制冷與空調系統中毛細管流量的測試方法研究
分析了目前制冷工業(yè)生產(chǎn)中對毛細管進(jìn)行檢測的現狀，指出了現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。根據此新方法，設計了一種新的毛細管流量檢測裝置。同時(shí)，在研究分析的基礎上，對毛細管實(shí)驗方法的國家標準GB/T 23683—2009 提出了新的建議和補充。
1、引言
毛細管作為重要的節流器件，被廣泛應用于冰箱、冰柜、除濕機、空調器等制冷行業(yè)。毛細管節流性能參數按照實(shí)際的節流工況測量十分復雜，因而在生產(chǎn)實(shí)踐中，毛細管的節流參數一般采用限定條件下(定溫定出、入口壓力) 的氮氣流量來(lái)確定，它與毛細管自身的節流效果有很好的對應關(guān)系。顯然，毛細管參數的一致性直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量。從理論上講，毛細管采用相同內徑的材料，截取同樣長(cháng)度即可。問(wèn)題在于： 毛細管流量對內孔尺寸非常敏感，同樣內徑不同批次的產(chǎn)品性能都有較明顯的流量偏差，另外毛細管在繞制成形過(guò)程中，內孔截面形狀會(huì )受到影響，繞制完成后，參數必然存在離散性，有必要重新測量、調試和校正。
2、目前工業(yè)生產(chǎn)中毛細管測量的現狀
生產(chǎn)企業(yè)毛細管氮氣流量的測試標準是依據“制冷劑毛細管流量的試驗方法”國家標準：GB/T23683 - 2009 來(lái)進(jìn)行的。該標準給出的實(shí)驗方法(傳統方法)如圖1 所示。
圖1 測定毛細管氮氣流量的試驗裝置(傳統方法)
通過(guò)在等溫、等壓條件下的測試，達到與標準值比較的目的。由于此方法耗時(shí)很長(cháng)(測量一只元件需幾分鐘)，在大規模生產(chǎn)過(guò)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 測定毛細管氮氣流量的試驗裝置( 替代方法)
替代方法省去了調溫裝置，減少了溫度調節和檢測，很顯然也增加了測量誤差。GB/T 23683- 2009 規定的試驗方法的誤差為3% 左右，GB/T 23683 - 2009 給出的測試替代方法的誤差肯定還會(huì )更大。替代方法對出口為非標準大氣壓時(shí)，還須進(jìn)行誤差修正計算，并給出了計算公式，但在大規模實(shí)測時(shí)，計算每一元件誤差并不現實(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整入口壓強到標準值，進(jìn)入穩態(tài)后才有測量結果。單次測量需要20 ～ 30s，再加以修正調校，實(shí)際時(shí)間更長(cháng)。僅以2011年冰箱、空調生產(chǎn)為例，國內電冰箱產(chǎn)量為7000 ～8000 萬(wàn)臺、空調器為10500萬(wàn)臺左右，其中多數節流器件采用毛細管，可見(jiàn)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(chǎng)目前的做法是：毛細管繞制前抽檢(跟國標的規定有關(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、準確、經(jīng)濟的測量方法，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。在毛細管氣體流量測量中其實(shí)可以有不只一種快速、準確的測量方法存在，當然是間接測量。作者經(jīng)過(guò)分析比較，認為更為可行的是圖3所示的方法，即生產(chǎn)過(guò)程中的測量并不需要知道氮氣的標準流量是多少，最重要的是產(chǎn)品的毛細管和研發(fā)調試出來(lái)的標準毛細管是否流量一致。也就是說(shuō)，只需要與給定的標準毛細管在完全相同的條件下進(jìn)行比較，所生產(chǎn)的毛細管的性能即可獲得。
圖3 測定毛細管氮氣流量的試驗裝置(等效對比法)
圖3 中從左到右依次為與氮氣連通的主電磁閥、過(guò)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(guò)平衡毛細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(guò)柔性隔膜來(lái)測量顯示。該第一接管連接器連接標準毛細管，第二接管連接器連接樣本毛細管，所述平衡毛細管和標準毛細管為等阻力特性毛細管，所述標準毛細管和樣本毛細管均與大氣連通。這是一個(gè)等臂橋式毛細管流量檢測裝置，采用4 根等阻力毛細管構成的等臂橋式回路的檢測方式，通過(guò)等效對比代換法直接對比檢測樣本毛細管和標準毛細管的流量( 流量相同時(shí)微壓差檢測顯示為0) ，完全避免了現有技術(shù)因溫度變化、大氣壓強變化、氣源壓強變化、檢測儀表精度等對制冷劑毛細管流量測量產(chǎn)生的誤差( 因為兩條對比的支路前后端工作環(huán)境條件完全相同) ，大大提高了毛細管流量的檢測精度，可以將毛細管的流量偏差控制在1% 以?xún)然蚋�，以橋件兩端的壓�?00kPa 為例，則待測單一毛細管兩端壓強為100kPa，水柱高可達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，也完全能達到理想要求。
平衡毛細管的制備： 在檢測狀態(tài)下左右平衡毛細管位置對換并讀取微壓差顯示器的數據，不管標準毛細管和樣本毛細管是否有偏差，只要讀數相等則平衡毛細管合格。為保證平衡毛細管的精度，在制備平衡毛細管時(shí)將氮氣源的壓力調高至1MPa，可保證平衡毛細管的偏差在0.1% 以?xún)取?/p>
本檢測方法有點(diǎn)像橋式電路在毛細管檢測方面的延伸。由于電橋測電阻肯定比萬(wàn)用表精度高得多，本文介紹的毛細管測量方式就是一個(gè)毛細管橋，與電橋測電阻在檢測原理上高度相似，因此它的精度會(huì )更高。
采用這種測試方法，可提高毛細管流量的一致性，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)入口氮氣并不需要太高壓強( 如200kPa 左右) ，出口也不需標準大氣壓，測量結果無(wú)需修正，消耗氮氣更少，成本更低;
(2) 檢測時(shí)間更短(約3s) ，效率更高。如果配套調校修正，在10s 內完成一次檢測操作是可行的。2種方法比較結果見(jiàn)表1。
表1 兩種測試方法的比較
這一裝置的測試原理來(lái)源于筆者的專(zhuān)利，經(jīng)過(guò)必要的實(shí)驗，并對具體應用的很多工藝細節進(jìn)行了必要的完善。
4、對毛細管試驗方法國家標準GB/T 23683 -2009 的建議和補充
GB/T 23683 - 2009 在試驗方法的規定中有非常嚴格的限定條件，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(jué)得，還是有值得商榷的內容：
(1) “5.1……毛細管應盡量呈直管狀接入系統進(jìn)行試驗”，或“彎曲的最小曲率半徑不得小于300mm”的規定，這就是前面提到的繞制前抽檢的規定。規定的出發(fā)點(diǎn)顯然考慮到直管無(wú)形變，數更具一致性，但與產(chǎn)品毛細管繞制后的形狀明顯背離，按規定只能在繞制前測量，這對毛細管繞制成形后帶來(lái)的參數偏離沒(méi)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(huì )有任何問(wèn)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)指標更先進(jìn)。
國家標準是企業(yè)產(chǎn)品檢測的依據，作者提出的方法也在國標規定范圍�？紤]實(shí)踐中遇到的具體問(wèn)題，建議國標對毛細管測量的形狀不做規定，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、結語(yǔ)
本文針對毛細管產(chǎn)品的檢測現狀，分析了制冷劑毛細管流量的試驗方法，指出了國家現行標準《制冷劑毛細管流量的試驗方法國家標準，GB/T23683-2009》在實(shí)際執行過(guò)程遇到的問(wèn)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)，對制冷劑毛細管流量測試技術(shù)的發(fā)展及相關(guān)標準的改進(jìn)有參考作用。
