一種飛機地面空調機組製冷/制熱參數監測系統的製作方法

2023-12-04 19:47:01 1

本發明屬於空調系統檢測技術領域，特別是涉及一種飛機地面空調機組製冷/制熱參數監測系統。

背景技術：

飛機地面空調機組是一種民航特種設備，用於代替飛機輔助動力裝置(apu)在飛機地面保障過程中為飛機提供新風和空氣調節。地面空調機組的能量來源是電能，與apu相比，無論從能源消耗、汙染物排放、工作噪聲和運行成本等方面均大幅降低，具有十分顯著的節能減排效果，近年來已在我國各大機場逐步推廣使用。

對地面空調機組製冷/制熱量進行現場監測有利於機場掌握設備運行狀況，以及對地面空調機組進行定期測試維護等，而目前地面空調機組內置傳感器只能實現對送風端溫度、風壓和風量的檢測，沒有對進風端溫度和風量的檢測設備，更無法實現對製冷/制熱量的監測功能。此外，不同地面空調機組生產廠商配置的溫度、風壓等傳感器的準確度和精度均有差別，傳感器安裝於空調機組內部也不便於定期標定，為機場獲取準確的地面空調製冷/制熱參數造成不便。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明的目的在於提供一種飛機地面空調機組製冷/制熱參數監測系統。

為了達到上述目的，本發明提供的飛機地面空調機組製冷/制熱參數監測系統包括出風監測裝置、進風監測裝置；其中出風監測裝置和進風監測裝置通過有線或無線方式連接，進風監測裝置通過有線或無線方式與外部設備連接；

所述的出風監測裝置包括：第一溫度傳感器、第一溼度傳感器、壓力傳感器、第一風量傳感器、第一距離傳感器、第一控制器、第一通信模塊以及第一電源模塊；其中，第一溫度傳感器、第一溼度傳感器、壓力傳感器、第一風量傳感器、第一距離傳感器和第一通信模塊分別與第一控制器連接；第一電源模塊用於為出風監測裝置中各用電部件提供所需的電能；

所述的進風監測裝置包括：第二溫度傳感器、第二溼度傳感器、第二風量傳感器、第二距離傳感器、顯示模塊、第二控制器、第二通信模塊、存儲設備以及第二電源模塊；其中，第二溫度傳感器、第二溼度傳感器、第二風量傳感器、第二距離傳感器、顯示模塊、第二通信模塊和存儲設備分別與第二控制器連接；第二通信模塊分別與第一通信模塊和外部設備連接；第二電源模塊用於為進風監測裝置中各用電部件提供所需的電能。

所述第一溫度傳感器和第二溫度傳感器均為一至多個，採用熱電偶、熱電阻、集成電路溫度傳感器、光纖溫度傳感器以及超聲溫度傳感器中的任一種；

所述的第一溼度傳感器和第二溼度傳感器採用電阻式、電容式或電子式溼度傳感器中的任一種；

所述的壓力傳感器採用表壓傳感器或差壓傳感器中的任一種。當使用差壓傳感器時，其低壓側與大氣連通，高壓側與地面空調機組的空調出風管連通；

所述的第一風量傳感器和第二風量傳感器均為一至多個，採用皮托管、熱線風速儀、熱球風速儀、差壓流量計和超聲風速探頭中的任一種。

所述的第一距離傳感器和第二距離傳感器均為一至多個，採用基於雷射、紅外線或超聲波的測距傳感器，分別用於檢測地面空調機組的空調出風管和進風口的直徑；

所述的第一控制器和第二控制器分別為出風監測裝置和進風監測裝置的主處理器，採用微控制器、微處理器、fpga、dsp和plc中的任一種；

所述的第一通信模塊採用有線或無線乙太網、移動蜂窩網絡、zigbee、藍牙、光纖、modbus、can或frofibus在內的工業現場總線或rs-232串行通信設備中的任一種或多種，用於實現進風監測裝置2與出風監測裝置1之間的數據交換；

所述的第一電源模塊採用蓄電池、鋰電池、太陽能電池板、直流穩壓電源或風力發電裝置中的任一種。

所述的第二通信設備採用有線或無線乙太網、移動蜂窩網絡、zigbee、藍牙、光纖、modbus、can或frofibus在內的工業現場總線或rs-232串行通信設備中的任一種或多種，用於實現進風監測裝置與出風監測裝置和外部設備之間的數據交換；

所述的第二電源模塊採用蓄電池、鋰電池、太陽能電池板或直流穩壓電源中的任一種；

所述的顯示模塊採用led數碼管、顯示屏或lcd顯示屏中的任一種。

所述的存儲設備採用硬碟、flash、存儲卡在內的非易失存儲介質中的任一種。

所述的風力發電裝置包括渦輪、直流發電機、濾波電路、穩壓電路和升/降壓模塊；其中，渦輪與直流發電機的軸機械連接；直流發電機與濾波電路連接；濾波電路與穩壓電路連接；穩壓電路與升/降壓電路連接；升/降壓電路將穩壓電路輸出的直流電壓進行升壓或降壓而得到多種直流電壓，並提供給出風監測裝置中各用電部件。

所述的出風監測裝置還包括殼體、通風管道和旁路；所述的殼體或安裝於地面空調機組中出風管的等徑直管段，或安裝於空調出風管與飛機連接處；當安裝於出風管的等徑直管段時，殼體的中部為一環形夾套，夾套兩端分別設有一個用於與空調出風管連接的連接器，連接方式採用粘扣、卡箍、螺紋、法蘭或焊接方式；當安裝於空調出風管與飛機連接處時，殼體的中部也為環形夾套，一端與飛機機腹空調接口一致，用於與空調出風管的飛機空調標準接口對接，另一端與飛機對接，接口標準與飛機空調標準接口一致；通風管道以與殼體同軸的方式設置在殼體的內部；旁路設置在通風管道上；風力發電裝置中的渦輪和直流發電機安裝於旁路內，流經空調出風管的出風氣流在經過旁路時將帶動渦輪旋轉並通過直流發動機發電；在旁路的入口和出口處分別設置一個金屬過濾網；第一溫度傳感器、第一溼度傳感器、壓力傳感器、第一風量傳感器和第一距離傳感器安裝於通風管道的管壁上；當第一風量傳感器採用超聲風速探頭時，則成對相向安裝於通風管道的管壁上，且兩個超聲風速探頭軸向相距距離設置，兩個超聲風速探頭相互發射超聲波，並根據超聲渡越時間差計算出空調出風管內的風速；第一控制器、第一通信模塊以及第一電源模塊的全部或部分部件則設置在殼體的夾套中。

所述的進風監測裝置還包括安裝於地面空調機組中室外機上的機箱；第二控制器、第二通信模塊、存儲設備和第二電源模塊設置在機箱的內部；顯示模塊安裝於機箱的表面；第二溫度傳感器和第二溼度傳感器安裝於室外機上百葉外殼的內部；第二風量傳感器安裝於室外機的進風口處；第二距離傳感器成對安裝於進風口的邊緣，用於測量進風口的直徑。

本發明提供的飛機地面空調製冷/制熱參數監測系統的有益效果是：(1)可以實現對地面空調機組進風及送風溫度、溼度、風壓和風速等物理量的實時檢測；(2)可以根據地面空調機組進風及送風溫度、溼度、風壓和風速等物理量計算出進風和送風風量，以及製冷/制熱量；(3)監測系統便於裝卸，可實現現場快速安裝和拆卸。

附圖說明

圖1為本發明提供的飛機地面空調機組製冷/制熱參數監測系統主要結構構成框圖；

圖2為本發明提供的飛機地面空調機組製冷/制熱參數監測系統中風力發電裝置結構示意圖；

圖3為本發明提供的飛機地面空調機組製冷/制熱參數監測系統中出風監測裝置部分部件安裝位置示意圖；

圖4為本發明提供的飛機地面空調機組製冷/制熱參數監測系統中出風監測裝置安裝位置示意圖；

圖5為本發明提供的飛機地面空調機組製冷/制熱參數監測系統中出風監測裝置外觀結構示意圖；

圖6為本發明提供的飛機地面空調機組製冷/制熱參數監測系統中進風監測裝置安裝位置示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明提供的飛機地面空調機組製冷/制熱參數監測系統進行詳細說明。

如圖1所示，本發明提供的飛機地面空調機組製冷/制熱參數監測系統包括出風監測裝置1、進風監測裝置2；其中出風監測裝置1和進風監測裝置2通過有線或無線方式連接，進風監測裝置2通過有線或無線方式與外部設備連接；出風監測裝置1將檢測到的包括溫度、溼度、壓力、風速和距離在內的數據傳輸給進風監測裝置2；進風監測裝置2將出風和進風檢測數據一併進行存儲和顯示並傳輸給外部設備。

所述的出風監測裝置1包括：第一溫度傳感器3、第一溼度傳感器4、壓力傳感器5、第一風量傳感器6、第一距離傳感器7、第一控制器8、第一通信模塊9以及第一電源模塊10；其中，第一溫度傳感器3、第一溼度傳感器4、壓力傳感器5、第一風量傳感器6、第一距離傳感器7和第一通信模塊9分別與第一控制器8連接；第一電源模塊10用於為出風監測裝置1中各用電部件提供所需的電能；

所述的進風監測裝置2包括：第二溫度傳感器33、第二溼度傳感器34、第二風量傳感器36、第二距離傳感器37、顯示模塊11、第二控制器38、第二通信模塊12、存儲設備13以及第二電源模塊14；其中，第二溫度傳感器33、第二溼度傳感器34、第二風量傳感器36、第二距離傳感器37、顯示模塊11、第二通信模塊12和存儲設備13分別與第二控制器38連接；第二通信模塊12分別與第一通信模塊9和外部設備連接；第二電源模塊14用於為進風監測裝置2中各用電部件提供所需的電能。

所述第一溫度傳感器3和第二溫度傳感器33均為一至多個，採用熱電偶、熱電阻、集成電路溫度傳感器、光纖溫度傳感器以及超聲溫度傳感器中的任一種。

所述的第一溼度傳感器4和第二溼度傳感器34採用電阻式、電容式或電子式溼度傳感器中的任一種；

所述的壓力傳感器5採用表壓傳感器或差壓傳感器中的任一種。當使用差壓傳感器時，其低壓側與大氣連通，高壓側與地面空調機組的空調出風管連通；

所述的第一風量傳感器6和第二風量傳感器36均為一至多個，採用皮托管、熱線風速儀、熱球風速儀、差壓流量計和超聲風速探頭中的任一種。

所述的第一距離傳感器7和第二距離傳感器37均為一至多個，採用基於雷射、紅外線或超聲波的測距傳感器，分別用於檢測地面空調機組的空調出風管和進風口的直徑。

所述的第一控制器8和第二控制器38分別為出風監測裝置1和進風監測裝置2的主處理器，採用微控制器、微處理器、fpga、dsp和plc中的任一種。

所述的第一通信模塊9採用有線或無線乙太網、移動蜂窩網絡、zigbee、藍牙、光纖、modbus、can或frofibus在內的工業現場總線或rs-232串行通信設備中的任一種或多種，用於實現進風監測裝置2與出風監測裝置1之間的數據交換；

所述的第一電源模塊10採用蓄電池、鋰電池、太陽能電池板、直流穩壓電源或風力發電裝置中的任一種。

所述的第二通信設備12採用有線或無線乙太網、移動蜂窩網絡、zigbee、藍牙、光纖、modbus、can或frofibus在內的工業現場總線或rs-232串行通信設備中的任一種或多種，用於實現進風監測裝置2與出風監測裝置1和外部設備之間的數據交換；

所述的外部設備採用任何符合本系統通信接口和協議的嵌入式系統、計算機或伺服器，用於機場管理人員對地面空調機組製冷參數的查詢、統計與管理。

所述的第二電源模塊14採用蓄電池、鋰電池、太陽能電池板或直流穩壓電源中的任一種。

所述的顯示模塊11採用led數碼管、顯示屏或lcd顯示屏中的任一種。

所述的存儲設備13採用硬碟、flash、存儲卡在內的非易失存儲介質中的任一種。

如圖2所示，所述的風力發電裝置包括渦輪16、直流發電機17、濾波電路18、穩壓電路19和升/降壓模塊20；其中，渦輪16與直流發電機17的軸機械連接；直流發電機17與濾波電路18連接；濾波電路18與穩壓電路19連接；穩壓電路19與升/降壓電路20連接；升/降壓電路20將穩壓電路19輸出的直流電壓進行升壓或降壓而得到多種直流電壓，並提供給出風監測裝置1中各用電部件。

如圖3—圖5所示，所述的出風監測裝置1還包括殼體39、通風管道21和旁路22；所述的殼體39或安裝於地面空調機組中出風管26的等徑直管段，或安裝於空調出風管26與飛機27連接處；當安裝於出風管26的等徑直管段時，殼體39的外形如圖5(a)所示，中部為一環形夾套，夾套兩端分別設有一個用於與空調出風管26連接的連接器28，連接方式採用粘扣、卡箍、螺紋、法蘭或焊接方式；當安裝於空調出風管26與飛機27連接處時，殼體39的外形如圖5(b)所示，中部也為環形夾套，一端與飛機機腹空調接口一致，用於與空調出風管26的飛機空調標準接口29對接，另一端與飛機27對接，接口標準與飛機空調標準接口29一致；通風管道21以與殼體39同軸的方式設置在殼體39的內部；旁路22設置在通風管道21上；風力發電裝置中的渦輪16和直流發電機17安裝於旁路22內，流經空調出風管26的出風氣流在經過旁路22時將帶動渦輪16旋轉並通過直流發動機17發電；在旁路22的入口和出口處分別設置一個金屬過濾網23，以防止渦輪16或直流發動機17上的部件脫落並沿空調出風管26吹入飛機管道；第一溫度傳感器3、第一溼度傳感器4、壓力傳感器5、第一風量傳感器6和第一距離傳感器7安裝於通風管道21的管壁上；當第一風量傳感器6採用超聲風速探頭24時，則成對相向安裝於通風管道21的管壁上，且兩個超聲風速探頭24軸向相距距離設置，兩個超聲風速探頭24相互發射超聲波，並根據超聲渡越時間差計算出空調出風管26內的風速；第一控制器8、第一通信模塊9以及第一電源模塊10的全部或部分部件則設置在殼體39的夾套中。

如圖6所示，所述的進風監測裝置2還包括安裝於地面空調機組中室外機25上的機箱30；第二控制器38、第二通信模塊12、存儲設備13和第二電源模塊14設置在機箱30的內部；顯示模塊11安裝於機箱30的表面；第二溫度傳感器33和第二溼度傳感器34安裝於室外機25上百葉外殼31的內部，用以檢測環境溫溼度，同時避免陽光輻射幹擾測量結果；第二風量傳感器36安裝於室外機25的進風口32處，檢測點可依照民航標準《mh\t6109-2014飛機地面空調機組》選取；第二距離傳感器37成對安裝於進風口32的邊緣，用於測量進風口32的直徑。

現將本發明提供的飛機地面空調機組製冷/制熱參數監測系統工作過程闡述如下：(1)出風監測裝置1中的第一溫度傳感器3、第一溼度傳感器4、壓力傳感器5、第一風量傳感器6和第一距離傳感器7分別對地面空調機組中出風管26的送風溫度、溼度、壓力、風量和管道內徑進行檢測，並將檢測數據通過第一通信模塊9傳輸給進風監測裝置2；(2)進風監測裝置2中的第二溫度傳感器33、第二溼度傳感器34、第二風量傳感器36和第二距離傳感器37分別對地面空調機組中室外機25處的溫度、溼度、風量和進風口32的直徑進行檢測，並將進風監測裝置2和出風檢測裝置1的所有檢測數據存儲於存儲設備13中；(3)根據進、出風溫度和溼度計算出進風空氣焓值i1和出風空氣焓值i2；(4)當地面空調機組工作於製冷狀態時，根據下面的公式(1)計算地面空調機組的製冷量，當地面空調機組工作於制熱狀態時，根據下面的公式(2)計算地面空調機組的換熱量；(5)將製冷/制熱量、溫度、溼度、壓力、風量等數據通過顯示模塊11顯示，並根據需要通過第二通信模塊12發送給外部設備。

式中：

q1—製冷量，kw；

i1—進風口空氣的焓值，kj/kg幹空氣；

i2—出風口空氣的焓值，kj/kg幹空氣；

cpw—水的定壓比熱，kj/(kg·k)，可取4.18kj/(kg·k)；

△d—送風進出口空氣含溼量差，kg/kg幹空氣；

t2s—出風口空氣溼球溫度，℃。

式中：

t1—進風口空氣幹球溫度，℃；

t2—出風口空氣幹球溫度，℃；

cpa—空氣的定壓比熱，kj/(kg·k)。。