热泵-压缩机功能检验测试程序开发

　　1.1系统原理。

　　热泵压缩机系统工作原理：来自蒸发器的工质蒸气被压缩机吸入，经压缩增压与升温后排入板式冷凝器。在冷凝器中，工质蒸气向冷却介质（即热媒）释放热量，降低温度成为液体；冷凝后的高压液体经膨胀阀节流，再次进入蒸发器。在蒸发器中低温液体吸取热源的热量蒸发为蒸气，并再次被压缩机吸入。工质在封闭的系统中如此实现循环。热泵-压缩机系统基本结构如图1所示。

　　以水冷冷凝器量热器法作为主要测试方法。其结构图如图2所示。该方法以冷凝器作为测试装置，对水冷冷凝器设置测量温度，压力和冷却水流量的仪表，并将其作为量热器。通过对水流量以及换热器进出口温度的计算以及必要的修正，可得到压缩机在规定工况下的制热量。*终通过计算得出制冷性能系数和制热能效比，并以此作为对热泵压缩机性能的评价。

　　此方法的实质是通过热平衡，以水路部分换热量来计算制冷工质的换热量。由此可知，当蒸发器进水温度恒定时，制冷工质吸热蒸发的热量等于水的放热量，系统处于热平衡状态。通过测量冷冻水流量和蒸发器进，出水温度变化，来确定冷冻水放热量，从而得到压缩机制冷量。

　　Q0=Cwm（t1-t0）（1）。

　　式中，Qo为试验实测压缩机制冷量（W）；m为冷冻水的质量流量（kg/s）；Cw为水的比热J/kg（），tI为冷冻水的出口温度（）；to为冷冻水的进口温度（）。通过计算板式冷凝器侧冷却水的换热量求得制热量。

　　Qa=Cwm（t1-t0）（2）。

　　式中，Qa为热泵或压缩机的制热量（W）；m为冷却水的质量流量（kg/s）；Cw为水的比热（J/kg.）tI为冷却水的出口温度（）；to为冷却水的进口温度（）。热泵-压缩机的制冷性能系数（COP），制热能效比（EER），计算方法如下。

　　COP=Q0/Wc（3）。

　　EER=Qa/Wc（4）。

　　式中，Qo为试验实测压缩机制冷量（W）；Wc为压缩机的输入功率（W）；Qa为热泵或压缩机的制热量（W）。

　　热平衡系数的计算方法如下。

　　= |（Qo+Wc）-Qa| |（Qo+Wc）|100%（5）。

　　1.2系统实现。

　　热泵系统主要由压缩机，蒸发器，冷凝器，恒温水箱，变频器和电子膨胀阀等组成。测试系统由计算机，多功能数据采集板，电磁流量计，压力传感器，PT100温度传感器（-50~300，A级），PID温度调节仪，三相电功率表等组成。实验基本结构图如图3所示。

　　（1）工况设定系统，由恒温水箱，PID温度调节仪，加热管，制冷机，PT100组成。通过控制PID温度调节仪来实现对工况的设置与稳定。

　　（2）温度，压力，流量测量系统，由计算机，多功能采集板，PT100，压力传感器，电磁流量计组成。计算机通过RS485总线与多功能采集板和电磁流量计进行数据通讯，完成对多路数据的巡回实时采集。

　　（3）控制系统，由变频器，电子膨胀阀和控制板组成。通过对变频器输出频率和电子膨胀阀阀门开度的改变来调节压缩机运行功率，冷凝压力与蒸发压力，从而测试出这些性能参数对热泵性能的影响。

　　（4）计算机辅助测试系统。可对实验数据进行自动控制，检测，分析，计算与显示；并可对各项数据进行自动存储，管理，绘图和生成数据报表。

　　2软件设计。

　　2.1建立用例模型。

　　用例模型的建立分为3步：对系统进行需求分析；确定其基本功能；建立系统用例图。

　　系统软件的主要功能有。

　　（1）引导操作员按操作流程进行测试。

　　（2）接收由多功能数据采集板以及仪表传输上来的数据，经计算形成过程曲线与数据表格显示给操作员，同时将这些数据存储在数据库中以备查询和进一步分析。

　　（3）将某些测量参数输入相关控制算法计算得出控制量传给多功能数据采集板或仪表用以控制现场设备。

　　（4）监测系统设备运行状态，对试验状态稳定判断，并对过程中出现的故障进行报警提示。

　　用例图主要从系统外部执行者（即用户）的角度来描述系统所需要的功能，并制定这些功能的执行者。它能够将实现与系统分开，有助于人们了解*重要的部分，满足用户需求，而不会拘泥于实现细节。

　　用例图分参与者（actor）和用例（usecase）两部分。参与者（actor）是在系统之外与系统交互的某人或某事，而用例就是由参与者（actor）驱动的，并且为参与者提供了可观测的有意义的结果的集合。用例的来源就是参与者对系统的期望。

　　对于本测试系统而言，主要有两类参与者：测试员与管理员。测试员对系统的期望有；监测实时数据，查询历史数据，控制系统工况。管理员对系统的期望有：管理用户信息，管理实验数据，校准传感器。

　　根据以上分析，利用TruFunPlato2008生成系统用例图，如图5所示。

　　2.2建立类模型。

　　通过对用例模型的分析，从用例的描述中，识别反应问题域本质的类和对象，并利用UML的类图，包图以及他们之间的关系，揭示系统的结构和组成，即建立类模型。面向对象的核心是类和对象，找出这些类和对象是系统分析工作的基础。分析的过程应先产生问题域中的对象，再由对象抽象出类。对象是拥有责任的实体，责任让对象拥有自己的行为。

　　线与仪器仪表进行数据通讯，实现对各采集点的数据采集与传送的控制。系统数据监测行为的责任者为温度传感器，压力传感器，电磁流量计，电功率表，多功能采集板，计算机等。由此从上述对象中抽象出控制器类。Controller类实现了数据的接收和指令的发送。根据面向对象类设计的开闭原则（OCP），多功能采集板，电功率表，温度调节仪等对象均继承于控制器类，视为具有数据处理等附加功能的控制器。这种继承关系更好地利用了类的可复用性，使其做到对扩展开放，对修改封闭。

　　运用装饰模式，设置Decorator类用于从外部对控制器类进行扩展。将每个要装饰的功能放在单独的类中，并让这个类包装它所要装饰的对象。当需要执行特殊行为时，客户端可在运行时根据需要有选择地按顺序使用装饰功能包装对象。并通过创建Facade类封装了对象的包装过程，提供了一个高层接口，使子系统独立于客户端。

　　3稳定判断与故障诊断模块设计。

　　3.1稳定判断。

　　热泵-压缩机性能测试系统的稳定判断问题主要在试验进行达到一定时间后，开始对各项工况数据的稳定性做出判断，在所有参数被判稳之后，对试验做出结论。各项参数的稳定判据如表1所示。

　　向专家系统输入该表中的值，系统根据该表，将采集到各项指标的实际值与工况设定值进行比较计算，可判断得出试验是否稳定的结论。其总体结构。

　　3.2故障诊断系统设计。

　　对于试验长时间达不到稳定的情况，通过对稳定判据表中的各项指标排查分析，找出无法稳定的指标参数，判断其不稳定的原因。故障分析图如图8所示。

　　4实验结果。

　　实验通过在不同的工况下设定变频器输出和电子膨胀阀的开度来观察热泵性能的变化。部分实验数据。实验热平衡误差较小，符合设计要求。

　　5结语。

　　开发了一套具有自检测功能的热泵-压缩机性能测试系统。根据测试方法的要求，提出了软件的总体设计方案。经过调试及实验测试，结果显示其性能稳定，运行可靠，各项检测精度符合设计要求，并具有操作简单，直观，方便的特点，对热泵-压缩机测试与评价具有较好的实用价值。