制冷與空調(diào)系統(tǒng)中毛細(xì)管流量的測試方法研究

　　分析了目前制冷工業(yè)生產(chǎn)中對毛細(xì)管進(jìn)行檢測的現(xiàn)狀，指出了現(xiàn)有檢測方法存在的缺陷，提出了一種新的方法———等效對比代換法。根據(jù)此新方法，設(shè)計(jì)了一種新的毛細(xì)管流量檢測裝置。同時(shí)，在研究分析的基礎(chǔ)上，對毛細(xì)管實(shí)驗(yàn)方法的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23683—2009 提出了新的建議和補(bǔ)充。

1、引言

　　毛細(xì)管作為重要的節(jié)流器件，被廣泛應(yīng)用于冰箱、冰柜、除濕機(jī)、空調(diào)器等制冷行業(yè)。毛細(xì)管節(jié)流性能參數(shù)按照實(shí)際的節(jié)流工況測量十分復(fù)雜，因而在生產(chǎn)實(shí)踐中，毛細(xì)管的節(jié)流參數(shù)一般采用限定條件下(定溫定出、入口壓力) 的氮?dú)饬髁縼泶_定，它與毛細(xì)管自身的節(jié)流效果有很好的對應(yīng)關(guān)系。顯然，毛細(xì)管參數(shù)的一致性直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量。從理論上講，毛細(xì)管采用相同內(nèi)徑的材料，截取同樣長度即可。問題在于： 毛細(xì)管流量對內(nèi)孔尺寸非常敏感，同樣內(nèi)徑不同批次的產(chǎn)品性能都有較明顯的流量偏差，另外毛細(xì)管在繞制成形過程中，內(nèi)孔截面形狀會受到影響，繞制完成后，參數(shù)必然存在離散性，有必要重新測量、調(diào)試和校正。

2、目前工業(yè)生產(chǎn)中毛細(xì)管測量的現(xiàn)狀

　　生產(chǎn)企業(yè)毛細(xì)管氮?dú)饬髁康臏y試標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)“制冷劑毛細(xì)管流量的試驗(yàn)方法”國家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T23683 - 2009 來進(jìn)行的。該標(biāo)準(zhǔn)給出的實(shí)驗(yàn)方法(傳統(tǒng)方法)如圖1 所示。

圖1 測定毛細(xì)管氮?dú)饬髁康脑囼?yàn)裝置(傳統(tǒng)方法)

　　通過在等溫、等壓條件下的測試，達(dá)到與標(biāo)準(zhǔn)值比較的目的。由于此方法耗時(shí)很長(測量一只元件需幾分鐘)，在大規(guī)模生產(chǎn)過程中難以按此方法進(jìn)行實(shí)測。因此，為了能夠較快測量，GB/T 23683-2009 給出測試的替代方法，其原理如圖2所示。

圖2 測定毛細(xì)管氮?dú)饬髁康脑囼?yàn)裝置( 替代方法)

　　替代方法省去了調(diào)溫裝置，減少了溫度調(diào)節(jié)和檢測，很顯然也增加了測量誤差。GB/T 23683- 2009 規(guī)定的試驗(yàn)方法的誤差為3% 左右，GB/T 23683 - 2009 給出的測試替代方法的誤差肯定還會更大。替代方法對出口為非標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，還須進(jìn)行誤差修正計(jì)算，并給出了計(jì)算公式，但在大規(guī)模實(shí)測時(shí)，計(jì)算每一元件誤差并不現(xiàn)實(shí)。而且從工業(yè)測試的角度看，測試速度本身也不夠快，由于每次測量需要調(diào)整入口壓強(qiáng)到標(biāo)準(zhǔn)值，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后才有測量結(jié)果。單次測量需要20 ～ 30s，再加以修正調(diào)校，實(shí)際時(shí)間更長。僅以2011年冰箱、空調(diào)生產(chǎn)為例，國內(nèi)電冰箱產(chǎn)量為7000 ～8000 萬臺、空調(diào)器為10500萬臺左右，其中多數(shù)節(jié)流器件采用毛細(xì)管，可見其測試工作量多么大�？紤]到測試的難度，而且測試后的誤差也較大，不少工廠目前的做法是：毛細(xì)管繞制前抽檢(跟國標(biāo)的規(guī)定有關(guān)，后面將討論這一點(diǎn))，成形后不再檢測，就直接作為合格元件使用。這使得終端產(chǎn)品質(zhì)量的一致性存在不小的不確定因素，對產(chǎn)品質(zhì)量是有影響的。因此，研究有一種快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)的測量方法，對相關(guān)制冷行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的提高都很有必要。

3、新的測量方法

　　GB/T 23683-2009 的測量是采用直接測量方法。在毛細(xì)管氣體流量測量中其實(shí)可以有不只一種快速、準(zhǔn)確的測量方法存在，當(dāng)然是間接測量。作者經(jīng)過分析比較，認(rèn)為更為可行的是圖3所示的方法，即生產(chǎn)過程中的測量并不需要知道氮?dú)獾臉?biāo)準(zhǔn)流量是多少，最重要的是產(chǎn)品的毛細(xì)管和研發(fā)調(diào)試出來的標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管是否流量一致。也就是說，只需要與給定的標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管在完全相同的條件下進(jìn)行比較，所生產(chǎn)的毛細(xì)管的性能即可獲得。

圖3 測定毛細(xì)管氮?dú)饬髁康脑囼?yàn)裝置(等效對比法)

　　圖3 中從左到右依次為與氮?dú)膺B通的主電磁閥、過濾器、減壓閥和接管分配器，所述接管分配器的兩個(gè)輸出端分別通過平衡毛細(xì)管連接第一接管連接器和第二接管連接器，所述第一接管連接器和第二接管連接器之間設(shè)置有微壓差顯示裝置(此裝置可以是微壓差電子傳感顯示組件，也可以是水或其它液柱通過柔性隔膜來測量顯示。該第一接管連接器連接標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管，第二接管連接器連接樣本毛細(xì)管，所述平衡毛細(xì)管和標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管為等阻力特性毛細(xì)管，所述標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管和樣本毛細(xì)管均與大氣連通。這是一個(gè)等臂橋式毛細(xì)管流量檢測裝置，采用4 根等阻力毛細(xì)管構(gòu)成的等臂橋式回路的檢測方式，通過等效對比代換法直接對比檢測樣本毛細(xì)管和標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管的流量( 流量相同時(shí)微壓差檢測顯示為0) ，完全避免了現(xiàn)有技術(shù)因溫度變化、大氣壓強(qiáng)變化、氣源壓強(qiáng)變化、檢測儀表精度等對制冷劑毛細(xì)管流量測量產(chǎn)生的誤差( 因?yàn)閮蓷l對比的支路前后端工作環(huán)境條件完全相同) ，大大提高了毛細(xì)管流量的檢測精度，可以將毛細(xì)管的流量偏差控制在1% 以內(nèi)或更小，以橋件兩端的壓強(qiáng)200kPa 為例，則待測單一毛細(xì)管兩端壓強(qiáng)為100kPa，水柱高可達(dá)9.8m 左右，1%差值也能反映出9.8cm，如果按采用高精度電子微壓差傳感器，也完全能達(dá)到理想要求。

　　平衡毛細(xì)管的制備： 在檢測狀態(tài)下左右平衡毛細(xì)管位置對換并讀取微壓差顯示器的數(shù)據(jù)，不管標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管和樣本毛細(xì)管是否有偏差，只要讀數(shù)相等則平衡毛細(xì)管合格。為保證平衡毛細(xì)管的精度，在制備平衡毛細(xì)管時(shí)將氮?dú)庠吹膲毫φ{(diào)高至1MPa，可保證平衡毛細(xì)管的偏差在0.1% 以內(nèi)。

　　本檢測方法有點(diǎn)像橋式電路在毛細(xì)管檢測方面的延伸。由于電橋測電阻肯定比萬用表精度高得多，本文介紹的毛細(xì)管測量方式就是一個(gè)毛細(xì)管橋，與電橋測電阻在檢測原理上高度相似，因此它的精度會更高。

　　采用這種測試方法，可提高毛細(xì)管流量的一致性，從而提升制冷產(chǎn)品的質(zhì)量。該方法的其它優(yōu)勢包括：

　　(1) 檢測時(shí)入口氮?dú)獠⒉恍枰�太高壓�?qiáng)( 如200kPa 左右) ，出口也不需標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，測量結(jié)果無需修正，消耗氮?dú)飧�少，成本更�?

　　(2) 檢測時(shí)間更短(約3s) ，效率更高。如果配套調(diào)校修正，在10s 內(nèi)完成一次檢測操作是可行的。2種方法比較結(jié)果見表1。

表1 兩種測試方法的比較

　　這一裝置的測試原理來源于筆者的專利，經(jīng)過必要的實(shí)驗(yàn)，并對具體應(yīng)用的很多工藝細(xì)節(jié)進(jìn)行了必要的完善。

4、對毛細(xì)管試驗(yàn)方法國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23683 -2009 的建議和補(bǔ)充

　　GB/T 23683 - 2009 在試驗(yàn)方法的規(guī)定中有非常嚴(yán)格的限定條件，也只有這樣，才能保證測量精度及確定的誤差范圍，但筆者覺得，還是有值得商榷的內(nèi)容：

　　(1) “5.1……毛細(xì)管應(yīng)盡量呈直管狀接入系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)”，或“彎曲的最小曲率半徑不得小于300mm”的規(guī)定，這就是前面提到的繞制前抽檢的規(guī)定。規(guī)定的出發(fā)點(diǎn)顯然考慮到直管無形變，數(shù)更具一致性，但與產(chǎn)品毛細(xì)管繞制后的形狀明顯背離，按規(guī)定只能在繞制前測量，這對毛細(xì)管繞制成形后帶來的參數(shù)偏離沒有可能再檢和校正;

　　(2) GB/T 23683-2009 只提供了唯一替代方法，作為直接測量在原理上不會有任何問題，但至少有不止一種以上的間接測量方法可以采用。本文提供了一種間接測量方法，與“替代方法”相比，相關(guān)指標(biāo)更先進(jìn)。

　　國家標(biāo)準(zhǔn)是企業(yè)產(chǎn)品檢測的依據(jù)，作者提出的方法也在國標(biāo)規(guī)定范圍�？紤]實(shí)踐中遇到的具體問題，建議國標(biāo)對毛細(xì)管測量的形狀不做規(guī)定，以最終產(chǎn)品形式進(jìn)入檢測，并且對“替代方法”只作建議替代，在保證更好的測量效果的條件下，可采用其它替代方法。

5、結(jié)語

　　本文針對毛細(xì)管產(chǎn)品的檢測現(xiàn)狀，分析了制冷劑毛細(xì)管流量的試驗(yàn)方法，指出了國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《制冷劑毛細(xì)管流量的試驗(yàn)方法國家標(biāo)準(zhǔn)，GB/T23683-2009》在實(shí)際執(zhí)行過程遇到的問題，提出了改進(jìn)建議。采用等效對比代換法原理，介紹了一種新的測量方法，該方法具有測量速度快、精度高、成本低等特點(diǎn)，對制冷劑毛細(xì)管流量測試技術(shù)的發(fā)展及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)有參考作用。