接點接到中央處理器的網絡標號為PT1000的第二腳，電阻R3的第二腳與電阻R6的第二腳及濾波電容C2的第二腳並聯接地，其中電阻R6是可變電阻，對應於溫度傳感器。

其中，壓力傳感器信號處理模塊和溫度傳感器信號處理模塊傳送到中央處理器的兩個電壓信號組成一對差分信號。

其中，還包括無線RENS通訊模塊，用於將冰量測量裝置實時測量的結冰量的動態信號發送給上位機。

其中，荷載式冰量測量裝置通過自動校準零點來校正測量的結果。

本實用新型的裝置實時測量結冰量的動態值和溫度值，把動態信號通過無線RENS通訊模塊發送給上位機控制軟體，上位機控制軟體通過分析結冰信號，得到結冰速率曲線，根據結冰速率曲線，調整設備運行參數和控制策略，達到優化控制的目的：可以降低能耗，並使設備儘可能的處於「健康」運行狀態，以延長設備的使用壽命。

荷載式冰量測量裝置可以得到一組連續變化結冰量的測量信號，可以通過自動校準「零點」來校正測量的結果，達到精確測量的目的。

本實用新型的有益效果是：（1）結構簡單，成本低；（2）可以實現連續的總結冰量測量，能得到精確控制需要的總冰量信息（蓄冰量），保證最佳節能控制的實現。

附圖說明

圖1：荷載式冰量測量裝置的電氣結構示意框圖；

圖2：蓄冰盤管的壓力傳感器和溫度傳感器安裝結構示意圖；

圖3：荷載式冰量測量裝置的電路原理圖。

附圖標記說明：

1.中央處理器； 2.溫度傳感器信號處理模塊；

3.壓力傳感器信號處理模塊； 4.電源模塊；

5.無線RENS通訊模塊； 6.溫度傳感器；

7.壓力傳感器組； 8.盤管支撐架

9.壓力傳感器固定支架； 10.盤管水箱；

11.盤管。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型進行具體描述。

參見附圖1，荷載式冰量測量裝置主要包括：中央處理器1、溫度傳感器信號處理模塊2、壓力傳感器信號處理模塊3、電源模塊4、無線RENS通訊模塊5、溫度傳感器6和壓力傳感器組7。使用時，中央處理器1與溫度傳感器信號處理模塊2、壓力傳感器信號處理模塊3、電源模塊4和無線RENS通訊模塊5電連接。附圖2和附圖3就是具體的實施細節。

壓力傳感器組7包括兩隻壓力傳感器，壓力傳感器上面通過固定支架9固定在盤管水箱壁上，壓力傳感器下面固定在盤管支撐架8上，壓力傳感器通過引線連接到壓力傳感器信號處理模塊3。溫度傳感器6也安裝在盤管支撐架8上，通過引線將信號傳送到溫度傳感器信號處理模塊，溫度傳感器6的探測點與盤管水箱底部距離為20cm左右。

中央處理器1選用SILICON LAB公司生產的型號為C8051F350單片機。此單片機內置具24AD轉換器，且放大倍數可以選擇1倍、2倍、4倍、8倍、16倍、32倍、64倍、128倍，測量通道可以自動校準，消除系統誤差、可以得到非常高的測量精度，這個功能正是本實用新型裝置所需要的。

溫度傳感器信號處理模塊2的電路圖見圖3，包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R6和濾波電容C2，其中電阻R6是可變電阻，也就是附圖2中的溫度傳感器6，這裡選用的是上海九貿儀表有限公司生產的PT1000鉑電阻；PT1000的電阻值會隨著溫度的變化而變化，零度時電阻為1.000K。電阻R1的第一腳與電阻R2的第一腳並聯接電源VCC(3.3V),電阻R1的第二腳與電阻R3的第一腳連接點接到中央處理器1的第一腳（網絡標號為A0.0），電阻R2的第二腳與電阻R6的第一腳和濾波電容C2的第一腳連接點接到中央處理器1的第二腳（網絡標號為PT1000），電阻R3的第二腳與電阻R6的第二腳及濾波電容C2的第二腳並聯接地，其中電阻R1、電阻R2和電阻R3均為1K的高精密電阻，要求精度不大於0.1%，溫漂係數不大於20PPm。濾波電容C2的值要求為100uf/6.3V。

壓力傳感器組模塊3對應的電路如圖3所示，包括電阻R4、電阻R5和儀表運放AD620，電阻R5的第一腳與地連接，第二腳和壓力傳感器組的信號負端並聯後與儀表運放AD620的第二腳（差分信號輸入負端）連接，電阻R4的第一腳和儀表運放AD620的第一腳連接，電阻R4的第二腳和儀表運放AD620的第八腳連接，儀表運放AD620的第三腳(差分信號輸入正端)與壓力傳感器組的信號正端連接，儀表運放AD620的第六腳(放大信號輸出端)連接到中央處理器的網絡標號為iecAD的第四腳。其中R4和R5均為1K的高精密電阻，要求精度不大於0.1%，溫漂係數不大於20PPm，電阻R4、電阻R5和儀表運放AD620組成的放大電路可以把壓力傳感器7的電信號放大50倍，也就是附圖2中壓力傳感器7的感知壓力。

如圖3所示，電源模塊4對應的電路包含變壓器T1、濾波電容C1和濾波電容C4，其中T1選用杭州山博電子有限公司生產的型號為SHB-2.5W-3.3的開關電源模塊，該模塊為寬電壓輸入（AC85V-260V）,輸出為3.3V的高精密電源。使用時T1的第一腳和第二腳接AC220V，T1的第三腳為地（GND）,T1的第四腳為電源VCC(3.3V)，為本實用新型的裝置提供電源。濾波電容C1的第一腳和濾波電容C4的第一腳並聯與T1的第四腳（VCC）電連接，濾波電容C1的第二腳和濾波電容C4的第二腳並聯與T1的第三腳（GND）電連接，濾波電容C1的值要求為1000uf/6.3V，濾波電容出的值要求為0.1uf。

本實用新型荷載式冰量的測量原理是利用水和冰具有不同密度，也就是1千克0℃水凍結成1千克0℃的冰體積變化量不同，因此產生不同的浮力：1千克0℃水凍結成1千克0℃的冰體積變化量。

浮力變化量：

N

1千克0℃水凍結成1千克0℃的冰可以產生0.88牛頓力，一個蓄冰盤管的結冰量少則5000千克，多則100000千克，通常為：40000千克，也就是說常規盤管從水結成冰要產生35200牛頓力，從一個近似0牛頓力到35200牛頓力是很容易測量出來的，不過為了保證測量值的精確度，注意合理選擇壓力傳感器的量程，選型原則是壓力傳感器組的最大量程與盤管從水完全結為冰產生的最大浮力接近。壓力傳感器組模塊3把壓力傳感器的信號放大50倍，連接到中央處理器的網絡標號為iecAD的第四腳器，中央處理器器1取得電壓信號iecAD，中央處理器1（單片機）可以選擇信號放大1倍,電壓信號iecAD通過24位AD轉換器被轉換成一個24位的二進位數，通常為了處理方便，取前16位二進位數即可，也可以看成一個0-ffffH的16進位數，（轉成10進位數就是0-65535）通過數據處理和標定，就可以得到一個冰量的值（分辨力取0.1千克）。因為盤管在水中的浮力初始值並不是零，因此在測量冰量前需要校準零點。根據實驗在液體溫度為3度時校準零點較適宜,此時可以判定無結冰,壓力傳感器的電壓值可以看成結冰的初始值,經過中央處理器1讀取的冰量數值視為0.0千克，即校準零點。為了校準零點需要測量水箱底部附近的水溫，水溫的測量可以通過溫度傳感器6及溫度傳感器信號處理模塊2進行，從附圖3中對應的電路可以看出，溫度傳感器信號處理模塊2中的電阻R6可以看成溫度傳感器的電阻，這裡的溫度傳感器用的是PT1000鉑電阻，其在零點時為1K,在-20度時溫度傳感器的電阻阻值為921.992，在30度時溫度傳感器的電阻阻值為1116.342。根據PT1000的電阻對照表可以算出對應的電壓值(PT1000),中央處理器1把溫度傳感器PT1000和A0.0形成一對差分信號，經過放大4倍後輸出對應的24位AD值，也就是轉換成一個24位的二進位數，通常為了處理方便，取前16位二進位數即可，也可以看成一個0-ffffH的16進位數，（轉成10進位數就是0-65535）通過數據處理和標定，就可以得到一個溫度值（分辨力去0.01度）等測量溫度為3度時進行冰量測量的零點校準。在實際應用中測到的溫度除了用於冰量零點校準外，還用於監控蓄冰槽內的水溫，根據水溫的高低計算需要的冷量，調整設備運行參數和控制策略，達到優化控制的目的。優化控制的目的可以降低能耗，並使設備儘可能的處於「健康」運行狀態，以延長設備的使用壽命。

作為本實用新型的優選實施方式，本實用新型還包括無線RWNS通訊模塊5，中央處理器1和無線RWNS通訊模塊5採用I/O方式電連接。無線RWNS通訊模塊5用於將測量的壓力值和溫度值發送給上位機從而實現無線數據遠傳。無線RWNS通訊模塊5可選用利爾達公司生產的LSDRF4310N03無線通訊模塊，它與中央處理器1通過有6根數據線電連接。如圖3中的18所示，其中與中央處理器1連接的GD02標號的所對應中央處理器1的管腳需要具有外中斷功能，所述無線RWNS通訊模塊5用於將測得的浮力數值和溫度數值發送給上位機。上位機控制軟體通過分析結冰信號，得到結冰速率曲線，根據結冰速率曲線，調整設備運行參數和控制策略，達到優化控制的目的。優化控制的目的可以降低能耗，並使設備儘可能的處於「健康」運行狀態，以延長設備的使用壽命。